CN110193955B - 一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，将其分解为成型模具的制造、前缘硅橡胶芯模的制造、薄膜囊体的制造、外翼前缘的制造、外翼主体的制造；分别对外翼前缘和主体前梁表面对应的粘接区域进行表面处理后，将与粘接区域外形相同的结构双面胶贴撕去一侧隔离纸，并将带胶面贴于外翼前缘的粘接区域，再将结构胶贴的另一侧隔离膜撕去，通过外翼前缘左端定位凹槽将外翼前缘水平嵌入外翼主体对应位置的凸台处得到复合材料整体结构外翼产品。本发明解决了多次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题。

Description

一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法
技术领域
本发明属于无人机复合材料成型工艺技术领域，涉及一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法。
背景技术
目前，国内无人机外翼大多由蒙皮、轻木肋和梁胶接装配而成，其中蒙皮通常由湿法手糊玻璃钢成型，轻木肋、梁通常是航空层板或木质夹层玻璃钢结构；随着预浸料材料的使用越来越广泛，预浸料成型方式不仅含胶量均匀、重量较轻、综合力学性能以及环境适应性高，还更有利于设计/制造一体化的实现，既通过实现外翼结构的整体成型，发挥复合材料整体成型优势，实现有效减重，且使载荷传递实现整体结构受力，而不再仅限于骨架受力。
公告号CN107651163A的中国发明专利公布了“一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法”，提出采用玻璃纤维编织布及泡沫夹芯等材料实现外翼上/下壁板、前/后梁、翼肋的分片成型，再通过胶接装配的方式得到固定翼无人机外翼部件。该方法需要分次固化成型各玻璃钢零件，再通过胶接装配的方式在装配工装上先将下壁板、前/后梁、翼肋进行二次胶接共固化得到下半翼盒，最后采用胶铆的方式将上壁板与下半翼盒连接形成整体式承力盒段。该方法为传统复合材料外翼结构成型方式，主要通过玻璃钢成型和泡沫夹芯结构实现外翼结构的整体减重，但该方法存在生产成本高、生产周期长、环境保护等问题，不仅成型时需要各个零件成型及装配合拢工装，制造过程中需要分三次固化成型，其玻璃钢成型作业不利于环境保护；同时与预浸料成型相比，该方法实现的产品存在重量较大、含胶量和厚度不均匀等问题，不适于中小型无人机的高性能及轻量化要求。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，用于解决多次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题，有效地发挥了复合材料整体结构优势，具有轻质、结构可拆卸、机翼保护和环境保护等特点，为中小型无人机复合材料外翼提供重量轻、高性能、使用可靠性良好的整体成型工艺方法，改善中小型无人机复合材料外翼的整体结构性能和适用范围。
技术方案
一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：成型模具的制造
采用CATIA软件进行产品成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品成型模具分为外翼前缘和主体结构成型模，外翼前缘成型模分为前缘下成型模和前缘上成型模两部分，前缘下成型模和前缘上成型模通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的外翼前缘外形一致；在外翼前缘成型模两端设置前缘挡板，该前缘挡板通过定位销和螺栓孔进行定位连接，可与前缘下成型模和前缘上成型模形成密闭腔体；主体成型模由主体下成型模、主体上成型模和前梁成型模块组成，其中前梁成型模块和主体下成型模通过定位销和螺栓连接后形成敞口型组合模具，用于前梁预铺层和上蒙皮预铺层的实现；主体上成型模用于下蒙皮预铺层的实现，可通过定位销和螺栓连接方式与该敞口型组合模具形成整体；
步骤2：前缘硅橡胶芯模的制造
步骤2a：分别启封前缘下成型模和前缘上成型模和前缘左、右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；分别在前缘下成型模和前缘上成型模上预先成型出与产品等厚度的刚性假体，即在各个模具内表面上逐层铺贴预浸料，直至分别形成与产品等厚度的预铺层，并对其进行外形修整；
分别在含预铺层的前缘下成型模和前缘上成型模内表面依次铺贴常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料固化规范要求分别将含预铺层的前缘下成型模和前缘上成型模放置于在真空固化炉中进行抽真空固化，得到含刚性假体的前缘下成型模和前缘上成型模；固化时先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；
步骤2b：待固化结束后，分别清理前缘下成型模和前缘上成型模表面的各种辅助材料，将前缘下成型模、前缘上成型模和前缘左挡板组合起来，并以右侧端面朝上的方式将组合模具直立起来，形成“U”型；按组分比例将配制好的液体硅橡胶从右端端口自上而下缓缓注入，直至溢出；室温固化24小时后脱模，经修整后得到硅橡胶芯模；
最后对刚性假体进行脱模处理，其中硅橡胶芯模可通过刚性假体、前缘下成型模和前缘上成型模及前缘挡板重复制造；
步骤3：薄膜囊体的制造
采用耐温性、耐环境适应性和热封合满足要求的塑料复合薄膜，通过薄膜囊体三维数模进行平面展开放样及工艺优化，并按优化后的外形尺寸对塑料复合薄膜进行剪裁，并在剪裁好的塑料复合薄膜余边边缘处安装充、放气接头；依次对塑料复合薄膜前缘、后缘的前、后梁位置进行分段热封合，再对周边进行热封合，直至剩余单边未热封合时，先将已热封合的封边处进行修整，并将内表面翻至外表面、外表面翻为内表面，最后热封合单边使其形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.3MPa，对腔体内部进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，对后缘余边进行热封合，并使用压敏胶带将后缘的封边粘连于薄膜囊体后缘，得到薄膜囊体；
步骤4：外翼前缘的制造
步骤4a：分别启封前缘下成型模和前缘上成型模，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；在前缘下成型模上逐层铺贴预浸料；铺贴时预留多余的预浸料于模具非工作成型面两侧，并使用无孔隔离膜隔开，得到前缘预铺层；将硅橡胶芯模放置于前缘预铺层之上，将预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于硅橡胶芯模上表面，最后将前缘上成型模、前缘左右挡板定位连接于前缘下成型模上，形成密闭组合体；所述的预浸料存放在-18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％；
步骤4b：将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；
步骤4c：拆卸组合体两端前缘左、右挡板，将前缘上成型模向上整体脱离，将硅橡胶芯模水平抽出，再将前缘坯体从前缘下成型模上脱离，对前缘坯体的余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到外翼前缘；
步骤5：外翼主体的制造
步骤5a：分别启封主体下成型模、主体上成型模和前梁成型模块，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；将前梁成型模块定位连接于主体下成型模上；
步骤5b：在主体下成型模上逐层铺贴预浸料，形成主体上蒙皮预铺层；再沿前梁成型模块逐层铺贴预浸料，铺贴时预留多余的预浸料于前梁非工作成型面，并使用无孔隔离膜隔开，得到前梁预铺层；
步骤5c：将主体左挡块、主体右挡块定位连接于主体下成型模上，领取轻木零件，并对其进行表面处理，将其紧靠主体后缘放置；再在其前端及主体上蒙皮预铺层表面逐层铺贴预浸料，铺贴时将预留多余的预浸料铺贴于轻木零件表面，并使用无孔隔离膜隔开，得到后梁预铺层；将硅橡胶挡块紧靠主体左挡块放置；
步骤5d：将薄膜囊体放置于前梁预铺层、后梁预铺层之间，将非工作成型面预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于薄膜囊体上表面，将轻木零件表面预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于薄膜囊体和硅橡胶挡块上表面；
步骤5e：在主体上成型模上逐层铺贴预浸料，形成主体下蒙皮预铺层；再将含预铺层的主体上成型模分别定位连接于前梁成型模块、主体上成型模、主体左挡块、主体右挡块上，形成密闭组合体；
步骤5f：在上述密闭组合体表面依次放置常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料规范要求在真空固化炉中进行抽真空固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；
待固化结束后清理各种辅助材料，先将主体上成型模从上述密闭组合体中向上分离，再分别拆卸前梁定位模块、主体左挡块、主体右挡块使外翼主体坯体从主体下成型模中分离出来，最后将硅橡胶垫块分离出来；
步骤5g：对外翼主体坯体周边进行光整处理，得到外翼主体；
步骤6：分别对外翼前缘和主体前梁表面对应的粘接区域进行表面处理后，将与粘接区域外形相同的结构双面胶贴撕去一侧隔离纸，并将带胶面贴于外翼前缘的粘接区域，再将结构胶贴的另一侧隔离膜撕去，通过外翼前缘左端定位凹槽将外翼前缘水平嵌入外翼主体对应位置的凸台处得到复合材料整体结构外翼产品。
有益效果
本发明提出的一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，有益效果如下：
(1)解决了多次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题，有效地发挥了复合材料整体结构优势，使载荷分布均匀；该方法生产的外翼部件为薄壁整体成型结构，内含薄膜囊体，既实现了明显的结构减重，又提高了外翼部件伞降时的减震、抗损伤及抗冲击性能，并使其在受损时实现零件易拆卸、易更换和快速修补功能，有效地保护了机翼部件和连接件。
(2)有效地简化了装配工艺，在缩短生产周期的同时有效避免了胶接环节带来的人为风险、化工品的污染及玻璃钢成型质量较不稳定的问题，有效提高了中小型无人机复合材料外翼的结构性能和适用范围，良好地保护了环境和生产操作人员的健康。
(3)通过芯模囊体热膨胀及真空辅助成型相结合的方式，有效地均匀传递成型压力，提高了产品内、外表面质量，良好地保护了产品的气动外形。
(4)解决了产品快速批量化生产和确保使用可靠性一致的问题，有效地降低了生产成本，可用于各类中小型无人机复合材料外翼的整体成型。
附图说明
图1是本发明实施例复合材料外翼结构俯视示意图；
图2是实施例中复合材料外翼结构侧视示意图；
图3是实施例中外翼前缘端面示意图；
图4是实施例中外翼前缘底面结构示意图；
图5是实施例中外翼结构铺层示意图；
图6是实施例中外翼前缘结构成型工装示意图；
图7是实施例中外翼前缘左右挡板示意图；
图8是实施例中外翼主体结构成型工装示意图；
图9是实施例中硅橡胶块端面结构示意图；
图10、图11是实施例中外翼前缘硅橡胶芯模成型示意图；
图12至图14是实施例中薄膜囊体成型示意图；
图15至图17是实施例中外翼前缘成型示意图；
图18至图23是实施例中外翼主体结构成型示意图；
其中1-前缘下成型模，2-前缘上成型模，5-主体下成型模，6-主体上成型模，7-前梁成型模块，8-外翼前缘硅橡胶芯模，9-薄膜囊体，10-外翼前缘预铺层，11-前缘下成型模非工作成型面，12-主体上蒙皮预铺层，13-前梁预铺层，14-前梁成型模块非工作成型面，15-轻木零件，16-后梁预铺层，17-后梁处无孔隔离膜，18-主体下蒙皮预铺层，19-硅橡胶挡块，20-主体左挡块，21-主体右挡块。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
第一步，产品成型模具的制造：
参照图1、图2，复合材料外翼主要由外翼前缘和主体结构组成；其中主体结构左端设有肋槽，用于安装肋连接件，右端设有外形下陷，用于安装翼尖整流罩。
参照图3，外翼前缘为两端敞口的封闭型复合材料管状层压刚性体，既有效地保证了前缘良好的受力和抗冲击能力，前缘与主体结构的分离又有利于前缘受损时的易拆卸和更换。参照图4，前缘底面与主体结构连接由左端定位凹槽和结构双面胶贴来固定组装；左端定位凹槽既可以确保有效定位，又可以确保组装时整个底面处于同一水平面，同时底面两端设置开口，便于电缆线的穿入；底面设有椭圆形虚线粘接指示区域，该区域位于底面上下两侧中部位置，通过结构双面胶贴，与主体结构前梁对应水平位置的固定连接；同时底面中部凹陷区域与前梁外形一致，也可用于前缘与主体结构的定位。
参照图2和图5，主体结构为封闭型复合材料层压翼盒，包含了外翼前后梁、上下蒙皮和后缘结构；前后梁和上下蒙皮构成了主体结构的盒体空间，该空间由薄膜囊体9填充，既在确保主体结构强度的同时又可以对主体结构起支撑作用，以及有效吸收或减缓外翼使用过程中的能量冲击；后缘为轻木夹层结构，用于上下蒙皮间的整体连接、后缘型面的塑造，以及减重。
参照图1至图5，采用CATIA软件进行产品成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工，所述产品成型模具分为外翼前缘和主体结构成型模。
参照图6，外翼前缘成型模主要由前缘下成型模1和前缘上成型模2组成，前缘下成型模1和前缘上成型模2通过定位销和螺栓进行定位连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的前缘外形一致。参照图7，在外翼前缘成型模两端设置挡板，该挡板通过外翼下成型模1两端的细长销孔和螺栓进行定位连接，可与前缘下成型模1和前缘上成型模2形成密闭腔体；挡板为与模具同材质的金属平板，其表面含螺栓孔和细长凸台，其中凸台与前缘下成型模1两端端面的细长销孔相配合。
参照图8，主体成型模主要由主体下成型模5、主体上成型模6和前梁成型模块7组成，其中前梁成型模块7和主体下成型模5通过定位销和螺栓连接后形成敞口型组合模具，可以用于前梁和上蒙皮等主要预铺层的实现；主体上成型模6用于下蒙皮预铺层的实现，可通过定位销和螺栓连接方式与该敞口型组合模具形成整体。参照图21，主体成型模配套辅助成型模块，主要由主体左挡块20、主体右挡块21和硅橡胶挡块19组成，其中主体左挡块20、主体右挡块21通过定位销和螺栓与主体下成型模5、主体上成型模6进行定位连接，用于封挡产品坯体左右两端，硅橡胶挡块19用于替代外翼主体左端肋槽处的肋连接件。参照图9，硅橡胶挡块19为平面块状橡胶实心结构，其端面外形与肋连接件随型。
第二步，前缘硅橡胶芯模8的制造：
分别启封外翼前缘下成型模1和前缘上成型模2和前缘左挡板、前缘右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min。
参照图10，分别在前缘下成型模1和前缘上成型模2上预先成型出与产品等厚度的刚性假体，即在各个模具内表面上逐层铺贴预浸料，直至分别形成与产品等厚度的预铺层，并对其进行外形修整，本实施例中采用中温固化非热压罐成型的δ0.1mm玻璃纤维织物预浸料。分别在含预铺层的前缘下成型模1和前缘上成型模2内表面依次铺贴常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料规范要求分别将含预铺层的前缘下成型模1和前缘上成型模2放置于真空固化炉中进行抽真空固化，分别得到含刚性假体的前缘下成型模1和前缘上成型模2。固化时主要内容是先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上。
参照图11，待固化结束后分别将含刚性假体的前缘下成型模1和前缘上成型模2表面的各种辅助材料清理干净，将前缘下成型模1、前缘上成型模2和左挡板组合起来，并以右侧端面朝上的方式将组合模具直立起来，形成“U”型；按组分比例将配制好的液体硅橡胶从右端端口自上而下缓缓注入，直至溢出；室温固化24小时后脱模，经修整后得到硅橡胶芯模8。最后对刚性假体进行脱模处理，其中硅橡胶芯模8可通过刚性假体、外翼前缘下成型模1、前缘上成型模2及挡板重复制造。
第三步，薄膜囊体9的制造：
采用耐温性、耐环境适应性和热封合效果良好的塑料复合薄膜，通过薄膜囊体9三维数模进行平面展开放样及工艺优化，并按优化后的外形尺寸对塑料复合薄膜进行剪裁，并在剪裁好的塑料复合薄膜余边边缘处安装充、放气接头。本实施例中采用PET/EVA/PE改性塑料复合薄膜，辅以压敏胶带局部加强或粘连。
参照图12，依次对塑料复合薄膜前缘、后缘的前、后梁位置进行分段热封合，再对周边进行热封合，直至剩余单边未热封合时，先将已热封合的封边处进行修整，并将内表面翻至外表面、外表面翻为内表面，最后热封合单边使其形成含腔体的密闭组合体。
参照图13，通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.3MPa，对腔体内部进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，对后缘余边进行热封合。
参照图14，使用压敏胶带将后缘的封边粘连于薄膜囊体9后缘，得到薄膜囊体9。
第四步，外翼前缘的制造：
分别启封外翼前缘下成型模1和前缘上成型模2，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min，本实施例中采用中温固化非热压罐成型的δ0.1mm玻璃纤维织物预浸料。
参照图5和图15，在前缘下成型模1上逐层铺贴玻璃纤维织物预浸料；铺贴时预留多余的预浸料于模具非工作成型面11两侧，并使用无孔隔离膜隔开，得到前缘预铺层10。
参照图16、图17，将硅橡胶芯模8放置于前缘预铺层10之上，将预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于硅橡胶芯模8上表面，最后将上成型模2、左右挡板定位连接于前缘下成型模1上，形成密闭组合体。所述的预浸料存放在-18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％。
整个铺层过程要求如下：为了尽量排除铺层间包裹的空气，应对预浸料铺层进行真空预压实，并帮助零件成型。在铺贴预浸料时第1层、铺放夹芯材料之前与之后及后续每铺1至3层预浸料都应进行真空预压实，真空预压实的方法是在预铺层上依次铺贴常用的有孔隔离膜、透气毡、临时真空袋，通过模具非工作型面边缘处密封胶带的粘连形成真空密闭系统，再通过持续抽真空的方式保持系统内0.08MPa以上真空度至少10分钟；每次真空预压实结束后将粘有密封胶带的临时真空袋揭开、归拢，使整个模具工作型面全部暴露出来，再依次将预铺层表面的透气毡、有孔隔离膜去除并保留干净，待下次继续使用。玻璃纤维织物预浸料铺贴时可进行搭接处理，搭接宽度为25mm左右，相邻层间搭接接缝应错开25mm左右。
将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉。拆卸组合体两端左、右挡板，将前缘上成型模2向上整体脱离，将硅橡胶芯模8从已固化的前缘坯体中水平抽出，再将前缘坯体从前缘下成型模1上脱离，对前缘坯体的余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到外翼前缘。
第五步，外翼主体结构的制造：
分别启封外翼主体下成型模5、主体上成型模6和前梁成型模块7，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min。将前梁成型模块7定位连接于主体下成型模5上。准备轻木零件15，并对其进行表面处理。
本实施例中分别采用中温固化非热压罐成型的δ0.1mm玻璃纤维织物预浸料、δ0.125mm碳纤维单向预浸料和δ0.2mm碳纤维织物预浸料，其中玻璃纤维织物预浸料用于主体结构上、下蒙皮的成型，碳纤维织物预浸料用于前、后梁的成型，碳纤维单向预浸料仅用于主体结构前、后梁区域内上、下蒙皮的整体加强。
参照图18，在主体下成型模5上逐层铺贴预浸料，形成主体上蒙皮预铺层12；再沿前梁成型模块7逐层铺贴预浸料，铺贴时预留多余的预浸料于前梁非工作成型面14，并使用无孔隔离膜隔开，得到前梁预铺层13。
参照图19、图21，将主体左挡块20、主体右挡块21定位连接于主体下成型模5上。将轻木零件15紧靠主体后缘放置；再在其前端及主体上蒙皮预铺层12表面逐层铺贴预浸料，铺贴时预留多余的预浸料于轻木零件15表面，并使用无孔隔离膜17隔开，得到后梁预铺层16。
参照图20、图21，将硅橡胶挡块19紧靠左挡块20放置，将薄膜囊体9放置于前梁预铺层13、后梁预铺层16之间，将非工作成型面14预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于薄膜囊体9上表面，将轻木零件15表面预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜17后分别逐层翻压于薄膜囊体9上表面。
参照图22，在主体上成型模6上逐层铺贴预浸料，形成主体下蒙皮预铺层18。
参照图23，将含预铺层的主体上成型模6分别定位连接于前梁成型模块7、主体下成型模5、主体左挡块20和主体右挡块21上，形成密闭组合体。
在上述密闭组合体表面依次放置常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料规范要求在真空固化炉中进行抽真空固化，其主要内容是先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上。待固化结束后清理各种辅助材料，先将主体上成型模6从上述密闭组合体中向上分离，再分别拆卸前梁定位模块7、主体左挡块20、主体右挡块21使外翼主体坯体从主体下成型模5中分离出来，最后将硅橡胶垫块19从其左端分离出来。
对外翼主体坯体周边进行光整处理，得到外翼主体。
第六步，外翼前缘与主体结构的装配连接：
分别对外翼前缘和主体前梁表面对应的粘接区域进行表面处理后，将与粘接区域外形相同的结构双面胶贴撕去一侧隔离纸，并将带胶面贴于外翼前缘的粘接区域，再将结构胶贴的另一侧隔离膜撕去，通过外翼前缘左端定位凹槽将外翼前缘水平嵌入外翼主体对应位置的凸台处得到复合材料整体结构外翼产品。
至此，完成中小型无人机复合材料外翼产品的整体成型。

Claims (1)

1.一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：成型模具的制造
采用CATIA软件进行产品成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品成型模具分为外翼前缘和主体结构成型模，外翼前缘成型模分为前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)两部分，前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的外翼前缘外形一致；在外翼前缘成型模两端设置前缘挡板，该前缘挡板通过定位销和螺栓孔进行定位连接，可与前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)形成密闭腔体；主体成型模由主体下成型模(5)、主体上成型模(6)和前梁成型模块(7)组成，其中前梁成型模块(7)和主体下成型模(5)通过定位销和螺栓连接后形成敞口型组合模具，用于前梁预铺层和上蒙皮预铺层的实现；主体上成型模(6)用于下蒙皮预铺层的实现，可通过定位销和螺栓连接方式与该敞口型组合模具形成整体；
步骤2：前缘硅橡胶芯模(8)的制造
步骤2a：分别启封前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)和前缘左、右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；分别在前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)上预先成型出与产品等厚度的刚性假体，即在各个模具内表面上逐层铺贴预浸料，直至分别形成与产品等厚度的预铺层，并对其进行外形修整；
分别在含预铺层的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)内表面依次铺贴常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料固化规范要求分别将含预铺层的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)放置于在真空固化炉中进行抽真空固化，得到含刚性假体的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)；固化时先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；
步骤2b：待固化结束后，分别清理前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)表面的各种辅助材料，将前缘下成型模(1)、前缘上成型模(2)和前缘左挡板组合起来，并以右侧端面朝上的方式将组合模具直立起来，形成“U”型；按组分比例将配制好的液体硅橡胶从右端端口自上而下缓缓注入，直至溢出；室温固化24小时后脱模，经修整后得到硅橡胶芯模(8)；
最后对刚性假体进行脱模处理，其中硅橡胶芯模(8)可通过刚性假体、前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)及前缘挡板重复制造；
步骤3：薄膜囊体(9)的制造
采用耐温性、耐环境适应性和热封合满足要求的塑料复合薄膜，通过薄膜囊体(9)三维数模进行平面展开放样及工艺优化，并按优化后的外形尺寸对塑料复合薄膜进行剪裁，并在剪裁好的塑料复合薄膜余边边缘处安装充、放气接头；依次对塑料复合薄膜前缘、后缘的前、后梁位置进行分段热封合，再对周边进行热封合，直至剩余单边未热封合时，先将已热封合的封边处进行修整，并将内表面翻至外表面、外表面翻为内表面，最后热封合单边使其形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.3MPa，对腔体内部进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，对后缘余边进行热封合，并使用压敏胶带将后缘的封边粘连于薄膜囊体(9)后缘，得到薄膜囊体(9)；
步骤4：外翼前缘的制造
步骤4a：分别启封前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；在前缘下成型模(1)上逐层铺贴预浸料；铺贴时预留多余的预浸料于模具非工作成型面(11)两侧，并使用无孔隔离膜隔开，得到前缘预铺层(10)；将硅橡胶芯模(8)放置于前缘预铺层(10)之上，将预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于硅橡胶芯模(8)上表面，最后将前缘上成型模(2)、前缘左右挡板定位连接于前缘下成型模(1)上，形成密闭组合体；所述的预浸料存放在-18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％；
步骤4b：将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；
步骤4c：拆卸组合体两端前缘左、右挡板，将前缘上成型模(2)向上整体脱离，将硅橡胶芯模(8)水平抽出，再将前缘坯体从前缘下成型模(1)上脱离，对前缘坯体的余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到外翼前缘；
步骤5：外翼主体的制造
步骤5a：分别启封主体下成型模(5)、主体上成型模(6)和前梁成型模块(7)，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；将前梁成型模块(7)定位连接于主体下成型模(5)上；
步骤5b：在主体下成型模(5)上逐层铺贴预浸料，形成主体上蒙皮预铺层(12)；再沿前梁成型模块(7)逐层铺贴预浸料，铺贴时预留多余的预浸料于前梁非工作成型面(14)，并使用无孔隔离膜隔开，得到前梁预铺层(13)；
步骤5c：将主体左挡块(20)、主体右挡块(21)定位连接于主体下成型模(5)上，领取轻木零件(15)，并对其进行表面处理，将其紧靠主体后缘放置；再在其前端及主体上蒙皮预铺层(12)表面逐层铺贴预浸料，铺贴时将预留多余的预浸料铺贴于轻木零件(15)表面，并使用无孔隔离膜(17)隔开，得到后梁预铺层(16)；将硅橡胶挡块(19)紧靠主体左挡块(20)放置；
步骤5d：将薄膜囊体(9)放置于前梁预铺层(13)、后梁预铺层(16)之间，将非工作成型面(14)预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于薄膜囊体(9)上表面，将轻木零件(15)表面预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜(17)后分别逐层翻压于薄膜囊体(9)和硅橡胶挡块(19)上表面；
步骤5e：在主体上成型模(6)上逐层铺贴预浸料，形成主体下蒙皮预铺层(18)；再将含预铺层的主体上成型模(6)分别定位连接于前梁成型模块(7)、主体上成型模(5)、主体左挡块(20)、主体右挡块(21)上，形成密闭组合体；
步骤5f：在上述密闭组合体表面依次放置常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料规范要求在真空固化炉中进行抽真空固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；
待固化结束后清理各种辅助材料，先将主体上成型模(6)从上述密闭组合体中向上分离，再分别拆卸前梁定位模块(7)、主体左挡块(20)、主体右挡块(21)使外翼主体坯体从主体下成型模(5)中分离出来，最后将硅橡胶垫块(19)分离出来；
步骤5g：对外翼主体坯体周边进行光整处理，得到外翼主体；
步骤6：分别对外翼前缘和主体前梁表面对应的粘接区域进行表面处理后，将与粘接区域外形相同的结构双面胶贴撕去一侧隔离纸，并将带胶面贴于外翼前缘的粘接区域，再将结构胶贴的另一侧隔离膜撕去，通过外翼前缘左端定位凹槽将外翼前缘水平嵌入外翼主体对应位置的凸台处得到复合材料整体结构外翼产品。
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