CN110356018A - 一种无人机整体机头罩共固化制造模具及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种无人机整体机头罩共固化制造模具及工艺方法，属于航空工业碳纤维复合材料成型工艺技术领域；模具包括产品金属阳模、产品金属阳模底座、外形卡板金属阳模和底座；所述产品金属阳模的型面结构尺寸与产品机头罩的内型结构尺寸一致；所述外形卡板金属阳模的型面结构尺寸与产品机头罩的外型结构尺寸一致；采用铺贴、抽真空、固化、脱模的工艺步骤，制造一体成型蜂窝夹芯结构整体机头罩。本发明可以保证外型精度和外表面质量和精度，整个加工过程中缩短了加工时间、减少了加工工序，并节约了成本。

Description

一种无人机整体机头罩共固化制造模具及工艺方法
技术领域
本发明属于航空工业碳纤维复合材料成型工艺技术领域，具体涉及一种无人机整体机头罩共固化制造模具及工艺方法。
背景技术
先进碳纤维复合材料具有高的比强度、比模量，可设计性强的特点。由于轻量化设计的要求，越来越多的航空器采用复合材料设计。合理的设计，可以大幅度减轻结构重量，提高机体的综合性能，增加任务载荷，延长续航时间等。复合材料的使用量已经成为一款无人机先进性的重要指标之一，一般在60％-80％左右，甚至全复合材料结构，机身、机翼、尾撑、舵面、平尾、副翼等。
中国专利授权公告号CN 203032934 U，名称飞机用碳纤维复材机头罩零件，采用层压件结构，适用于无透波性能要求的，不能通用于整体机头罩的研制。
现有技术中对合工艺分离面采用阴模设计，二次胶接装配的方式。或者采用组合阴模设计；由于阴模结构过深，设计组合阴模无法操作，进行内层铺贴时操作空间不足，二次胶接影响结构的介电性能。且现有技术中分模成型只能保证一个外表面的精度，目前还没有相关蜂窝夹芯机头罩一体设计与制造专利报道。
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，本发明提出一种无人机整体机头罩共固化制造工艺方法，保证产品的整体性制造的同时，解决了产品外型和内型精度，以及产品表面的平整度，实现良好的介电性能，缩短了飞机制造周期和装配成本。
本发明的技术方案是：一种无人机整体机头罩共固化制造模具，其特征在于：包括产品金属阳模、产品金属阳模底座、外形卡板金属阳模和底座；
所述产品金属阳模的型面结构尺寸与产品机头罩的内型结构尺寸一致；其底端外缘固定于所述产品金属阳模底座上表面；所述产品金属阳模底座的上表面设置有真空袋区域和真空气嘴区域，在其周壁上安装有多个金属阳模吊环；
所述外形卡板金属阳模的型面结构尺寸与产品机头罩的外型结构尺寸一致；其底端外缘固定于所述底座上表面；所述底座上表面设置有真空袋区域和真空气嘴区域，在其周壁上安装有多个吊环；
本发明的进一步技术方案是：所述产品金属阳模底座和底座均采用Q235钢框架结构，框架内设置有加强筋结构。
本发明的技术方案是：一种无人机整体机头罩共固化制造工艺方法，其特征在于具体操作步骤如下：
步骤一：产品金属阳模的设计与加工：采用三维软件设计产品金属阳模和产品金属阳模底座；然后依据三维设计进行机加工，按照产品机头罩内型的精度要求加工产品金属阳模的型面；
步骤二：外形卡板金属阳模的设计与加工：采用三维软件设计外形卡板金属阳模和底座；然后依据三维设计进行机加工，按照产品机头罩外型的精度要求加工外形卡板金属阳模的型面；
步骤三：复合材料外形卡板制造：首先，将所述外形卡板金属阳模表面清理后涂敷脱模剂，再在其表面铺贴多层玻璃布预浸料，每铺贴3层玻璃布预浸料进行1次抽真空预压实，铺贴完成后进行热压罐固化，固化后脱模；然后，通过机加工对脱模后复合材料余边进行加工，得到外形卡板；最后，将所述外形卡板分割为两部分，并在所述外形卡板两部分的内表面分别铺贴一层工装脱模布，所述脱模布要求平整无褶皱；
步骤四：蜂窝夹芯机头罩的铺贴：首先，将所述产品金属阳模清理后涂敷脱模剂，再在其表面铺贴内蒙皮预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡；在所述内蒙皮的外表面局部设置有胶膜；在内蒙皮上铺贴蜂窝芯，通过热吹风软化所述胶膜，用于蜂窝芯的定位，对蜂窝芯进行抽真空预压实，保证蜂窝芯、内蒙皮与产品金属阳模表面完全贴合；
然后，在两部分所述外形卡板的内表面分别铺贴外蒙皮预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡；所述外形卡板的其中一个部分的外蒙皮边缘留有余量，用于与保证两部分外蒙皮贴合时无缝隙，另一个部分的外蒙皮与外形卡板边缘平齐；
步骤五：工艺组合：首先在所述蜂窝芯表面放置留有外蒙皮余量的一部分外形卡板，然后再放置另一部分外形卡板；调整两部分所述外形卡板与所述蜂窝芯贴合后进行固定；最后，在所述外形卡板外表面依次用隔离膜、透气毡和真空袋包裹，采用密封胶带将真空袋与所述产品金属阳模底座上表面进行密封。
步骤六：首先，将步骤五进行工艺组合后的产品和模具整体在热压罐中进行固化，升温速率为2℃/min，在120℃的温度下保持1个小时，降温速率为2℃/min，整个过程进行抽真空，温度达到60℃时出罐，自然降至常温；然后，依次去掉真空袋、透气毡、隔离膜和外形卡板，进行脱模；最后按照产品印痕线对余边进行加工，得到整体机头罩。
本发明的进一步技术方案是：所述铺贴环境要求，温度为17－28℃，适度不大于65％，尘埃颗粒不大于10微米的小于等于50个/L。
本发明的进一步技术方案是：所述预压实真空压力不小于0.08MPa，时间15分钟。
本发明的进一步技术方案是：所述玻璃布预浸料为20层。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明专利采用产品金属阳模解决内型面表面质量及铺贴性的问题，外形卡板作为外阴模采用复合材料对合压板，控制外型精度和外表面质量问题。通过在阳模上进行铺贴，合模之后，在热压罐加压固化，产品得到所需要的均匀性的固化压力，降温脱模得到性能符合要求的一体成型蜂窝夹芯结构整体机头罩。
本发明采用阳模成型技术，能够保证产品内型的成型精度，同时解决了阴模在铺贴过程中操作空间的局限性；
采用分体的外形卡板金属阳模仅能够实现了产品外型面精度和平整度。而本发明可以保证内外表面的精度，以及装配区域的装配精度，有利于产品的介电性能，并且减少了飞机的二次胶接装配周期。整个加工过程中缩短了加工时间、减少了加工工序，并节约了成本。
将外形卡板分割为两部分，分别铺贴成型能够释放其应力。
必须严格按照本发明工艺方法中的工艺参数要求执行，才能够保证产品一体成型的质量和精度。
附图说明
图1-产品制造工艺流程图；
图2-某型无人机蜂窝夹芯结构整体机头罩结构；
图3-卡板模具示意图；
图4-产品模具示意图；
图5-卡板预浸料铺贴示意图；
图6-工艺组合示意图；
附图标记说明：1-产品金属阳模，2-产品金属阳模底座，3-产品金属阳模吊环，4-外形卡板金属阳模，5-底座，6-吊环，7-外形卡板，8-内蒙皮，9-蜂窝芯，10-外蒙皮，11-定位销，12-隔离膜，13-透气毡，14-真空袋，15-密封胶带。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
现结合某型无人机蜂窝夹芯结构整体机头罩结构、及附图1–6对本发明做进一步的解释说明；本发明一种无人机整体机头罩共固化制造工艺方法的具体步骤如下：
第一步，产品金属阳模设计与制造。采用CATIA三维软件设计整体机头罩产品金属阳模1，包含产品金属阳模底座2，产品金属阳模底座2表面保留足够的真空袋区域和真空气嘴区域，产品金属阳模1型面与产品内型尺寸一致。模具采用Q235钢框架结构，框架式结构主要是为了满足模具在热压罐中热流畅的均匀性，框架内设置加强筋结构便于模具放置和铺贴。模具型面采用数控加工成形，保证模具外型的精度。模具上设计加工产品金属阳模吊环3，便于模具的移动。
第二步，外形卡板金属阳模的设计与制造。采用CATIA三维软件设计成型复合材料外形卡板金属阳模4，包含底座5，底座表面保留足够的真空袋区域和真空气嘴区域，外形卡板金属阳模4型面与产品外型尺寸一致。模具采用Q235钢框架结构，框架式结构主要是为了满足模具在热压罐中热流畅的均匀性。模具型面采用数控加工成形，保证模具外形的精度。模具上设计加工吊环6，便于模具的移动。
第三步，复合材料外形卡板制造。将金属阳模4表面擦拭干净，表面无油渍、灰尘等外来物，自然晾干，按要求涂敷液体脱模剂。在金属阳模4表面逐层铺贴20层玻璃布预浸料，整个过程铺贴3层进行抽真空预压实1次，真空压力不小于0.08MPa，时间15分钟，进行工艺组合之后，进行热压罐固化。升温速率2℃/min，120℃保持1个小时，降温速率：2℃/min，60℃出罐，自然降至常温，进行脱模，对余边进行加工，得到外形卡板7。为了释放应力，将外形卡板7分成两半分别铺贴成型，外形卡板7两半的内表面各铺贴一层工装脱模布待用，脱模布要求平整无褶皱。
铺贴环境要求温度17－28℃，适度不大于65％，不大于10微米的尘埃颗粒不多于50个/L。
第四步，蜂窝夹芯机头罩的铺贴。铺贴在净化间进行，温度17－28℃，适度不大于65％，不大于10微米的尘埃颗粒不多于50个/L。金属阳模1表面擦拭干净，表面无油渍、灰尘等外来物，自然晾干，按照要求涂敷液体脱模剂。在金属阳模1表面铺贴内蒙皮预浸料，进行抽真空预压实，表面平整无褶皱、气泡等。局部放置一层胶膜，铺贴蜂窝芯，采用热吹风软化胶膜将蜂窝进行定位，进行抽真空预压实，要求蜂窝与模具表面完全贴合。在外形卡板7内表面铺贴外蒙皮，选择一半的外形卡板7铺贴保持余量15mm左右(防止两半外形卡板7贴合时产生缝隙)，另外一半卡板的铺贴与卡板平齐。
预压实真空压力不小于0.08MPa，时间15分钟。
第五步，工艺组合。在蜂窝表面放置含有余量的一半卡板，将余量铺贴至蜂窝表面，放置另外一半卡板，放置对齐位置之后，将两侧卡板的外周面采用皮筋条定位，底部采用定位销11进行固定。依次放置隔离膜12，透气毡13，真空袋14，采用密封胶带将真空袋在产品金属阳模底座2表面进行密封，保持密封。
第六步，固化及脱模。在热压罐中进行固化，升温速率：2℃/min，120℃保持1个小时，降温速率：2℃/min，整个过程进行抽真空，60℃出罐，自然降至常温，依次去掉真空袋14、透气毡13、隔离膜12和外形卡板7，脱模，按照产品印痕线对余边进行加工。
通过以上步骤，可以制备合格的某型无人机大尺寸蜂窝夹芯整体机头罩。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种无人机整体机头罩共固化制造模具，其特征在于：包括产品金属阳模、产品金属阳模底座、外形卡板金属阳模和底座；
所述产品金属阳模的型面结构尺寸与产品机头罩的内型结构尺寸一致；其底端外缘固定于所述产品金属阳模底座上表面；所述产品金属阳模底座的上表面设置有真空袋区域和真空气嘴区域，在其周壁上安装有多个金属阳模吊环；
所述外形卡板金属阳模的型面结构尺寸与产品机头罩的外型结构尺寸一致；其底端外缘固定于所述底座上表面；所述底座上表面设置有真空袋区域和真空气嘴区域，在其周壁上安装有多个吊环。
2.根据权利要求1所述无人机整体机头罩共固化制造模具，其特征在于：所述产品金属阳模底座和底座均采用Q235钢框架结构，框架内设置有加强筋结构。
3.一种采用权利要求1或2所述模具的无人机整体机头罩共固化制造工艺方法，其特征在于具体操作步骤如下：
步骤一：产品金属阳模的设计与加工：采用三维软件设计产品金属阳模和产品金属阳模底座；然后依据三维设计进行机加工，按照产品机头罩内型的精度要求加工产品金属阳模的型面；
步骤二：外形卡板金属阳模的设计与加工：采用三维软件设计外形卡板金属阳模和底座；然后依据三维设计进行机加工，按照产品机头罩外型的精度要求加工外形卡板金属阳模的型面；
步骤三：复合材料外形卡板制造：首先，将所述外形卡板金属阳模表面清理后涂敷脱模剂，再在其表面铺贴多层玻璃布预浸料，每铺贴3层玻璃布预浸料进行1次抽真空预压实，铺贴完成后进行热压罐固化，固化后脱模；然后，通过机加工对脱模后复合材料余边进行加工，得到外形卡板；最后，将所述外形卡板分割为两部分，并在所述外形卡板两部分的内表面分别铺贴一层工装脱模布，所述脱模布要求平整无褶皱；
步骤四：蜂窝夹芯机头罩的铺贴：首先，将所述产品金属阳模清理后涂敷脱模剂，再在其表面铺贴内蒙皮预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡；在所述内蒙皮的外表面局部设置有胶膜；在内蒙皮上铺贴蜂窝芯，通过热吹风软化所述胶膜，用于蜂窝芯的定位，对蜂窝芯进行抽真空预压实，保证蜂窝芯、内蒙皮与产品金属阳模表面完全贴合；
然后，在两部分所述外形卡板的内表面分别铺贴外蒙皮预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡；所述外形卡板的其中一个部分的外蒙皮边缘留有余量，用于与保证两部分外蒙皮贴合时无缝隙，另一个部分的外蒙皮与外形卡板边缘平齐；
步骤五：工艺组合：首先在所述蜂窝芯表面放置留有外蒙皮余量的一部分外形卡板，然后再放置另一部分外形卡板；调整两部分所述外形卡板，与所述蜂窝芯贴合后进行固定；最后，在所述外形卡板外表面依次用隔离膜、透气毡和真空袋包裹，采用密封胶带将真空袋与所述产品金属阳模底座上表面进行密封。
步骤六：首先，将步骤五进行工艺组合后的产品和模具整体在热压罐中进行固化，升温速率为2℃/min，在120℃的温度下保持1个小时，降温速率为2℃/min，整个过程进行抽真空，温度达到60℃时出罐，自然降至常温；然后，依次去掉真空袋、透气毡、隔离膜和外形卡板，进行脱模；最后按照产品印痕线对余边进行加工，得到整体机头罩。
4.根据权利要求3所述无人机整体机头罩共固化制造工艺方法，其特征在于：所述铺贴环境要求，温度为17－28℃，适度不大于65％，尘埃颗粒不大于10微米的小于等于50个/L。
5.根据权利要求3所述无人机整体机头罩共固化制造工艺方法，其特征在于：所述预压实真空压力不小于0.08MPa，时间15分钟。
6.根据权利要求3所述无人机整体机头罩共固化制造工艺方法，其特征在于：所述玻璃布预浸料为20层。
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