CN110524908B - 一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装；由前缘气囊、中部气囊、后缘气囊、四通组件、压力调节器、梁体定位板、上壁板后段模具、上壁板前缘段模具、下壁板模具、前梁模具、后梁模具、梁定位板和脱模器组成。前缘气囊、中部气囊、后缘气囊充气后用于给产品加压。四通组件用于连接气囊，使三个气囊内部压力始终保持平衡。压力调节器可调节充气压力与充气速率。梁体定位板、梁定位板用于定位前梁模具、后梁模具的位置。脱模器用于成型后前梁模具、后梁模具脱模；实现平尾整体用烘箱设备一次共固化成型，工艺过程简单，产品精度高，成本低，重量轻，重复性好，前缘铺层纤维连续，提高其产品生产效率和成功率。

Description

一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装

技术领域

本发明涉及无人机平尾整体固化成型用工装，具体地说，涉及一种无人机复合材料平尾双梁盒段整体共固化成型工装。

背景技术

中国发明专利CN106393515B公开了“一种复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型用工装”，该成型用工装包括上壁板、下壁板、前梁、后梁、上壁板后段模具、上壁板前缘段模具、下壁板模具、前梁模具、后梁模具、梁定位器、紧固器、脱模器和端部限位器。所述前梁模具用于预成型前梁，所述后梁模具用于预成型后梁。所述上壁板前缘段模具、上壁板后段模具构成上壁板模具。所述上壁板后段模具用于预成型上壁板后段。所述上壁板前缘段模具和下壁板模具组装后，用于预成型下壁板和上壁板前缘段。所述梁定位器通过定位销和螺栓安装在下壁板模具上。所述紧固器、脱模器、端部限位器安装在梁定位器上。在发明专利CN106273542B公开了与之相匹配的复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法，该固化成型方法是采用子母袋抽真空方法替代柔性芯模，在热压罐固化过程中对产品施加罐压。使用该工装成型产品时，一方面需要使用热压罐设备，同时大量使用进口辅助材料，使得制造成本较高；另一方面在固化过程中使用子母袋抽真空成型工艺方法，对子母袋的制作要求较高，否则，在施加罐压时，若子母袋有架桥现象，子母袋容易破裂，造成产品报废。由于子母袋为纯手工制作，不仅费工费时，而且质量不稳定，类似现象时有发生，影响产品制造的合格率。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服现有平尾整体共固化成型成本较高，产品合格率较低的问题，本发明提出一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括前缘气囊、中部气囊、后缘气囊、四通组件、压力调节器、活动块、梁体定位板、螺栓、上壁板后段模具、上壁板前缘段模具、下壁板模具、前梁模具、后梁模具、梁定位板、脱模器，其特征在于所述上壁板前缘段模具和下壁板模具与所述梁体定位板、梁定位板分别通过螺栓连接，上壁板前缘段模具和下壁板模具位于下壁板模具与上壁板前缘段模具两端部组成模具框体；所述上壁板后段模具用于预成型上壁板后段，且位于上壁板前缘段模具和下壁板模具上部，前梁模具、后梁模具通过定位销和螺栓分别与上壁板前缘段模具、上壁板后段模具、下壁板模具连接；

所述上壁板后段模具两端有螺孔，螺孔中心线通过该模具重心，上壁板后段模具与其四周配合面均采用梯形导向；

所述四通组件一侧与前缘气囊、中部气囊、后缘气囊分别连接，另一侧与压力调节器连接，压力调节器装有快卸接头与外部气源连接，压力调节器调节充气压力与充气速率，使各气囊内部压力保持平衡；

所述活动块与梁体定位板上开口配合，活动块位于梁体定位板上，梁体定位板与上壁板前缘段模具、下壁板模具和上壁板后段模具分别形成密封型腔；

所述梁体定位板、梁定位板分别位于下壁板模具与上壁板前缘段模具两端部,梁体定位板、梁定位板上部分别开有凹槽，凹槽宽度与前梁模具、后梁模具宽度相同，前梁模具、后梁模具通过定位销和螺栓分别与上壁板前缘段模具、上壁板后段模具、下壁板模具连接；下壁板模具上所有孔均为盲孔；前梁模具、后梁模具靠近两端处有通孔，用于脱模时安装螺栓；所述梁体定位板、梁定位板用于定位前梁模具、后梁模具；

所述脱模器为倒T型结构，脱模器与下壁板模具相连接，上部凸块设有与梁体定位板平行的通孔，且与前梁模具、后梁模具上的通孔相对应，脱模器、螺栓用于固化成型后前梁模具、后梁模具脱模。

所述前缘气囊、中部气囊、后缘气囊充气后用于产品加压，其截面形状为各自加压区域内形的0.9倍，长度方向单边比下壁板模具短50～100mm，侧端有充、放气管路，伸出梁体定位板后与四通组件相连。

有益效果

本发明提出的一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装；该工装由气囊、四通组件、压力调节器、梁体定位板、上壁板后段模具、上壁板前缘段模具、下壁板模具、前梁模具、后梁模具、梁定位板和脱模器组成。前缘气囊、中部气囊、后缘气囊充气后用于给产品加压。四通组件用于连接气囊并使三个气囊内部压力始终保持平衡。压力调节器可调节充气压力与充气速率。梁体定位板、梁定位板用于定位前梁模具、后梁模具的位置。上壁板后段模具用于预成型上壁板后段；上壁板前缘段模具和下壁板模具用于预成型下壁板、上壁板的前缘段。前梁模具用于预成型前梁；后梁模具用于预成型后梁。脱模器、紧固器用于成型后前梁模具、后梁模具脱模；使平尾整体用烘箱设备一次共固化成型，工艺过程简单，产品精度高，成本低，重量轻，重复性好，前缘铺层纤维连续，提高了产品生产效率和成功率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装作进一步详细说明。

图1为本发明无人机复合材料平尾整体固化成型工装爆炸图。

图2为本发明复合材料平尾整体固化成型工装的梁体定位板示意图。

图3为图2的B-B向剖视图。

图4为本发明复合材料平尾整体固化成型工装的活动块示意图。

图5为本发明中前梁模具铺贴产品的示意图。

图6为本发明中上壁板前缘段模具与下壁板模具组合后铺贴产品的剖视图。

图7为本发明中上壁板后段模具铺贴产品的轴测图。

图8为本发明中铺贴产品的前梁模具和后梁模具与下壁板模具的剖视图。

图9为本发明复合材料平尾整体固化成型工装合模后的剖视图。

图中

1.前缘气囊 2.中部气囊 3.后缘气囊 4.四通组件 5.压力调节器 6.活动块 7.梁体定位板 8.螺栓 9.上壁板 10.下壁板 11.前梁 12.后梁 13.上壁板后段模具 14.上壁板前缘段模具 15.下壁板模具 16.前梁模具 17.后梁模具 18.梁定位板 20.脱模器

具体实施方式

本实施例是一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装。

参阅图1～图9，本实施例无人机复合材料平尾整体固化成型工装,由前缘气囊1、中部气囊2、后缘气囊3、四通组件4、压力调节器5、活动块6、梁体定位板7、螺栓8、上壁板后段模具13、上壁板前缘段模具14、下壁板模具15、前梁模具16、后梁模具17、梁定位器18、端部限位器、紧固器和脱模器20组成；其中，上壁板前缘段模具14和下壁板模具15与梁体定位板7、梁定位板18分别通过螺栓连接，梁体定位板7、梁定位板18分别位于上壁板前缘段模具14和下壁板模具15两端部并组成模具框体。上壁板后段模具13用于预成型上壁板9后段，上壁板后段模具13位于上壁板前缘段模具14和下壁板模具15上部；前梁模具16、后梁模具17通过定位销和螺栓分别与上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13、下壁板模具15连接。上壁板后段模具13两侧有螺孔，螺孔中心连线通过该模具重心；上壁板后段模具13与其四周配合面均采用梯形导向。

四通组件4一侧分别与前缘气囊1、中部气囊2、后缘气囊3相连接，另一侧与压力调节器5连接，压力调节器5装有快卸接头与外部气源连接，压力调节器5调节充气压力与充气速率，使各气囊内部压力始终保持平衡。活动块6与梁体定位板7上开口配合，活动块6安装在梁体定位板7上，梁体定位板7与上壁板前缘段模具14、下壁板模具15和上壁板后段模具13形成三个密封型腔。

梁体定位板7、梁定位板18分别位于下壁板模具15与上壁板前缘段模具14两端部,梁体定位板7、梁定位板18上部分别开有凹槽，凹槽宽度与前梁模具16、后梁模具17宽度相同，前梁模具16、后梁模具17通过定位销和螺栓分别与上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13、下壁板模具15连接。下壁板模具15上所有孔均为盲孔；前梁模具16、后梁模具17靠近两端处有通孔，用于脱模时安装螺栓8；梁体定位板7、梁定位板18用于定位前梁模具16、后梁模具17。

本实施例中，脱模器20为倒T型结构，脱模器20分别与下壁板模具15相连接，上部凸块设有与梁体定位板7平行的通孔，且与前梁模具16、后梁模具17上的通孔相对应，脱模器20、螺栓8用于固化成型后前梁模具16、后梁模具17脱模。

实施例

本实施例以下表各项为参数目标进行设计:

本实施例中气囊主体原材料为耐高温、高压橡胶，充、放气管路选用耐压材料；压力调节器选用耐高温成品；其余模具原材料为Q235，定位、紧固件选用国家标准。前缘气囊1、中部气囊2、后缘气囊3充气后用于产品加压，其截面形状为各自加压区域内形的0.9倍，长度方向单边比下壁板模具15短50～100mm，侧端有充、放气管路，伸出梁体定位板7后与四通组件4相连。

(1)前梁模具16、后梁模具17结构设计:前梁模具16用于预成型前梁11，后梁模具17用于预成型后梁12。端部有端部限位器。前梁模具16、后梁模具17外形截面尺寸与前、梁11、后梁12内形尺寸一致，精度为-0.10～0mm，其长度单边比下壁板模具15长5mm，前梁模具16、后梁模具17距离两端20mm处有通孔，通孔直径比螺栓8直径大3mm，避免脱模时前梁模具16、后梁模具17变形后与螺栓8干涉。

(2)上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13、下壁板模具15结构设计:上壁板后段模具13用于预成型上壁板9后段。上壁板前缘段模具14和下壁板模具15组装后，用于预成型下壁板10和上壁板9前缘段。前缘以弦平面，后缘以D面、F面、I面组成分模面，将模具分为上壁板模具和下壁板模具15两部分，再以前梁平面及E面、G面、H面组成的分模面，将上壁板模具分为上壁板前缘段模具14和上壁板后段模具13。上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13内形截面尺寸与上壁板9翼型外形尺寸一致，型面精度为-0.10～0mm。上壁板后段模具13两侧有螺孔，螺孔中心连线通过该模具重心，以方便其翻转及起吊搬运。下壁板模具15内形截面尺寸与下壁板10翼型外形尺寸一致，精度为-0.10～0mm。下壁板模具15长度和宽度方向尺寸首先满足上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13的安装及导向需求，再满足成型复合材料抽真空密封需求。下壁板模具15长度尺寸确定后，将上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13长度方向尺寸与其平齐。下壁板模具15上所有孔均为盲孔。将上壁板前缘段模具14、下壁板模具15用销钉和螺栓组成一个整体，上壁板后段模具13与其四周配合面均采用梯形导向，其中H面、I面对接间隙为0.5～1mm，D面、E面、F面、G面对接间隙为0～0.10mm。

(3)梁体定位板7、梁定位板18结构设计:在下壁板模具15两端设计梁体定位板7、梁定位板18，其形状为平板，在前梁模具16、后梁模具17的位置处，分别开有凹槽，该凹槽宽度与前梁模具16、后梁模具17同宽，位置精度0～+0.1mm，通过定位销和螺栓安装在上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13、下壁板模具15上。在梁体定位板7上有3个开口凹槽，便于气囊的充、放气导管从上方放进。

(4)前缘气囊1、中部气囊2、后缘气囊3结构设计:该产品固化温度为120℃，固化压力为0.3MPa，气囊选取橡胶材料；其截面形状为各自加压区域内形的0.9倍，长度方向单边比下壁板模具15短50～100mm。气囊充、放气管路材料选用耐压、耐高温材料。四通组件4一侧连接前缘气囊1、中部气囊2、后缘气囊3，使三个气囊内部压力始终保持平衡，另一侧连接压力调节器5，接口内部相通。活动块6用于安装前缘气囊1、中部气囊2、后缘气囊3后，封堵住梁体定位板7上的开口，从而形成3个完整的密封型腔，活动块6厚度为5mm。

(5)脱模器20、螺栓8用于固化成型后前梁模具16、后梁模具17脱模。脱模器20为倒T型，其下部与下壁板模具15相连接，上部突出部分有通孔，与前梁模具16、后梁模具17上的通孔相对应，脱模器20上通过螺栓8的孔径比螺栓8直径大3mm。

(6)数据分析及处理:根据上壁板前缘段模具14、上壁板后段模具13、下壁板模具15、前梁模具16、后梁模具17的三坐标测量结果，分析前梁模具16、后梁模具17与上壁板后段模具13、下壁板模具15的间隙，反馈到复合材料成型工艺设计铺层方案中，精确控制胶接厚度。

(7)根据成型工艺加热、加压要求，取3倍安全系数，对整套工装进行强度校核。

(8)模具使用方法:

a.将上壁板前缘段模具14、下壁板模具15通过销钉、螺栓组合成一体；

b.分别在上壁板后段模具13与下壁板模具15的组合模具、上壁板前缘段模具14、前梁模具16、后梁模具17上按工艺技术要求铺贴产品；

c.将前缘气囊1放进上壁板后段模具13与下壁板模具15的组合模具内；

d.将梁体定位板7、梁定位板18安装在下壁板模具15上，将前缘气囊1的充、放气导管从梁体定位板7的开口处伸出；

e.根据梁体定位板7、梁定位板18上凹槽开口位置安装前梁模具16、后梁模具17和紧固器；

f.安装中部气囊2、后缘气囊3，将气囊的充、放气管路从梁体定位板7的开口伸出；

g.上壁板后段模具13在上壁板前缘段模具14和下壁板模具15组合模具上的定位、安装：所有模具上已铺贴好产品，产品仅经过抽真空处理，仍然处于未固化状态，容易产生剥离、分层现象，因此安装定位必须准确、可靠，一次成功。行车吊起上壁板后段模具13两侧螺孔处安装的销轴进行翻转，更换起吊位置，采用组合定位法，将铺贴好上壁板9的上壁板后段模具13利用上壁板前缘段模具14的E面、下壁板模具15的D面进行导向，利用上壁板前缘段模具14的G面、下壁板模具15的F面进行限位，平稳放置后，利用螺栓进行紧固。

h.将三个活动块6安装到相应位置。

I.连接外部气源，根据工艺技术要求，利用压力调节器5调节充气压力与充气速率，给3个气囊进行充气。

j.固化:按成型工艺要求进行。

k.脱模:固化完成后，卸掉梁体定位板7、梁定位板18，安装脱模器20，通过螺栓8、螺母将其与前梁模具16连接；旋转螺母，使前梁模具16发生弹性变形，从而与前梁11分离。采用同样的方法进行后梁模具17脱模。

采用本实例成型工装，工艺过程简单，产品精度高，成本低，重量轻，重复性好，前缘铺层纤维连续，梁的位置胶接质量可得到有效保证。

Claims (1)

1.一种无人机复合材料平尾整体固化成型工装，包括前缘气囊、中部气囊、后缘气囊、四通组件、压力调节器、活动块、梁体定位板、螺栓、上壁板后段模具、上壁板前缘段模具、下壁板模具、前梁模具、后梁模具、梁定位板、脱模器，其特征在于：所述上壁板前缘段模具和下壁板模具位于下壁板模具与上壁板前缘段模具两端部组成模具框体；所述上壁板后段模具用于预成型上壁板后段，且位于上壁板前缘段模具和下壁板模具上部，前梁模具、后梁模具通过定位销和螺栓分别与上壁板前缘段模具、上壁板后段模具、下壁板模具连接；

所述上壁板后段模具两端有螺孔，螺孔中心线通过该模具重心，上壁板后段模具与其四周配合面均采用梯形导向；

所述四通组件一侧与前缘气囊、中部气囊、后缘气囊分别连接，另一侧与压力调节器连接，压力调节器装有快卸接头与外部气源连接，压力调节器调节充气压力与充气速率，使各气囊内部压力保持平衡；

所述活动块与梁体定位板上开口配合，活动块位于梁体定位板上，梁体定位板与上壁板前缘段模具、下壁板模具和上壁板后段模具分别形成密封型腔；

所述梁体定位板、梁定位板分别位于下壁板模具与上壁板前缘段模具两端部，梁体定位板、梁定位板上部分别开有凹槽，凹槽厚度与前梁模具、后梁模具宽度相同，前梁模具、后梁模具通过定位销和螺栓分别与上壁板前缘段模具、上壁板后段模具、下壁板模具连接；下壁板模具上所有孔均为盲孔；前梁模具、后梁模具靠近两端处有通孔，用于脱模时安装螺栓；所述梁体定位板、梁定位板用于定位前梁模具、后梁模具；

所述脱模器为倒T型结构，脱模器与下壁板模具相连接，上部凸块设有与梁体定位板平行的通孔，且与前梁模具、后梁模具上的通孔相对应，脱模器、螺栓用于固化成型后前梁模具、后梁模具脱模；

所述前缘气囊、中部气囊、后缘气囊充气后用于产品加压，其截面形状为各自加压区域内形的0.9倍，长度方向单边比下壁板模具短50～100mm，侧端有充、放气管路，伸出梁体定位板后与四通组件相连。

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