CN111186143B - 一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装及成型工艺，所述成型工装包括阳模型面、内部方管支撑、分块金属芯模、金属活动圆盘、内部中心圆管支撑、定位销、紧固螺栓、脱模螺栓和脱模块，所述阳模型面的外侧壁上安装有万向吊环，所述阳模型面表面设置有真空袋区域，所述万向吊环的数量为4个，所述分块金属芯模套设在阳模型面的顶部，所述分块金属芯模与阳模型面通过定位销定位对接，该无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装及成型工艺设计合理，能够保证装配精度，保证复合材料头锥与电动机安装金属卡盘的二次胶接共固化成型符合要求，同时能够降低设备费用。

Description

一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺
技术领域
本发明属于无人机配件加工技术领域，特别涉及一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺。
背景技术
随着航空技术领域的不断发展，无人机已成为各国研究的重点。由于其具有无人化、滞空时间长、精度高等特点，可用于不同地形、地区的中继通信、监测、侦查监视和打击等领域，在军用和民用领域具有广阔的应用前景。
先进复合材料具有比强度大、比模量高、可设计性强等优势。由于轻量化的要求，越来越多的航空器采用复合材料。由于使用复合材料可大幅度减轻结构重量，提高机体的综合性能，增加任务载荷和延长续航时间等，因此，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。
作为一体化成型的复合材料承力制件，为了提高其结构的整体性以最大保持纤维的连续性和最大发挥纤维的轴向性能，同时可显著地减少连接件、简化零部件的制造流程，还能减少装配环节以及装配带来的装配件等成本，因此这种结构制件采用一体化成型显得尤为重要。
现有无人机技术中，复合材料制件既要保证气动外形又要保证装配精度，对于二次胶接、二次装配的复合材料结构方式，一般较多采用组合阴模设计；由于阴模结构较深，设计组合的阴模操作困难，进行阴模铺贴时操作空间不足。因此，有必要改进其成型方法，既能保证气动外形又能完好的进行装配，为此，本发明提出一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，该无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺设计合理，能够保证装配精度，保证复合材料头锥与电动机安装金属卡盘的二次胶接共固化成型符合要求，同时能够降低设备费用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装，包括阳模型面、内部方管支撑、分块金属芯模、金属活动圆盘、内部中心圆管支撑、定位销、紧固螺栓、脱模螺栓和脱模块，所述阳模型面的外侧壁上安装有万向吊环，所述阳模型面表面设置有真空袋区域，所述万向吊环的数量为4个，所述分块金属芯模套设在阳模型面的顶部，所述分块金属芯模与阳模型面通过定位销定位对接，所述分块金属芯模与阳模型面通过紧固螺栓锁紧进行连接，所述脱模块安装在分块金属芯模的底部，所述阳模型面的外侧壁上开设有型面通风孔，所述金属活动圆盘套设在分块金属芯模的顶部，所述阳模型面的结构尺寸与产品复合材料头锥的内型结构尺寸一致，所述内部方管支撑和内部中心圆管支撑采用焊接组成内部支撑框架，并与阳模型面焊接，既能保证阳模型面稳定又能最大程度上的减轻工装重量，所述金属活动圆盘与分块金属芯模通过脱模螺栓连接。
一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，包括以下步骤：
步骤一：工装设计及制造；利用Catia软件设计产品成型工装，按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度；
步骤二：第一次共固化；阳模型面表面处理后涂敷脱模剂，通过定位销定位，安装内衬金属环，在内衬金属环表面铺贴一层胶膜，在阳模型面和胶膜表面铺贴碳纤维预浸料，组装分块金属芯模，分块金属芯模与阳模型面通过定位销定位，紧固螺栓锁紧进行连接，继续在分块金属芯模和已铺预浸料表面铺贴碳纤维预浸料，每铺贴三层预浸料进行一次抽真空预压实，保证预浸料表面平整无褶皱和气泡，在所述铺贴表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布等材料；
步骤三：第二次胶接共固化；对电动机安装金属卡盘粘接装配面进行数控加工，保证粘接面符合精度要求，粘接电动机安装金属卡盘，按要求固化，在待铺贴表面铺一层胶膜，然后进行头锥二次铺贴碳纤维预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡，形成头锥二次铺贴层，最后，在所述头锥二次铺贴层表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布等材料；
步骤四：分块金属芯模脱模；将分块金属芯模的脱模螺栓、定位销卸下，安装脱模块，利用橡胶锤轻敲脱模块将分块金属芯模按顺序脱出；
步骤五：产品脱模；拧动脱模螺栓带动金属活动圆盘将制件从模具上顶出，取下金属件上的定位销和紧固螺栓，产品得以脱模；
步骤六：产品外形加工；按照产品轮廓线进行切割，利用金刚石开孔器按照减轻孔线进行切割，得到最终产品复合材料头锥。
作为本发明的一种优选实施方式，所述成型工装按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度，并用成型工装制备出合格的复合材料头锥。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二和步骤三中，铺贴环境要求为：温度为22℃±4℃，湿度30％-65％，室内洁净度应达到≥10μm的尘粒不超过10个/L；所述预压实真空压力≥0.09MPa，时间30分钟。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二和步骤三中，碳纤维预浸料的铺贴层数为20层。
作为本发明的一种优选实施方式，所述阳模型面、内部方管支撑、内部中心圆管支撑、分块金属芯模和金属活动圆盘均采用Q235钢。
本发明的有益效果：本发明的一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装，包括阳模型面、内部方管支撑、分块金属芯模、型面通风孔、万向吊环、金属活动圆盘、内部中心圆管支撑、定位销、紧固螺栓、脱模螺栓、脱模块、内衬金属环、电动机安装金属卡盘、头锥二次铺贴层和复合材料头锥。
1、此无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺采用金属阳模型面解决内型面表面质量及阴模在铺贴过程中操作空间的局限性的问题，通过铺贴厚度稳定的预浸料来控制外型精度和外表面质量。
2、此无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺通过在阳模型面上进行铺贴，在热烘箱内采用OOA方法加热抽真空固化，降温脱模得到性能、外观和尺寸符合要求的一体化成型复合材料头锥，由于采用了非热压罐成型方法，降低了设备费用。
3、此无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装为组合模具，能保证内衬金属环与复合材料头锥第一次共固化成型，成型后对复合材料头锥与电动机安装金属卡盘连接面进行数控加工，保证了装配精度，又保证了复合材料头锥与电动机安装金属卡盘的二次胶接共固化成型符合要求。
附图说明
图1为一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺的流程图；
图2为一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装结构示意图；
图3为一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺的复合材料头锥示意图；
图中：1-阳模型面、2-内部方管支撑、3-分块金属芯模、4-型面通风孔、5-万向吊环、6-金属活动圆盘、7-内部中心圆管支撑、8-定位销、9-紧固螺栓、10-脱模螺栓、11-脱模块、12-内衬金属环、13-电动机安装金属卡盘、14-头锥二次铺贴层、15-复合材料头锥；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，包括阳模型面1、内部方管支撑2、分块金属芯模3、金属活动圆盘6、内部中心圆管支撑7、定位销8、紧固螺栓9、脱模螺栓10和脱模块11，所述阳模型面1的外侧壁上安装有万向吊环5，所述阳模型面1表面设置有真空袋区域，所述万向吊环5的数量为4个，所述分块金属芯模3套设在阳模型面1的顶部，所述分块金属芯模3与阳模型面1通过定位销8定位对接，所述分块金属芯模3与阳模型面1通过紧固螺栓9锁紧进行连接，所述脱模块11安装在分块金属芯模3的底部，所述阳模型面1的外侧壁上开设有型面通风孔4，所述金属活动圆盘6套设在分块金属芯模3的顶部，所述阳模型面1的结构尺寸与产品复合材料头锥15的内型结构尺寸一致，所述内部方管支撑2和内部中心圆管支撑7采用焊接组成内部支撑框架，并与阳模型面1焊接，既能保证阳模型面1稳定又能最大程度上的减轻工装重量，所述金属活动圆盘6与分块金属芯模3通过脱模螺栓10连接。
一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，包括以下步骤：
步骤一：工装设计及制造；利用Catia软件设计产品成型工装，按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度；
步骤二：第一次共固化；阳模型面1表面处理后涂敷脱模剂，通过定位销8定位，安装内衬金属环12，在内衬金属环12表面铺贴一层胶膜，在阳模型面1和胶膜表面铺贴碳纤维预浸料，组装分块金属芯模3，分块金属芯模3与阳模型面1通过定位销8定位，紧固螺栓9锁紧进行连接，继续在分块金属芯模3和已铺预浸料表面铺贴碳纤维预浸料，每铺贴三层预浸料进行一次抽真空预压实，保证预浸料表面平整无褶皱和气泡，在所述铺贴表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布等材料；
步骤三：第二次胶接共固化；对电动机安装金属卡盘13粘接装配面进行数控加工，保证粘接面符合精度要求，粘接电动机安装金属卡盘13，按要求固化，在待铺贴表面铺一层胶膜，然后进行头锥二次铺贴碳纤维预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡，形成头锥二次铺贴层14，最后，在所述头锥二次铺贴层14表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布等材料；
步骤四：分块金属芯模脱模；将分块金属芯模3的脱模螺栓10、定位销8卸下，安装脱模块11，利用橡胶锤轻敲脱模块11将分块金属芯模3按顺序脱出；
步骤五：产品脱模；拧动脱模螺栓10带动金属活动圆盘6将制件从模具上顶出，取下金属件上的定位销8和紧固螺栓9，产品得以脱模；
步骤六：产品外形加工；按照产品轮廓线进行切割，利用金刚石开孔器按照减轻孔线进行切割，得到最终产品复合材料头锥。
作为本发明的一种优选实施方式，所述成型工装按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度，并用成型工装制备出合格的复合材料头锥15。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二和步骤三中，铺贴环境要求为：温度为22℃±4℃，湿度30％-65％，室内洁净度应达到≥10μm的尘粒不超过10个/L；所述预压实真空压力≥0.09MPa，时间30分钟。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二和步骤三中，碳纤维预浸料的铺贴层数为20层。
作为本发明的一种优选实施方式，所述阳模型面1、内部方管支撑2、内部中心圆管支撑7、分块金属芯模3和金属活动圆盘6均采用Q235钢。
工作原理：利用Catia软件设计产品成型工装，按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度，阳模型面1表面处理后涂敷脱模剂，通过定位销8定位，安装内衬金属环12，在内衬金属环12表面铺贴一层胶膜，在阳模型面1和胶膜表面铺贴碳纤维预浸料，组装分块金属芯模3，分块金属芯模3与阳模型面1通过定位销8定位，紧固螺栓9锁紧进行连接，继续在分块金属芯模3和已铺预浸料表面铺贴碳纤维预浸料，每铺贴三层预浸料进行一次抽真空预压实，保证预浸料表面平整无褶皱和气泡，铺贴环境要求为：温度为22℃±4℃，湿度30％-65％，室内洁净度应达到≥10μm的尘粒不超过10个/L；所述预压实真空压力≥0.09MPa，时间30分钟，在所述铺贴表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布等材料，对电动机安装金属卡盘13粘接装配面进行数控加工，保证粘接面符合精度要求，粘接电动机安装金属卡盘13，按要求固化，在待铺贴表面铺一层胶膜，然后进行头锥二次铺贴碳纤维预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡，形成头锥二次铺贴层14，铺贴环境要求为：温度为22℃±4℃，湿度30％-65％，室内洁净度应达到≥10μm的尘粒不超过10个/L；所述预压实真空压力≥0.09MPa，时间30分钟，最后，在所述头锥二次铺贴层14表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布等材料，将分块金属芯模3的脱模螺栓10、定位销8卸下，安装脱模块11，利用橡胶锤轻敲脱模块11将分块金属芯模3按顺序脱出，拧动脱模螺栓10带动金属活动圆盘6将制件从模具上顶出，取下金属件上的定位销8和紧固螺栓9，产品得以脱模，按照产品轮廓线进行切割，利用金刚石开孔器按照减轻孔线进行切割，得到最终产品复合材料头锥，此无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺采用金属阳模型面1解决内型面表面质量及阴模在铺贴过程中操作空间的局限性的问题，通过铺贴厚度稳定的预浸料来控制外型精度和外表面质量，此无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺通过在阳模型面1上进行铺贴，在热烘箱内采用OOA方法加热抽真空固化，降温脱模得到性能、外观和尺寸符合要求的一体化成型复合材料头锥15，由于采用了非热压罐成型方法，降低了设备费用，此无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工装为组合模具，能保证内衬金属环12与复合材料头锥15第一次共固化成型，成型后对复合材料头锥15与电动机安装金属卡盘13连接面进行数控加工，保证了装配精度，又保证了复合材料头锥与电动机安装金属卡盘13的二次胶接共固化成型符合要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：工装设计及制造；利用Catia软件设计产品成型工装，按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度；
步骤二：第一次共固化；阳模型面(1)表面处理后涂敷脱模剂，通过定位销(8)定位，安装内衬金属环(12)，在内衬金属环(12)表面铺贴一层胶膜，在阳模型面(1)和胶膜表面铺贴碳纤维预浸料，组装分块金属芯模(3)，分块金属芯模(3)与阳模型面(1)通过定位销(8)定位，紧固螺栓(9)锁紧进行连接，继续在分块金属芯模(3)和已铺预浸料表面铺贴碳纤维预浸料，每铺贴三层预浸料进行一次抽真空预压实，保证预浸料表面平整无褶皱和气泡，在铺贴表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布材料；
步骤三：第二次胶接共固化；对电动机安装金属卡盘(13)粘接装配面进行数控加工，保证粘接面符合精度要求，粘接电动机安装金属卡盘(13)，按要求固化，在待铺贴表面铺一层胶膜，然后进行头锥二次铺贴碳纤维预浸料，进行抽真空预压实，保证表面平整无褶皱和气泡，形成头锥二次铺贴层(14)，最后，在所述头锥二次铺贴层(14)表面依次用脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋包裹，利用密封胶条将真空袋与所述产品进行密封，入烘箱固化，升温速率2℃/min，在120℃下保温2h，降温速率2℃/min，冷却至室温后移除真空袋、透气毡、隔离膜、脱模布材料；
步骤四：分块金属芯模脱模；将分块金属芯模(3)的脱模螺栓(10)、定位销(8)卸下，安装脱模块(11)，利用橡胶锤轻敲脱模块(11)将分块金属芯模(3)按顺序脱出；
步骤五：产品脱模；拧动脱模螺栓(10)带动金属活动圆盘(6)将制件从模具上顶出，取下金属件上的定位销(8)和紧固螺栓(9)，产品得以脱模；
步骤六：产品外形加工；按照产品轮廓线进行切割，利用金刚石开孔器按照减轻孔线进行切割，得到最终产品复合材料头锥；
所述步骤一中工装包括阳模型面(1)、内部方管支撑(2)、分块金属芯模(3)、金属活动圆盘(6)、内部中心圆管支撑(7)、定位销(8)、紧固螺栓(9)、脱模螺栓(10)和脱模块(11)，所述阳模型面(1)的外侧壁上安装有万向吊环(5)，所述阳模型面(1)表面设置有真空袋区域，所述万向吊环(5)的数量为4个，所述分块金属芯模(3)套设在阳模型面(1)的顶部，所述分块金属芯模(3)与阳模型面(1)通过定位销(8)定位对接，所述分块金属芯模(3)与阳模型面(1)通过紧固螺栓(9)锁紧进行连接，所述脱模块(11)安装在分块金属芯模(3)的底部，所述阳模型面(1)的外侧壁上开设有型面通风孔(4)，所述金属活动圆盘(6)套设在分块金属芯模(3)的顶部，所述阳模型面(1)的结构尺寸与产品复合材料头锥(15)的内型结构尺寸一致，所述内部方管支撑(2)和内部中心圆管支撑(7)采用焊接组成内部支撑框架，并与阳模型面(1)焊接，既能保证阳模型面(1)稳定又能最大程度上的减轻工装重量，所述金属活动圆盘(6)与分块金属芯模(3)通过脱模螺栓(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，其特征在于：所述成型工装按照产品精度要求制造金属阳模模具和相关装配组件，并结合三坐标保证装配精度，并用成型工装制备出合格的复合材料头锥(15)。
3.根据权利要求1所述的一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，其特征在于：所述步骤二和步骤三中，铺贴环境要求为：温度为22℃±4℃，湿度30％-65％，室内洁净度应达到≥10μm的尘粒不超过10个/L；所述预压实真空压力≥0.09MPa，时间30分钟。
4.根据权利要求1所述的一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，其特征在于：所述步骤二和步骤三中，碳纤维预浸料的铺贴层数为20层。
5.根据权利要求1所述的一种无人机电动机舱复合材料头锥一体化成型工艺，其特征在于：所述阳模型面(1)、内部方管支撑(2)、内部中心圆管支撑(7)、分块金属芯模(3)和金属活动圆盘(6)均采用Q235钢。
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