CN111251624A - 一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，属于无人机复合材料成型工艺技术领域；采用工艺步骤为：三维建模‑制备实体模具‑铺设预浸料‑合模‑气袋充气‑固化成型‑脱模完成，该整体成型方法采用气袋代替型芯的工艺思路解决了某无人机尺寸较小的复合材料油箱壳体的制造要求，且油箱外形精度与机身匹配性高。

Description

一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法

技术领域

本发明属于无人机复合材料成型工艺技术领域，具体涉及一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法。

背景技术

目前无人机上油箱主要为金属油箱或塑料软油箱，金属油箱其结构重量较大，非一体化制造，制造工艺方法复杂；软油箱虽然起到了一定的减重作用，但是其制造周期较长，安装固定复杂，减重效果一般，且不能作为承力部件，其与带尖角外物相撞易漏，且容易老化，使用寿命较短。而复合材料整体结构油箱既能够有效减少零部件和紧固件，减轻油箱结构重量，而且可以提高了油箱的密封可靠性和耐久性，强度较好。

发明专利CN 104044277A“复合材料油箱真空辅助树脂传递模塑整体成型工艺”提出了利用水溶性材料作为模具，在模具上进行铺层，然后采用真空辅助成型注入树脂，固化成型后将泡沫或者陶瓷溶解出即可，实现复合材料油箱壳体整体成型，但该方法成型的产品重量重、含胶量不均匀，只适用于大型厚壁类复合材料结构油箱的制造，不能用于薄壁结构的小型无人机油箱。

文章2095－6835(2018)04－0090－02“某轻型坦克复合材料油箱二次成型工艺及模具的制备方法”采用二次成型，然后采用胶接工艺制造复合材料油箱。文献“公告号是CN108146643 A的中国发明专利”公开了一种适应大俯冲角的小型油箱制造方法，该方法将油箱分为上、下壳体分别制造，最后将两个壳体粘结，制作成型。这种方法的缺点是工序繁多，油箱整体性能不高，表面不美观，在粘结处容易渗漏。

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，本发明提出一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，对小型无人机结构复杂的复合材料油箱壳体成型技术进行改进，实现了油箱壳体整体气袋成型。该整体成型方法采用气袋代替型芯的工艺思路解决了某无人机尺寸较小的复合材料油箱壳体的制造要求，且油箱外形精度与机身匹配性高。本发明中的油箱结构见图1(尺寸为：350X320X150mm，壁薄0.6mm)，该油箱外形凹凸不平，结构尺寸小，内部操作空间有限，若采用真空袋/热压罐固化加压，缺点是真空袋在凹凸处容易产生架桥，热压罐在加外压过程中容易导致真空袋破裂，造成废品。本发明中采用的气袋成型方法可有效地改善复合材料油箱成型工装的复杂性及成型的适用范围。制备出的复合材料油箱壳体质量高、外型精准、脱模性及经济效益好，不需要另外再涂敷涂层防止漏油。。

本发明的技术方案是：一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：根据油箱壳体结构尺寸设计模具，并采用三维建模软件建立模具模型，模具内型与油箱壳体外型一致；

步骤二：根据模具的三维模型制备实体模具；所述实体模具包括底座模具、端部模具和压框模具，所述底座模具和压框模具为上下结构，固定后形成一端开口的盒体，然后由所述端部模具将开口端封闭，组成油箱壳体的外型模具；所述压框模具端面上开有缺口，通过盖板封闭；

步骤三：在所述底座模具和压框模具内表面铺设预浸料，并采用抽真空预压实；

步骤四：在所述端部模具内表面先铺放一层预浸料，并抽真空预压实；采用泡沫胶将所述端部模具内的凹槽填充，待泡沫胶固化后，将表面修复平整，铺放其余2层预浸料，并抽真空预压实；

步骤五：将铺设完预浸料的3个所述模具进行组合，并通过紧固件固定为一体；

步骤六：将气袋从所述压框模具的缺口处放入模具中，并将所述气袋的气嘴从所述盖板上的通孔伸出，通过螺栓将所述盖板压紧固定于所述压框模具的缺口处；所述气袋由改性塑料薄膜热熔成型；

步骤七：将所述气嘴连接充气管路，调节充气压力卫0.05MPa，保持5min；再调节充气压力至0.1MPa，保持5min，使所述气袋逐步扩张，排除所述气袋与预浸料之间的空气；然后调节充气压力0.5MPa，保持5分钟，检查所述气袋是否漏气；若无漏气，则进烘箱固化；若所述气袋漏气，重复步骤六和步骤七；

步骤八：固化成型，将对合好的模具和铺覆组合好的预浸料毛坯放入烘箱固化，气袋充气至0.5MPa，升温至120℃，保温1个小时；

步骤九：脱模、修边：固化后脱模，经过修边得到整体复合材料油箱壳体。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中模具的精度为0～0.1mm，材料选用Q235。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤三中在底座模具和压框模具的铺贴面分别铺贴3层碳布预浸料，第一层为0°/90°、第二层为±45°、第三层为0°/90°；然后分别将多余的预浸料放置于阴模四周平面上。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤四中在所述端部模具的铺贴面铺放一层0°/90°碳布预浸料，抽真空压实；然后将端部模具的凹处填充泡沫胶，待泡沫胶固化后，将表面修复平整，铺放其余2层碳布预浸料，第一层为±45°，第二层为0°/90°，多余的预浸料放置于端部3的四周侧的平面上。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤三和步骤四的预浸料在对接缝处采用阶梯过渡，其中一个模具的预浸料铺层余边为阶梯状，第一层余边宽度为15mm，第二层余边宽度为10mm、第三层余边宽度为5mm，另一个模具的预浸料铺层与模具型面齐平，保证组合时在对接部位预浸料单边搭接。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤三和步骤四中抽真空预压实的参数要求为：真空度≧0.08MPa，时间不少于15min。

本发明的进一步技术方案是：所述气袋厦门新旺材料厂生产的P01改性材料热熔成型，耐压0.6MPa以上。

本发明的进一步技术方案是：所述气袋中心位置设有气道，用于连接充气嘴和气表，充气时能够实时调节气体压力，控制气体流量。

有益效果

本发明的有益效果在于：

(1)该油箱制件有效地解决了油箱与机身装配问题，产品成型模具以外形为基准设计，所以制作的产品外型面精度高，与机身配合型面好。

(2)采用泡沫胶填充端部模具内局部凹型面，使得内型面平整，保证气袋在充气过程中不会因凹槽复杂造成气袋破裂；解决了复杂型面复合材料油箱壳体整体成型的成功率，提高了产品成型过程中的可操作性和脱模性，改善了复杂半闭腔复合材料产品整体成型工艺的适用范围。

(3)采用厦门新旺复合材料公司最新研发的改性塑料进行热熔成型的气袋代替现有技术中的型芯，密封性好、耐高温稳定性、延展性好、耐压0.6MPa以上，且成本低。通过气囊充气对预浸料毛坯进行加压，使无人机油箱壳体用烘箱设备一次共固化成型，既降低了生产成本，又提高了产品生产效率及产品质量。

(4)选择的气袋尺寸比油箱壳体相应处尺寸大3％左右通过剪裁热熔成型即可，不需要制作成型气袋的模具，将制造成本大幅降低。

附图说明

图1是本发明某无人机碳纤维油箱壳体的轴测图；

图2是本发明无人机复合材料油箱壳体共固化成型用模具的轴测图；

图3是图2中底座模具铺覆产品的剖视图；

图4是图2中端部模具铺覆产品的轴测图；

图5是铺覆产品后底座与压框组合后的轴测图；

图6是本发明某无人机复合材料油箱壳体整体共固化成型用工装合模后的轴测图。

附图标记说明：1-油箱壳体，2-底座模具，3-端部模具，4-压框模具，5-盖板，6-气袋，7-气嘴。

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。

本发明的技术方案是一种小型无人机复合材料油箱壳体结构制件的制造方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：根据产品结构，综合考虑模具数控加工和产品铺层、脱模难度，利用三维建模，构建整体成型模具，根据油箱壳体1截面型状大小及复杂程度，将油箱壳体1分为端部区域、下部区域和上部区域分别进行复合材料铺覆；所述整体成型模具，其特点是包括底座2、端部3、压框4、盖板5、气袋6、气嘴7。

步骤二：气袋材料的选择与制造气袋，气袋材料选择原则：(1)密封性好，(2)优越耐高温稳定性，(3)延展性好，(4)耐压0.6MPa，(5)成本低。根据以上要求，多次试验，本气袋选择厦门新旺材料厂的塑料进行气袋制作，该气袋可根据产品图加工，这样气袋材料最为贴近制品形状，可降低气袋破裂泄露的不良率。气嘴选用耐高温尼龙材料；

步骤三：生产前准备：清理模具包括底座2、端部3、压框4的铺层面，并喷涂脱模剂；

步骤四：通过产品三维数模进行预浸料的展开放样，并采用AutoCAD进行预浸料的优化排料设计，再使用数控下料机进行剪裁，并对剪裁好的预浸料进行铺层标记并叠层放置；

步骤五：在底座2、压框4的铺贴面按设计要求分别铺贴3层碳布预浸料(1层0°/90°，1层±45°及1层0°/90°)，并分别将多余的预浸料放置于阴模四周平面上，铺层示意图见图3；

步骤六：在端部3的铺贴面铺放1层0°/90°碳布预浸料，抽真空压实；端部3的凹处填充泡沫胶，待泡沫胶固化后，将表面修复平整，铺放其余2层碳布预浸料(1层±45°及1层0°/90°)，多余的预浸料放置于端部3的四周侧的平面上，铺层示意图见图4；

步骤七：合模。

(1)将底座2上表面的铺覆翻边竖起，利用定位销、螺栓将其与压框4相连；将底座2上的铺覆的预浸料翻边翻压贴合到压框4铺覆层上，再在对合处内侧加贴一层10mm宽的碳布预浸料。

(2)将端部3四周面的铺覆的预浸料翻边竖起，利用定位销、螺栓将其与底座2相连；从压框4缺口位置伸手进去，端部3上的铺覆的预浸料翻边翻压贴合到底座2和压框4铺覆的预浸料表面层上；再在对合处内侧加贴一层10mm宽的碳布预浸料。

(3)放置气袋；将气袋从压框4缺口处放入组合模具中，将气嘴7从盖板5中间圆孔部分伸出，用螺栓将盖板5与压框4相连。

步骤八：充气，将气嘴7连接充气管路，调节充气压力0.05MPa，保持5min；再调节充气压力0.1MPa，保持5min，使气袋6逐步展开，排除气袋6与油箱壳体1之间的空气；调节充气压力0.5MPa，保持5分钟，检查气袋是否漏气。若无漏气，则进烘箱固化，若气袋漏气，重复步骤七中的(3)及步骤八；

步骤九：固化：将对合好的模具和铺覆组合好的预浸料毛坯放入烘箱固化；固化参数：气袋充气至0.5MPa，升温至120℃保温1个小时；

步骤十：脱模、修边：固化后脱模，经过修边得到整体复合材料油箱壳体。

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 (8)

1.一种小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：根据油箱壳体结构尺寸设计模具，并采用三维建模软件建立模具模型，模具内型与油箱壳体外型一致；

步骤二：根据模具的三维模型制备实体模具；所述实体模具包括底座模具、端部模具和压框模具，所述底座模具和压框模具为上下结构，固定后形成一端开口的盒体，然后由所述端部模具将开口端封闭，组成油箱壳体的外型模具；所述压框模具端面上开有缺口，通过盖板封闭；

步骤三：在所述底座模具和压框模具内表面铺设预浸料，并采用抽真空预压实；

步骤四：在所述端部模具内表面先铺放一层预浸料，并抽真空预压实；采用泡沫胶将所述端部模具内的凹槽填充，待泡沫胶固化后，将表面修复平整，铺放其余2层预浸料，并抽真空预压实；

步骤五：将铺设完预浸料的3个所述模具进行组合，并通过紧固件固定为一体；

步骤六：将气袋从所述压框模具的缺口处放入模具中，并将所述气袋的气嘴从所述盖板上的通孔伸出，通过螺栓将所述盖板压紧固定于所述压框模具的缺口处；所述气袋由改性塑料薄膜热熔成型；

步骤七：将所述气嘴连接充气管路，调节充气压力卫0.05MPa，保持5min；再调节充气压力至0.1MPa，保持5min，使所述气袋逐步扩张，排除所述气袋与预浸料之间的空气；然后调节充气压力0.5MPa，保持5分钟，检查所述气袋是否漏气；若无漏气，则进烘箱固化；若所述气袋漏气，重复步骤六和步骤七；

步骤八：固化成型，将对合好的模具和铺覆组合好的预浸料毛坯放入烘箱固化，气袋充气至0.5MPa，升温至120℃，保温1个小时；

步骤九：脱模、修边：固化后脱模，经过修边得到整体复合材料油箱壳体。

2.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于：所述步骤二中模具的精度为0～0.1mm，材料选用Q235。

3.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于：所述步骤三中在底座模具和压框模具的铺贴面分别铺贴3层碳布预浸料，第一层为0°/90°、第二层为±45°、第三层为0°/90°；然后分别将多余的预浸料放置于阴模四周平面上。

4.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于：所述步骤四中在所述端部模具的铺贴面铺放一层0°/90°碳布预浸料，抽真空压实；然后将端部模具的凹处填充泡沫胶，待泡沫胶固化后，将表面修复平整，铺放其余2层碳布预浸料，第一层为±45°，第二层为0°/90°，多余的预浸料放置于端部3的四周侧的平面上。

5.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于是：所述步骤三和步骤四的预浸料在对接缝处采用阶梯过渡，其中一个模具的预浸料铺层余边为阶梯状，第一层余边宽度为15mm，第二层余边宽度为10mm、第三层余边宽度为5mm，另一个模具的预浸料铺层与模具型面齐平，保证组合时在对接部位预浸料单边搭接。

6.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中抽真空预压实的参数要求为：真空度≧0.08MPa，时间不少于15min。

7.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于：所述气袋厦门新旺材料厂生产的P01改性材料热熔成型，耐压0.6MPa以上。

8.根据权利要求1所述小型无人机复合材料油箱壳体气袋成型方法，其特征在于：所述气袋中心位置设有气道，用于连接充气嘴和气表，充气时能够实时调节气体压力，控制气体流量。

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