CN111391362A - 无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，属于复合材料工艺制造领域。具体包括以下步骤：步骤一：采用芯模模具制作硅橡胶芯模；步骤二：制作硅橡胶芯模需两种外型，且两个硅橡胶芯模的水平面与平尾加强筋接触处设有对应的下陷；步骤三：采用主体成型模制作飞机平尾；步骤四：在扣合好的主体成型模表面依次包裹隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成平尾的硅橡胶热膨胀加压固化成型工艺；步骤五：固化后脱模，拆卸硅橡胶芯模即得到整体共固化成型无人机复合材料的飞机平尾。该方法成型的飞机平尾不仅成型质量好，而且壁厚均匀，解决了现有技术中存在的整体成型质量较差、压力传递不均匀及脱模难等问题。

Description

无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法
技术领域
本发明涉及一种无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，属于复合材料工艺制造领域。
背景技术
先进复合材料因其具有高比强度、比模量，优异的耐腐蚀性、耐疲劳性和可设计性等一系列优点，在航空航天领域得到广泛应用。复合材料加筋壁板结构由于其良好的后屈曲承载能力及减重效果，复合材料加筋壁板作为飞机复合材料结构的典型形式之一，被广泛应用于飞机机翼、尾翼、机身和平尾等部位结构上。
无人机飞机复合材料平尾多为加筋壁板结构，由于其装配高度小、结构复杂，往往采用二次胶接或机械连接的的方式装配。由于二次胶接的成型方法会增加复合材料零件固化次数，增加制造成本，并对复合材料构件内部质量带来风险；而采用机械连接会增加紧固件数量以及增加零件连接装配工作量，从而降低了生产效率。
随着当今世界航空复合材料制造业的迅猛发展，采用一种新型的无人机复合材料平尾成型方法，使制造成本明显下降，更使结构承载能力有了很大程度的提高，对实现复合材料结构从设计到制造一体化成形具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，该方法成型的飞机平尾不仅成型质量好，而且壁厚均匀，解决了现有技术中存在的整体成型质量较差、压力传递不均匀及脱模难等问题。
为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下： 无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，包括以下步骤：
步骤一：采用芯模模具制作硅橡胶芯模：按技术要求加工由芯模上模和芯模下模组成的芯模模具，芯模上模和芯模下模之间所形成的空间内通过定位件连接调型模，在调型模与芯模上模和芯模下模所形成的环形空腔内注入硅橡胶，固化后脱模，调型模外表面与硅橡胶固化为一体形成硅橡胶芯模；
步骤二：制作硅橡胶芯模需符合两个要求，一是硅橡胶芯模制作两种外型，每种外型分别与平尾前后的空腔内型一致；二是两个硅橡胶芯模对接面之间预留平尾加强筋的厚度，且两个硅橡胶芯模的水平面与平尾加强筋接触处设有对应的下陷；
步骤三：采用主体成型模制作飞机平尾：
子步骤一：按技术要求加工由成型上模和成型下模组成的主体成型模，主体成型模的内腔与飞机平尾的外型一致；
子步骤二：在成型下模的内腔上表面上铺贴平尾下蒙皮的预浸料，且中部采用泡沫及短切纤维块预留连接处空间；
子步骤三：在平尾加强筋的铺贴模上铺贴平尾加强筋，铺敷后修切到技术要求的尺寸；
子步骤四：分别在成型后的两种外形的硅橡胶芯模外表面铺贴一层单面带胶脱模布，并将平尾加强筋从铺贴模上卸下，铺放在两个硅橡胶芯模之间的缝隙中；然后将带有加强筋的硅橡胶芯模放置在已铺好的平尾蒙皮预浸料上，并与成型下模进行定位；硅橡胶芯模与加强筋之间的R角区采用单向带碳捻条进行填充；
子步骤五：在定位好的硅橡胶芯模上表面铺敷平尾上蒙皮的预浸料，然后扣合成型上模，并与成型下模连接压实；
步骤四：在扣合好的主体成型模表面依次包裹隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成平尾的硅橡胶热膨胀加压固化成型工艺；
步骤五：固化后脱模，拆卸硅橡胶芯模即得到整体共固化成型无人机复合材料的飞机平尾。
所述的芯模上模和芯模下模扣合后的两端分别设有端头挡块，其中一端的端头挡块上设有注胶孔和排气孔。
所述的成型下模的上表面设有溢胶槽，溢胶槽分布于成型下模成型腔体的外圆周。
所述的调型模端面上设有两个脱模孔，脱模孔分别位于定位件的两侧。
本发明采用硅橡胶热膨胀加压整体共固化成型，有效提高了无人机复合材料平尾的成型
质量，同时缩短了生产周期，节省了生产成本；本发明中的硅橡胶芯模采用调型模与柔性芯模固化为一体的结构，有效解决了常规金属芯模带来的压力传递困难，难脱模等问题，提高了零件内部质量。
附图说明
图1为第一种外型的芯模模具扣合状态图。
图2为采用图1的芯模模具制作第一种外型的硅橡胶芯模。
图3为第二种外型的芯模模具扣合状态图。
图4为采用图3的芯模模具制作第二种外型的硅橡胶芯模。
图5为两个硅橡胶芯模组合后的结构示意图。
图6为主体成型模的扣合状态图。
图7为图6的主体成型模成型飞机平尾的机构示意图。
图8为脱模完成后的飞机平尾结构示意图。
具体实施方式
一种无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，包括以下步骤：
步骤一：如图1至图4所示，采用芯模模具制作硅橡胶芯模：按技术要求加工由芯模上模20和芯模下模21组成的芯模模具，芯模上模20和芯模下模21之间所形成的空间内通过定位件22连接调型模23，在调型模23与芯模上模20和芯模下模21所形成的环形空腔内注入硅橡胶，芯模上模20和芯模下模21扣合后的两端分别设有端头挡块24，其中一端的端头挡块24上设有注胶孔26和排气孔25，橡胶从注胶孔26进入，排气孔25将空腔内的空气排出，直至排气孔内排出橡胶，即可表明空腔内已经注满硅橡胶，然后进行固化；固化后脱模，调型模23外表面与橡胶固化为一体形成硅橡胶芯模1；
步骤二：制作硅橡胶芯模需符合两个要求，一是硅橡胶芯模制作两种外型，每种外型分别与平尾前后的空腔内型一致；二是两个硅橡胶芯模对接面之间预留平尾加强筋的厚度，且两个硅橡胶芯模的水平面与平尾加强筋接触处设有对应的下陷，如图5所示；
步骤三：如图6和图7所示，采用主体成型模制作飞机平尾：
子步骤一：按技术要求加工由成型上模2和成型下模3组成的主体成型模5，主体成型模5的内腔与飞机平尾的外型一致；
子步骤二：在成型下模3的内腔上表面上铺贴平尾下蒙皮的预浸料，且中部采用泡沫及短切纤维块预留连接处空间；
子步骤三：在平尾加强筋的铺贴模上铺贴平尾加强筋4，铺敷后修切到技术要求的尺寸；
子步骤四：分别在成型后的两种外形的硅橡胶芯模1外表面铺贴一层单面带胶脱模布，并将平尾加强筋4从铺贴模上卸下，铺放在两个硅橡胶芯模1之间的缝隙中；然后将带有加强筋的硅橡胶芯模1放置在已铺好的平尾蒙皮预浸料上，并与成型下模3进行定位；硅橡胶芯模1与加强筋之间的R角区采用单向带碳捻条进行填充；
子步骤五：在定位好的硅橡胶芯模1上表面铺敷平尾上蒙皮的预浸料，然后扣合成型上模2，并与成型下模3连接压实；
步骤四：在扣合好的主体成型模表面依次包裹隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成平尾的硅橡胶热膨胀加压固化成型工艺；
步骤五：固化后脱模，拆卸硅橡胶芯模1即得到整体共固化成型无人机复合材料的飞机平尾，如图8所示。
如图7所示，所述的成型下模3的上表面设有溢胶槽10，溢胶槽10分布于成型下模3成型腔体的外圆周。用于固化过程中，高温使调型模外表的橡胶融合，防止溢出，影响外部环境。
如图2和图4所示，所述的调型模23端面上设有两个脱模孔27，脱模孔27分别位于定位件22的两侧。硅橡胶芯模或飞机平尾在脱模过程中，利用脱模孔27可螺接螺栓等连接件，将硅橡胶芯模脱模。
综上所述，本申请的无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法具有以下优点：
1）采用热膨胀加压成型工艺，对于该无人机平尾形状复杂的制件，采用金属调型模填充的硅橡胶芯模热膨胀加压，可有效保证硅橡胶芯模的尺寸稳定性，同时通过硅橡胶芯模外周的硅橡胶热膨胀，可产生各个方向的膨胀压力，无需外压源，克服了外压难以传递均匀的缺点；
2）该成型方法中使用的硅橡胶芯模成型时，采用数控加工的金属组合模具成型，硅橡胶芯模成型模加工精度高且内腔光洁度高，可保证制造的硅橡胶芯模型面精度及外表面光洁度，无需对硅橡胶芯模进行表面处理，可很好的保证硅橡胶芯模与零件内腔的匹配，同时零件固化后脱模方便；
3）该热膨胀加压成型工艺，针对不同尺寸，不同厚度的零件，可通过调整调型模大小与外周的硅橡胶层厚度，满足不同类型零件的成型需求；
4）该热膨胀加压成型制造工艺相对简单，成本低，制件成型质量高，特别是能解决金属模具或热压罐等传统方法不能解决的问题。

Claims (4)

1.无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：采用芯模模具制作硅橡胶芯模：按技术要求加工由芯模上模（20）和芯模下模（21）组成的芯模模具，芯模上模（20）和芯模下模（21）之间所形成的空间内通过定位件（22）连接调型模（23），在调型模（23）与芯模上模（20）和芯模下模（21）所形成的环形空腔内注入硅橡胶，固化后脱模，调型模（23）外表面与硅橡胶固化为一体形成硅橡胶芯模（1）；
制作硅橡胶芯模需符合两个要求，一是硅橡胶芯模制作两种外型，每种外型分别与平尾前后步骤二：的空腔内型一致；二是两个硅橡胶芯模对接面之间预留平尾加强筋的厚度，且两个硅橡胶芯模的水平面与平尾加强筋接触处设有对应的下陷；
步骤三：采用主体成型模制作飞机平尾：
子步骤一：按技术要求加工由成型上模（2）和成型下模（3）组成的主体成型模（5），主体成型模（5）的内腔与飞机平尾的外型一致；
子步骤二：在成型下模（3）的内腔上表面上铺贴平尾下蒙皮的预浸料，且中部采用泡沫及短切纤维块预留连接处空间；
子步骤三：在平尾加强筋的铺贴模上铺贴平尾加强筋（4），铺敷后修切到技术要求的尺寸；
子步骤四：分别在成型后的两种外形的硅橡胶芯模（1）外表面铺贴一层单面带胶脱模布，并将平尾加强筋（4）从铺贴模上卸下，铺放在两个硅橡胶芯模（1）之间的缝隙中；然后将带有加强筋的硅橡胶芯模（1）放置在已铺好的平尾蒙皮预浸料上，并与成型下模（3）进行定位；硅橡胶芯模（1）与加强筋之间的R角区采用单向带碳捻条进行填充；
子步骤五：在定位好的硅橡胶芯模（1）上表面铺敷平尾上蒙皮的预浸料，然后扣合成型上模（2），并与成型下模（3）连接压实；
步骤四：在扣合好的主体成型模表面依次包裹隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成平尾的硅橡胶热膨胀加压固化成型工艺；
步骤五：固化后脱模，拆卸硅橡胶芯模（1）即得到整体共固化成型无人机复合材料的飞机平尾。
2.如权利要求1所述的无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，其特征在于：所述的芯模上模（20）和芯模下模（21）扣合后的两端分别设有端头挡块（24），其中一端的端头挡块（24）上设有注胶孔（26）和排气孔（25）。
3.如权利要求1所述的无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，其特征在于：所述的成型下模（3）的上表面设有溢胶槽（10），溢胶槽（10）分布于成型下模（3）成型腔体的外圆周。
4.如权利要求1所述的无人机复合材料平尾硅橡胶热膨胀加压成型方法，其特征在于：所述的调型模（23）端面上设有两个脱模孔（27），脱模孔（27）分别位于定位件（22）的两侧。
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