本發(fā)明屬于航空工業(yè)復(fù)合材料成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有機艙蓋和Ω長桁大曲率無人機壁板制造工藝。

背景技術(shù)：

先進復(fù)合材料具有高比強度、高比模量、耐疲勞、多功能、各向異性和可設(shè)計性、材料與結(jié)構(gòu)的同一性等優(yōu)異性能，自上世紀(jì)60年代年問世以來，先進復(fù)合材料很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天四大材料之一。復(fù)合材料成型工藝有多種形式，如手糊玻璃鋼成型、纏繞成型、擠壓成型、RTM成型、VARI成型、熱壓罐成型、模壓成型等等，航空領(lǐng)域方面采用相對較多的是熱壓罐成型工藝，壓力均勻，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

中國專利201010609685.1公布了一種復(fù)合材料部件框、梁和蒙皮整體固化成型方法。該方法采用橡膠襯模技術(shù)保證了長桁內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)壓力的均勻性和內(nèi)表面質(zhì)量，解決了二次交接成型中梁和蒙皮之間接合處的界面效應(yīng)。但是該工藝中橡膠氣囊壓力傳導(dǎo)性能相對較差，不能完全保證其下面的層壓板壓實；氣囊兩段是金屬片固定，中間部位容易變形，可能會導(dǎo)致整體固化時長桁中間變形；該工藝中氣囊具有一定的自身重力，因此可能導(dǎo)致熱壓罐成型過程中長桁有局部的移動；長桁內(nèi)部填充氣囊工藝相對復(fù)雜，并且氣囊制造成本較高，因此該工藝具有一定的局限性。

現(xiàn)代無人機使用帶有長桁、機艙蓋的大曲率復(fù)合材料蒙皮取代金屬材料可以有效減輕飛機自身重量，降低燃料消耗，同時減小長桁、機艙蓋和蒙皮之間緊固件的連接數(shù)量，從而有效的增加無人機航程。但是具有長桁和機艙蓋的大曲率復(fù)合材料蒙皮形狀較為復(fù)雜，通過常規(guī)的固化方法成本較高，周期較長；同時長桁和機艙蓋的形狀和位置不易控制，會出現(xiàn)長桁局部變形和機艙蓋無法正常裝配的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種具有機艙蓋和Ω長桁大曲率無人機壁板制造工藝。

技術(shù)方案

一種具有機艙蓋和Ω長桁大曲率無人機壁板制造工藝，其特征在于步驟如下：

步驟1：采用與復(fù)合材料制件的熱膨脹系數(shù)相匹配的殷鋼或復(fù)合材料加工框架式支撐結(jié)構(gòu)模具，模具的外形與要加工的產(chǎn)品外形相一致，包括機艙蓋及位置；

在模具型面上噴涂聚乙烯醇脫模劑；

步驟2：采用激光定位大曲率機艙口蓋2和蒙皮1鋪放的的鋪貼線；

步驟3、鋪放：按照激光定位的位置鋪貼口蓋蒙皮預(yù)浸料，并按工藝組合要求進行固化，將固化的艙蓋按照模具上口蓋大小劃痕線進行剪裁，最后按艙蓋位置再粘貼在艙蓋表面上；按產(chǎn)品脫模要求對模具表面進行處理；

步驟4：在模具表面鋪貼壁板的外蒙皮1；

步驟5：按設(shè)計要求加工Ω長桁8；

步驟6：用激光定位Ω長桁8位置，并在相應(yīng)位置鋪貼相應(yīng)的膠膜9，在膠膜9上放置相應(yīng)的Ω長桁8泡沫夾芯材料；

步驟7：按產(chǎn)品設(shè)計要求在相應(yīng)的泡沫行條8上鋪貼相應(yīng)厚度的蒙皮預(yù)浸料，

步驟8：進行熱壓罐固化蒙皮；

步驟9：產(chǎn)品脫模，分離機艙口蓋2與蒙皮并裁邊。

所述固化工藝采用分段升溫，第一升溫階段的升溫速率為2℃/min，第二升溫階段升溫速率為1.5℃/min，然后降溫，降溫速率為1.5℃/min；每段升溫的溫度值和保溫時間根據(jù)碳纖維預(yù)浸料的材料指標(biāo)要求。

有益效果

本發(fā)明提出的一種具有機艙蓋和Ω長桁大曲率無人機壁板制造工藝，設(shè)計與加工大曲率框架式模具4，采用激光定位大曲率機艙蓋2和蒙皮1鋪放的坐標(biāo)，并且劃線標(biāo)記。鋪放機艙蓋預(yù)浸料并且固化，脫模修邊。鋪放層壓板蒙皮，裁剪機艙蓋的位置。激光定位泡沫3位置并且標(biāo)記。鋪貼長桁填充泡沫膠膜7和泡沫3，進行長桁鋪貼。輔助材料10封裝抽真空，進行熱壓罐整體固化。

本發(fā)明專利可以保證艙蓋的尺寸精度，可以徹底消除固化過程中長桁在大曲率蒙皮上的移動和變形缺陷。

附圖說明

圖1：工藝流程圖

圖2：具有機艙蓋和Ω長桁的大曲率蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖

圖3：激光定位標(biāo)線示意圖

圖4：曲率艙蓋鋪貼示意圖

圖5：大曲率蒙皮鋪貼示意圖

圖6：填充泡沫、Ω長桁預(yù)裝配示意圖

圖7：固化時Ω長桁受力示意圖

1-大曲率層壓板蒙皮，2-曲率機艙蓋，3-Ω長桁，4-模具型面，5-內(nèi)劃線，6-外劃線，7-曲率機艙蓋口，8-長桁填充泡沫，9-膠膜，10-封裝輔助材料，11-Ω長桁受力矢量。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

第一步，準(zhǔn)備成型大曲率層壓板蒙皮1框架式支撐結(jié)構(gòu)模具。模具型面4材料盡可能與復(fù)合材料制件的熱膨脹系數(shù)相匹配,以保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品變形小,尺寸穩(wěn)定性好，同時模具表面光滑、平整，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前常用的模具主要有鋁模、鋼模、殷鋼、復(fù)合材料等模具。鋁模和鋼模熱膨脹系數(shù)和復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)匹配性較差，復(fù)合材料模具的熱匹配性最好，但是成本過高。殷鋼模具的熱膨脹系數(shù)和復(fù)合材料模具的熱匹配性能相對較好，并且成本相對較低，因此選用殷鋼材料模具。然后用干凈棉布蘸取少量酒精或丙酮反復(fù)擦洗模具型面,然后自然晾干或用冷、熱風(fēng)吹干模具型面。目前有兩類脫模材料，工裝脫模布和脫模劑。由于大多數(shù)結(jié)構(gòu)的形狀相對復(fù)雜，脫模布較難貼合形狀復(fù)雜的模具型面，而脫模劑是液體，所以建議使用脫模劑而非工裝脫模布，本工藝使用聚乙烯醇脫模劑，一般新模具采用蠟-聚乙烯醇復(fù)合型脫模劑。涂刷聚乙烯醇脫模劑應(yīng)嚴(yán)格按工藝規(guī)程進行,從而達到噴涂均勻、光滑和無遺漏的目的噴涂完畢后，脫模劑在模具上留下一層很薄的薄層，有點像膠衣層。

第二步，激光定位機艙蓋2和大曲率層壓板蒙皮1鋪放位置。激光由于具有方向性、單色性、相干性好以及亮度高等特點而廣泛應(yīng)用于位置跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計。其不僅可以對靜態(tài)目標(biāo)進行檢測，而且能對動態(tài)目標(biāo)進行實時檢測，目標(biāo)的速度、位移檢測以及軌跡的跟蹤等等，因此為了保證有曲率機艙蓋大曲率層壓板的形狀和位置尺寸精度，本工藝采用激光定位技術(shù)來確定有曲率機艙蓋2的位置。根據(jù)激光定位所得數(shù)據(jù)標(biāo)記曲率機艙蓋2內(nèi)線5和外線6。由于鋪放的機艙蓋預(yù)浸料在熱壓罐中具有熱脹冷縮的特性，所以為了保證曲率機艙蓋2的尺寸精度，實際鋪放的預(yù)浸料尺寸應(yīng)該比設(shè)計尺寸較大，外劃線6是鋪放實際尺寸，內(nèi)劃線5是設(shè)計尺寸，如圖3激光定位標(biāo)線示意圖所示。

第三步，鋪放機艙蓋2碳纖維預(yù)浸料。機艙蓋2不是平板機艙蓋，是帶有一定曲率的，所以為了保證固化過程中機艙蓋2具有一定的曲率，避免內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，本工藝在鋪放機艙蓋2預(yù)浸料是不對稱鋪貼，預(yù)浸料的不對稱性可以保證成型機艙蓋2可以達到所設(shè)計的曲率要求，如圖4曲率艙蓋鋪貼示意圖所示。在外線6的模具型面4表面噴涂脫模劑，然后按照外線6的尺寸裁剪不同角度預(yù)浸料并且以不對稱的方式鋪貼預(yù)浸料，最后按照封裝工藝組合要求進行機艙蓋2的熱壓罐成型固化。

第四步，鋪放大曲率層壓板蒙皮1，裁剪曲率機艙蓋口7的位置。將第一次固化后的模具型面4的表面用丙酮清理干凈，在模具型面4表面均勻的噴涂脫模劑，將上一步打磨修邊處理過的曲率機艙蓋2鋪放在第一次固化時的內(nèi)劃線5的位置。按照工藝要求鋪放大曲率層壓板蒙皮1的預(yù)浸料，其鋪層順序為非對稱結(jié)構(gòu)，這樣是為了保證其具有一定的曲率；在鋪放預(yù)浸料的過程中要在每一層預(yù)浸料上裁剪曲率機艙蓋口7，同時按照一定的工藝要求搭接好機艙蓋口7和機艙蓋2之間的配合尺寸精度，如圖5大曲率蒙皮鋪貼示意圖所示。

第五步，準(zhǔn)備長桁填充泡沫8和復(fù)合材料長桁3。熱壓罐固化時為了保證Ω形長桁3形狀和位置，需要準(zhǔn)備耐高溫、耐高壓的長桁填充泡沫8，將其固定在大曲率蒙皮上，然后將復(fù)合材料長桁3鋪放在對應(yīng)的填充泡沫8表面。泡沫由于耐高溫和耐高壓，具有一定的力學(xué)承載能力，其剛度相對于橡膠氣囊更大，所以能夠完全保證長桁固化時的形狀；同時泡沫的力學(xué)傳導(dǎo)能力也比橡膠氣囊可靠，可以完全保證泡沫下表面的層壓板壓實。工藝中使用的泡沫為PMI泡沫，該泡沫是一種剛性發(fā)泡材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，在相同密度下，PMI泡沫的壓縮、拉伸、剪切模量和強度最高；同時其具有較高的耐熱變形溫度，最高的耐熱變形溫度可以達到220℃；該泡沫易于加工，有良好的粘結(jié)性能。Ω形長桁3采用熱壓罐工藝成形，力學(xué)強度和尺寸精度可以滿足航空標(biāo)準(zhǔn)。

第六步，激光定位長桁填充泡沫8位置。為了長桁填充泡沫8高精度定位，采用激光定位技術(shù)可以有效的解決。在鋪放好的大曲率層壓板蒙皮1上分別利用激光定位技術(shù)進行定位。

第七步，鋪貼膠膜9和對應(yīng)的長桁填充泡沫8。膠膜9的主要作用是固定長桁填充泡沫8。在大曲率層壓板蒙皮1上表面鋪放長桁填充泡沫8時，由于大曲率蒙皮1在側(cè)面具有一定的斜率，同時為了保證固化后長桁泡沫8完全固定在蒙皮1上表面，所以在填充泡沫8下表面鋪放相應(yīng)的膠膜9，如圖6填充泡沫、Ω長桁預(yù)裝配示意圖所示。

Ω長桁3鋪貼。通過上一步已經(jīng)將長桁填充泡沫8鋪放并且用膠膜9將其固定，接下來需要將準(zhǔn)備好的Ω長桁和填充泡沫8進行組裝。如圖6填充泡沫、Ω長桁與裝配示意圖所示，Ω長桁3的邊緣要保證和膠膜9的余量部分一致，這樣在固化的過程中可以將Ω長桁3邊緣部和曲率蒙皮1完全膠接，保證成型質(zhì)量，減少缺陷。在有斜率的蒙皮表面，Ω長桁3在熱壓罐中固化時由于其所受的Ω長桁受力矢量11呈輻射狀，如圖7熱壓罐中長桁受力示意圖所示，同時由于之前膠膜9的固定作用，可以消除Ω長桁3在固化過程中的移動變形。

第八步，鋪覆封裝輔助材料抽真空和進行熱壓罐整體固化。確保封裝輔助材料的面積足以覆蓋整個模具型面4，并且留有一定的余量，同時用密封膠帶將模具型面四周封死。在密封真空袋時，先撕去密封膠帶的防粘層，然后將真空袋粘在密封膠帶上。在密封時留下一定的褶皺可以確保真空袋面積足以嚴(yán)密契合整個模具型面。抽真空時確保真空材料內(nèi)部沒有拱起或者鋪設(shè)不足，不然會導(dǎo)致部分部位樹脂含量過高，影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生干斑等。最后整個工裝送入熱壓罐中進行固化。

第九步，產(chǎn)品脫模，分離機艙口蓋2與蒙皮并裁邊。

所述固化工藝采用分段升溫，第一升溫階段的升溫速率為2℃/min，第二升溫階段升溫速率為1.5℃/min，然后降溫，降溫速率為1.5℃/min；每段升溫的溫度值和保溫時間根據(jù)碳纖維預(yù)浸料的材料指標(biāo)要求。

通過以上步驟可以制造出合格的具有機艙蓋和Ω長桁大曲率層壓板蒙皮，如圖2所示。