专利名称：微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法及其固化模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型无人机薄壳流线型机身与垂尾整体固化成型技术，尤其涉及微型无 人机机身与垂尾一体化固化成型方法及其固化模具，属于无人机制造技术领域。它采用连续 的纤维增强体铺层的工艺方法和一体化定位模具，重点解决了复杂复合材料结构件一体化成 型工艺难点。
二背景技术：
从20世纪40年代起聚合物基复合材料及其制件成型方法开始研究，随着聚合物复合材料 工业迅速发展和日渐完善，很多新的方法不断出现。但是微型无人机对重量要求十分苛刻， 如果机身与机翼等部件之间采用常规连接方法， 一方面很容易造成重量的增加；另一方面由 于在复合对料连接处严重破坏了承力纤维的连续性，从而造成强度减弱和应力增加。因此有 必要发明一种一体化成型的方法来解决该技术难题。本发明中的整体固化成型技术采用了连 续纤维增强体铺层的工艺方法和一体化定位模具，既保证了机身与垂尾复杂曲面形状要求， 又维持了机身和垂尾之间纤维的连续性，经过试验说明了该方法制成的同尺寸产品重量与常 规复合材料成型方法相比减轻了21%。该方法和设计模具很有效的实现了复杂曲面多个结构 件一体化成型的工艺，为下一步制作一体化全机模型奠定了技术基础。
三
发明内容
(1) 目的本发明目的在于针对微小型无人飞机的流线型机身和垂尾构造，提供一种 微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法及其固化模具，以解决由于装配带来重量增加、 强度减弱等问题。因此本发明也可用于其他复杂复合材料结构件一体化成型工艺。
(2) 技术方案
1)本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型模具，它是由凸模、凹模和固定 它们的螺栓螺母组成。
所述凸模是与所设计的薄壳流线型机身一致的凸起形状的钢制模具。
所述凹模是左侧模压块、右侧模压块通过螺栓螺母连接而成，凹模内部形状同样与所设
3计的薄壳流线型机身和垂尾一致的钢制模具。 所述螺栓螺母为标准制件。
左、右侧模压块设置有多个对称的通孔，供螺栓穿过通孔，用螺母拧紧实施型材在固化 前的螺栓紧定的模压工序。凸模的外表面、凹模的内表面与所制产品的内孔或内表面一致。
2)本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，该方法具体步骤如下
步骤一备料，将所选的纤维增强体预浸胶布，裁制所需的尺寸，该尺寸为薄壳流线体 机身与垂尾外表面包覆至少两层以上尺寸；
步骤二铺设复合材料增强纤维层，在刷涂过脱模剂的凸模胎体上，选用增强纤维预浸 胶布，用步骤一制得的备料，在凸模的胎体上首先铺一层后，再继续包覆另一层的预浸胶布， 依次铺放后，达到设计铺层的层数后放入凹模中，用螺栓螺母将整套模具的各个轴向合模的 定位件固定；
步骤三固化成型，将已完成模压成型工序的材料与模具放入固化箱内加温固化；或将 常温固化基体的纤维增强体预浸胶布已完成铺层已经模压的材料与模具在基体未固化的20 分钟内紧定模具，在常温下放置24小时后再脱模，72小时达到最大强度；
其中，步骤一中所述的纤维增强体预浸胶布是指碳纤维双向编织布(平纹或者斜纹)、 芳纶纤维双向编织布、碳纤维/芳纶纤维双向混编布。
其中，步骤二中所述的脱模剂是指液态碳纤维复合材料脱模剂，NT-200型号。
其中，步骤三中所述的材料与模具放入固化箱内加温固化，其加温固化温度为140—170 摄氏度。
3)优点及功效本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法及其固化模具， 其优点是
a. 更加轻强，本发明的环氧树脂基体140C。模压固化成型产品与手糊抽真空后固化成型 的产品在重量方面的比值为0.79: 1。
b. 整体一次热固化成型。该蒙皮包覆纤维增强体铺层的工艺方法大大提高了薄壳流线型 机身与垂尾的力学性能，实现了机身与垂尾无缝隙无螺栓连接。
c. 适用性更加广泛，多轴向定位一体化成型模具的工艺方法适合制作其他飞行器的复杂 连接件。
四
图1为多轴向定位模具凸模和凹模的示意图。
图2为多轴向定位模具左侧模压块和右侧模压块的示意图。
图3为成型后的一体化机身与垂尾示意图。
图中符号说明如下
1凸模；2凹模；3左侧模压块；4右侧模压块；5螺栓螺母。五具体实施例方式
1)见图l、图2，本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型模具，它是由凸模 1、凹模2和固定它们的螺栓螺母5组成。
所述凸模l是与所设计的机身流线型一致的凸起形状的钢制模具。
所述凹模2是左侧模压块3、右侧模压块4通过螺栓螺母5连接而成，凹模内部形状同样与 所设计的机身流线型一致的钢制模具。 所述螺栓螺母5为标准制件。
左、右侧模压块3、 4设置有多个对称的通孔，供螺栓穿过通孔，用螺母拧紧实施型材在 固化前的螺栓紧定的模压工序。凸模l的外表面、凹模2的内表面与所制产品的内孔或内表面一致。
2)本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，该方法具体步骤如下 步骤一备料，将所选的纤维增强体预浸胶布，裁制所需的尺寸，该尺寸为薄壳流线体
机身与垂尾外表面包覆至少两层以上尺寸；
步骤二铺设复合材料增强纤维层，在刷涂过脱模剂的阳模胎体上，选用增强纤维预浸
胶布，用步骤一制得的备料，在凸模的胎体上首先铺一层后，再继续包覆另一层的预浸胶布，
依次铺放后，达到设计铺层的层数后放入模具中，用螺栓将模具的各个轴向合模的定位件固
定；
步骤三固化成型，将已完成模压成型工序的材料与模具放入固化箱内加温固化或用模 具外热源箱的输油管把导热油输入给模具的加热系统固化；或将常温固化基体的纤维增强体 预浸胶布已完成铺层已经模压的材料与模具在基体未固化的20分钟内紧定模具，在常温下放 置24小时后再脱模，72小时达到最大强度；
加温固化的工艺过程如下
半小时升到140—17(TC，恒温一小时，自然降温到6(TC脱模； 或者在基体未固化的20分钟内紧定模具24小时后脱模。
实施例l
本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，该方法具体步骤如下-选用1K碳纤维增强体双向编织预浸胶布，以环氧树酯为基体，多轴向定位一体化成型的工艺 方法，制作薄壳流线型机身与垂尾整体结构。
步骤一浸有环氧树脂胶的碳纤维双向布裁成具有凸模的一个外表面周长以上的长度；
步骤二剪裁具有凸模一个外表面周长以上的长度碳纤维双向编织布包覆在凸模胎体上
一层，采用两块纤维增强体预浸胶布共同作为机身和垂尾的铺层材料，放入模具中，用螺栓
将各个模压块固定；
步骤三再放入固化箱内，半小时升温到14(TC，恒温一小时固化，在箱内自然降温到60°C，取出固化箱，脱模。 实施例2本发明一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，该方法具体步骤如下 选用芳纶纤维双向编布和酚醛树酯为基体，采用多轴向定位一体化成型的工艺方法，制作薄壳流线型机身与垂尾整体结构。步骤一浸有环氧树脂胶的碳纤维双向布裁成具有凸模的一个外表面周长以上的长度； 步骤二剪裁具有凸模一个外表面周长以上的长度碳纤维双向编织布包覆在凸模胎体上一层，采用两块纤维增强体预浸胶布共同作为机身和垂尾的铺层材料，放入模具中，用螺栓将各个模压块固定；步骤三再放入固化箱内，半小时升温到14(TC，恒温一小时固化，在箱内自然降温到 6(TC，取出固化箱，脱模。上述两个实例均是制作薄壁型材的铺层工艺方法，如需制作厚壁型材及厚壁耳片，只需 将所使用的材料均裁成凸模所需要外周层的长度，在凸模上包覆铺一层后，再续铺另一种材 料后(依次包覆)，放入模具中，用螺栓将模具上下、左右模块紧固即可。本发明所述型材的铺层材料，可与碳纤维布、芳纶纤维双向编织布、碳纤维/芳纶纤维 双向混编布任意组合，在同一种产品中可以使用上述材料中的一种，也可以使用上述材料中 的两种或多种。
权利要求
1、一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型模具，其特征在于该模具是由凸模、凹模和固定它们的螺栓螺母组成；所述凸模是与所设计的薄壳流线型机身一致的凸起形状的钢制模具；所述凹模是左侧模压块、右侧模压块通过螺栓螺母连接而成，凹模内部形状同样与所设计的薄壳流线型机身和垂尾一致的钢制模具；所述螺栓螺母为标准制件；左、右侧模压块设置有多个对称的通孔，供螺栓穿过通孔，用螺母拧紧实施型材在固化前的螺栓紧定的模压工序；凸模的外表面、凹模的内表面与所制产品的内孔及内表面一致。
2、 一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一备料，将所选的纤维增强体预浸胶布，裁制所需的尺寸，该尺寸为薄壳流线型 机身与垂尾外表面包覆至少两层以上尺寸；步骤 二铺设复合材料增强纤维层，在刷涂过脱模剂的凸模胎体上，选用增强纤维预浸 胶布，用步骤一制得的备料，在凸模的胎体上首先铺一层后，再继续包覆另一层的预浸胶布， 依次铺放后，达到设计铺层的层数后放入凹模中，用螺栓螺母将整套模具的各个轴向合模的 定位件固定；步骤三固化成型，将已完成模压成型工序的材料与模具放入固化箱内加温固化。
3、 根据权利要求2所述的一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，其特征在于 步骤一中所述的纤维增强体预浸胶布是指平纹及斜纹碳纤维双向编织布。
4、 根据权利要求2所述的一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，其特征在于 步骤一中所述的纤维增强体预浸胶布是指芳纶纤维双向编织布。
5、 根据权利要求2所述的一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，其特征在于 步骤一中所述的纤维增强体预浸胶布是指碳纤维/芳纶纤维双向混编布。
6、 根据权利要求2所述的一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，其特征在于-步骤二中所述的脱模剂是指型号为NT-200的液态碳纤维复合材料脱模剂。
7、 根据权利要求2所述的一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，其特征在于 步骤三中所述的材料与模具放入固化箱内加温固化，其加温固化温度为140—170摄氏度。
全文摘要
一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型模具，由凸模、凹模和螺栓螺母组成；凸模是与机身流线型一致的凸起形状的钢制模具；凹模是左侧模压块、右侧模压块通过螺栓螺母连接而成、其内部形状同样与机身流线型一致的钢制模具。一种微型无人机机身与垂尾一体化固化成型方法，它有三大步骤一、备料，将所选的纤维增强体预浸胶布，裁制所需的尺寸；二、用步骤一制得的备料，在凸模的胎体上首先铺一层后，再继续包覆另一层的预浸胶布，依次铺放后，达到设计铺层的层数后放入凹模中，用螺栓螺母将整套模具的各个轴向合模的定位件固定；三、将其放入固化箱内，140-170℃升温固化，在箱内自然降温到60℃取出脱模。本发明实现了复杂结构件的一体化成型。
文档编号B29C70/04GK101653990SQ200910092799
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者吕明云, 哲 武, 郭鹏飞, 马云鹏 申请人:北京航空航天大学