一种大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装的制作方法

本发明涉及无人机制造工艺技术领域，具体地说，涉及一种大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装。

背景技术：

参阅图1，中国发明专利cn103802329a公开了“一种大长径比管形构件整体成型方法”，该成型方法采用芯模结合整体阴模进行成型，对工装结构未进行描述，特别是对如何保证产品顺利脱模并未提及。在发明专利cn106182805b中公开了“一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺”，该制造工艺采用组合阴模控制产品的外径尺寸，制备金属棒和硅橡胶的组合芯棒作为芯模，预浸料在芯模连续铺贴，合模之后通过硅橡胶囊膨胀施压，得到性能稳定的产品。该该制造工艺解决了产品外型面的尺寸精度不准确、难于脱模的问题；但其对产品内型尺寸精度控制差，对某型无人机尾撑来讲，由于外表面还要进行抹腻子喷漆工序，要求精度并不是太高，而管状内径要与其它零件进行配合安装，要求反而比外径要求高；而且该芯模采用硅橡胶材料，存在老化问题，使用几次后就得报废重做，生产组织比较繁琐，模具生产成本较高。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括组合底座、脱模机构、芯模、热缩套管和尾撑，其特征在于所述组合底座包括底座、吊环螺栓、紧固螺栓和支座，所述底座为内凹形长方体，两侧面分别固连有一组吊环螺栓，沿底座轴线对称安装，吊环螺栓用于吊装产品；所述支座为倒t字形结构，上半部有v形槽口,两个支座通过紧固螺栓固定在底座上两端部；

所述脱模机构包括芯棒、复材限位块、扁头插销、顶出块、限位法兰、旋转螺栓、弯柄插销，所述复材限位块为圆环体，内径与尾撑内径尺寸相同，复材限位块外径大于尾撑外径尺寸，复材限位块上部有径向销孔与尾撑端面相距并通过扁头插销固定在芯棒上，形成芯模，用于预成型碳纤维复合材料等径管形构件；顶出块一端紧靠复材限位块放置在芯棒上，另一端紧靠支座内侧面；

所述芯棒用于预成型碳纤维复合材料尾撑，外形截面尺寸与尾撑内径一致，长度方向单边比尾撑长，用于预成型碳纤维复合材料抽真空密封和支撑，芯棒一端圆心处有内螺纹孔，另一端超出尾撑件a面后由圆柱体变为圆锥体，在芯棒a、b处刻裁边线；

所述限位法兰中间有圆孔，周向均布有键槽，限位法兰通过旋转螺栓与芯棒内螺纹孔配合连接，限位法兰位于支座外侧面，限位法兰与支座通过弯柄插销连接；所述芯模位于支座上并安装脱模机构，通过扁头插销的插拔可控制芯模的旋转；拆掉扁头插销，转动旋转螺栓可带动芯棒与碳纤维复合材料等径管形构件沿轴向的移动，在芯模上旋转铺贴产品，在产品外表面放置热缩套管，通过在热压罐內高温高压固化成型。

所述芯棒拔模角度为1～2度。

所述芯棒与复材限位块、顶出块、限位法兰、旋转螺栓同轴安装。

有益效果

本发明提出的一种大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装，由组合底座、脱模机构、芯模和热缩套管组成；其中，支座固定在组合底座上；复材限位块用扁头插销固定在芯棒上，用于预成型碳纤维复合材料等径管形构件；顶出块紧贴复材限位块放置在芯棒上；将芯模放到支座上并安装脱模机构，通过扁头插销的插拔控制芯模的旋转；拆掉扁头插销，转动旋转螺栓带动芯棒与碳纤维复合材料等径管形构件沿轴向的移动。通过控制芯模加工精度，在芯模上旋转铺贴产品，在产品外表面放置热缩套管，通过在热压罐高温高压下一次固化成型，利用脱模机构将产品脱模，既保证了大长径比碳纤维复合材料等径管形构件铺层的完整性，又提高了等径管形构件内径尺寸的精度，满足等径管形构件外径尺寸精度。

本发明大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装，具有模具结构简单，生产组织比较简单，加工成本低的特点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装作进一步详细说明。

图1为现有技术尾撑件轴测图。

图2为本发明大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装爆炸图。

图3为本发明大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装轴测图。

图4为尾撑构件成型用工装铺贴好复合材料的剖视图。

图5为尾撑构件成型用工装使用热缩套管的剖视图。

图中

1.尾撑2.组合底座3.芯模4.热缩套管5.脱模机构6.底座7.芯棒8.吊环螺栓

9.紧固螺栓10.复材限位块11.扁头插销12.顶出块13.支座14.限位板

15.旋转螺栓16.弯柄插销

a.为裁边线b.为裁边线

具体实施方式

本实施例是一种大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装。

本实施例大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装，由组合底座2、脱模机构、芯模3、热缩套管4和尾撑1组成；其中，组合底座包括底座6、吊环螺栓8、紧固螺栓9和支座13，底座为凹空长方体，两侧面分别固连有一组吊环螺栓8，沿组合底座轴线对称安装，吊环螺栓用于吊装产品。支座13为倒t字形结构，上半部有v形槽口,两个支座13通过紧固螺栓9固定在底座6上的两端部。

脱模机构2包括芯棒7、复材限位块10、扁头插销11、顶出块12、限位法兰14、旋转螺栓15、弯柄插销16；复材限位块10为圆环体，内径与尾撑1内径尺寸相同，复材限位块10外径大于尾撑1外径尺寸，复材限位块10上部有径向销孔与尾撑1端面相距并通过扁头插销11固定在芯棒7上，形成芯模3，用于预成型碳纤维复合材料等径管形构件。顶出块12一端紧靠复材限位块10放置在芯棒7上，另一端紧靠支座13内侧面。芯棒7用于预成型碳纤维复合材料尾撑1，外形截面尺寸与尾撑1内径一致，长度方向单边比尾撑1长，用于预成型碳纤维复合材料抽真空密封和支撑，芯棒7一端圆心处有内螺纹孔，另一端超出尾撑1件a面后由圆柱体变为圆锥体，拔模角度为1～2度，在芯棒a、b处刻裁边线。限位法兰14中间有圆孔，周向均布有键槽，限位法兰14通过旋转螺栓15与芯棒7内螺纹孔配合连接，限位法兰14位于支座13外侧面，限位法兰14与支座13通过弯柄插销16连接；限位法兰14与复材限位块10、顶出块12、芯棒7、旋转螺栓15同轴安装。芯模位于支座上并安装脱模机构，通过扁头插销的插拔可控制芯模的旋转；拆掉扁头插销，转动旋转螺栓可带动芯棒与碳纤维复合材料等径管形构件沿轴向的移动，在芯模上旋转铺贴产品，在产品外表面放置热缩套管4，通过在热压罐高温高压固化成型。

参阅图2～图5，本实施例大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装，以表1各项为参数目标进行设计:

表1主要参数表

本实施例中，热缩套管4为现有产品，选用c-7系列，其余原材料为q235，定位、紧固件选用国家标准或行业标准。

热缩套管4结构设计:热缩套管4为现有产品，要求径向收缩率在30％以上，收缩温度140℃以上。根据c-7系列的径向收缩率和轴向收缩率，结合尾撑1构件尺寸，选取适当规格和长度的热缩套管。

底座6结构设计:底座6为焊接结构，选用型号槽钢，在底部焊接多块钢板以增加底座6稳定性，在底座6两侧适当位置钻制12.5mm孔，以安装吊环螺栓8进行起吊搬运。

芯棒7结构设计:芯棒7用于预成型碳纤维复合材料尾撑1，外形截面尺寸与尾撑1内径尺寸一致，直径公差h7，表面粗糙度0.8，长度方向单边比尾撑1长130mm，以满足成型复合材料抽真空密封及支撑需求。在一端圆心处有内螺纹m24，螺纹孔深60mm，另一端超出尾撑1构件a面20mm后由圆柱体变为圆锥体，拔模角度1°，在模具a、b处刻裁边线，刻线深0.3mm，宽0.2mm。

复材限位块10结构设计:复材限位块10为圆环体，宽20mm，内径尺寸与尾撑1内径尺寸相同，直径公差+0.025～0.058mm，表面粗糙度0.8，外径尺寸比尾撑1外径尺寸大5mm，宽度正中方向有销钉孔，与尾撑1b面尾撑1端面相距20mm用扁头插销11固定在芯棒7上，形成芯模3。

顶出块12结构设计:顶出块12横截面尺寸与复材限位块10相似，只是内径尺寸略大0.5mm，长度60mm；紧贴复材限位块10。

支座13结构设计:支座13为焊接结构，采用一块钢板厚12mm，另一块钢板厚40mm，将两块钢板焊接成倒t型，厚钢板在上面，加工v型槽口以便平稳放置芯棒7，侧边加工销钉孔，用紧固螺栓9固定在底座6两端。

限位法兰14结构设计:限位法兰14厚度为15mm，中间有通孔，通孔直径比旋转螺栓15直径大0.5mm，周圈有四个键槽均布，通过旋转螺栓15、弯柄插销16与支座13相连。

工装组合:将支座13放置在底座6的两端，插入紧固螺栓9，将芯棒7放在支座13的v型口上，调整支座13位置，使两侧v型口同轴，锁紧紧固螺栓9，取下芯棒7，形成组合底座2。

大长径比碳纤维复合材料等径管形构件成型工装使用方法:

a.将芯棒7、复材限位块10表面涂覆脱模剂，用扁头插销11固定在一起，形成芯模3，放置在组合底座2上。

b.在芯模3上按复材工艺要求铺贴尾撑1，铺贴时注意长度方向超出a面15～20mm，另一端紧贴复材限位块10，并向上翻边至与复材限位块10外圆齐平，按工艺要求进行抽真空处理。

c.在预成型碳纤维复合材料尾撑1外面包覆一层脱模布，然后套入热缩套管4，从复材限位块10处开始用热风枪进行加热，使热缩套管4紧紧敷贴在预成型碳纤维复合材料尾撑1外面，加工时，成型后的热缩套管4长度单面比预成型碳纤维复合材料尾撑1短5mm，脱模布长度比预成型碳纤维复合材料尾撑1长5mm；加热要均匀，避免热缩套管4出现皱褶现象。

d.根据复材工艺典型规范要求，对芯模3进行密封，将预成型碳纤维复合材料尾撑1、热缩套管4、复材限位块10、扁头插销11密封在内，并进行抽真空。

e.固化:按材料成形参数，通过在热压罐高温高压下一次固化成型。

f.脱模与修边:固化完成后，卸掉扁头插销11，去掉热缩套管4，在芯棒7上装上顶出块12、限位板14、旋转螺栓15，放入组合支座2，插上弯柄插销16，用工具转动旋转螺栓15，带动芯棒7沿轴向移动，通过复材限位块10、顶出块12的挤压，使尾撑1在芯棒7上产生数十毫米窜动，抬起芯棒7，可顺利取出尾撑1，按模具刻线进行裁边，得到一次固化产品。

本实施例中,通过控制芯模加工精度，在芯模上旋转铺贴产品，在产品外表面放置热缩套管，通过在热压罐高温高压下一次固化成型，利用所述脱模机构将产品脱模，既保证了大长径比碳纤维复合材料等径管形构件铺层的完整性，又提高了等径管形构件内径尺寸的精度，满足等径管形构件外径尺寸精度。