一种复合材料机身蒙皮整体成型工装及其成型工艺的制作方法

本发明涉及无人机复合材料制造技术领域，具体而言，涉及一种复合材料机身蒙皮整体成型工装及其成型工艺。

背景技术：

先进复合材料具有重量轻、强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性好、耐腐蚀、尺寸稳定性好等优点；同时，采用整体化制造技术可以大幅度减少零件和紧固件数量，减少结构重量，降低生产成本，因此，目前大部分的无人机机身蒙皮均采用先进复合材料制成。

目前，机身蒙皮整体成型中用到的模具较复杂，对于整体化蜂窝夹层结构工艺方法有共固化和二次胶接；但在共固化工艺中，树脂流动性太好会造成流胶过多导致面板贫胶，而成型压力过大会造成上面板凹陷，蜂窝失稳、滑移，且压力较小会导致面板缺陷及弱胶接，从而导致机身蒙皮的成品率难以得到控制。

因此，现提出一种能解决上述问题的复合材料机身蒙皮整体成型工装及其成型工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合材料机身蒙皮整体成型工装及其成型工艺，以解决上述问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种复合材料机身蒙皮整体成型工装，包括框架和工装型板；所述框架的两个相对面上均开设有安装槽，两个安装槽相对排布，且工装型板的两端固定卡设在两个安装槽上；所述框架上表面上还安装有两组可拆卸活块，两组可拆卸活块分别位于工装型板的两侧，两组可拆卸活块的内侧面与工装型板的工作面形成一个连续面，两组可拆卸活块与工装型板构成固化腔。

进一步的，每组所述可拆卸活块均包括多个依次紧密排布的可拆卸活块。

进一步的，所述工装型板的两侧均设置有沿台，两个沿台均固定在框架的顶面。

进一步的，所述工装型板与沿台为一体成型。

进一步的，两组所述可拆卸活块分别安装在两个沿台上。

进一步的，所述框架的底部还安装有多个转动的车轮。

进一步的，所述框架上还设置有多个吊环。

进一步的，所述工装型板的两端还安装有可拆卸的定位器。

一种复合材料机身蒙皮整体成型工艺，具体包括如下步骤：

(1)蜂窝定位样板制作：将预浸料铺叠在固化腔内，并将铺叠有预浸料的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内，使铺叠的预浸料固化；在预浸料固化后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，并将固化后的预浸料从复合材料机身蒙皮整体成型工装取下，形成蜂窝定位样板；

(2)零件制作前准备：在固化腔内涂刷脱模剂，裁剪外蒙皮料片、内蒙皮料片；将步骤1中制得的蜂窝定位样板进行切割，形成蜂窝定位板；并将蜂窝定位板表面粘贴脱模布；

(3)外蒙皮成型：将步骤2中制得的外蒙皮料片铺叠在固化腔内，将并将铺叠有外蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内，使铺叠的外蒙皮料片固化；将固化后的外蒙皮料片从复合材料机身蒙皮整体成型工装取下，制得外蒙皮；

(4)蜂窝铺放：在步骤3中制得的外蒙皮内表面上刷附第一层粘结剂；将步骤2中制得的蜂窝定位板放置在外蒙皮上，并采用激光投影仪投影蜂窝，对蜂窝定位板进行精确定位；此时，通过蜂窝定位板的定位，将蜂窝铺放在外蒙皮上，最后铺放蜂窝后的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入热压罐内热压实；将热压实后的复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，并将蜂窝定位板从复合材料机身蒙皮整体成型工装上取下，并在蜂窝区和非蜂窝区上刷附第二层粘结剂；最后将复合材料机身蒙皮整体成型工装再次送入热压罐内预压实；

(5)整体成型：将步骤4中的复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐中取出，在蜂窝上铺设内蒙皮料片，并将铺放有内蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行固化，最后将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐取出，并将复合材料机身蒙皮整体成型工装上成型蒙皮取下即可。

进一步的，在所述步骤3中，在将放置有外蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装在送入热压罐内固化过程中，先对热压罐内抽真空至-0.7bar以下，并以小于1.5℃/min的速度升温至80℃±5℃；并在升温的同时，以0.5bar/min的加压速率对热压罐加压至1.0bar时通入大气，并继续以0.5bar/min的加压速率加压至5.0bar±0.2bar。

进一步的，在所述步骤5中，将铺放有内蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行固化过程中，先对热压罐抽真空至-0.28bar～-0.34bar，并以小于1.5℃/min的速度升温至80℃±5℃；在升温的同时，以0.5bar/min的加压速率对热压罐加压至1.0bar时通入大气，并继续以0.5bar/min的加压速率加压至3.0bar±0.2bar。

进一步的，在所述步骤3和步骤5中，外蒙皮料片和内蒙皮料片在固化过程中，先将热压罐内温度升至80℃±5℃，并使热压罐内保持第一次恒温，且第一次恒温时间为20min～25min；在第一次恒温结束后，以小于1.5℃/min的速度升温至130℃±5℃，开始第二次恒温，第二次恒温时为100min～120min；在第二次恒温结束后，以不大于1.5℃/min速度对热压罐内进行降温，最后，在降温至60℃以下后对热压罐进行卸压。

进一步的，在所述步骤4中，将铺放蜂窝后的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入热压罐内热压实时，热压罐内的温度为60℃±5℃，并保持30±5min恒温。

本发明的有益效果是,

1.以组合结构的形式设计型面，降低了制造难度，实现了大曲率工装外形的工艺要求，并在产品固化成型后，通过将可拆卸活块逐一拆卸，实现了产品可脱模的工艺要求；同时，复合材料机身蒙皮整体成型工装不仅可以制造产品，还可以制造蜂窝定位板，降低了单独开模制造蜂窝定位板的成本。

2.根据机身蒙皮的特殊结构形式，采用复合材料机身蒙皮整体成型工装与工艺相结合方式实现产品制造；同时，采用固化成型工艺，整体成型后的产品为具有蜂窝夹层结构的机身蒙皮，使机身蒙皮的结构更加牢固；因先成型的外蒙皮不含蜂窝，因此可使用较大成型压力进行固化，保证了外蒙皮的成型质量。

3.使蜂窝定位板和外蒙皮使用同一套工装成型，使蜂窝定位板和外蒙皮具有相同的热膨胀量；采用蜂窝定位板定位蜂窝，可保证蜂窝在外蒙皮上铺放位置的准确性；在保证蜂窝质量的情况下，采用优化的固化参数可保证机身蒙皮的成型质量。

附图说明

图1是本发明提供的复合材料机身蒙皮整体成型工装的主视图；

图2是本发明提供的复合材料机身蒙皮整体成型工装的左视图；

图3是本发明提供的复合材料机身蒙皮整体成型工装的俯视图；

图4是本发明提供的复合材料机身蒙皮整体成型工装的爆炸视图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1、框架，2、工装型板，3、安装槽，4、可拆卸活块，5、固化腔，6、沿台，7、车轮，8、吊环，9、定位器；

41、水平部，42、弧形部，43、定位孔。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

图1至图4所示出了本发明提供的一种复合材料机身蒙皮整体成型工装，包括框架1和工装型板2；所述框架1的两个相对面上均开设有安装槽3，两个安装槽3相对排布，且工装型板2的两端固定卡设在两个安装槽3上；所述框架1上表面上还安装有两组可拆卸活块4，两组可拆卸活块4分别位于工装型板2的两侧，两组可拆卸活块4的内侧面与工装型板2的工作面形成一个连续面，两组可拆卸活块4与工装型板2构成固化腔5。

所述框架1为矩形框架1，安装槽3呈u型，工装型板2的横截面也呈u型，使工装型板2与安装槽3配合，从而使工装型板2的两端能稳固的支撑在两个安装槽3内；所述工装型板2与框架1焊接固定，使工装型板2的安装更加稳固，且工装型板2的高端与框架1的顶面平齐。两组可拆卸活块4均通过螺钉固定在框架1上，且两组可拆卸活块4在框架1上对称排布，使两组可拆卸活块4分别位于工装型板2的两侧，而两组可拆卸活块4内表面的下端与工装型板2的两个侧边对接，使两组可拆卸活块4与工装型板2共同构成一个凹形的固化腔5，而固化腔5的上端开口为两组可拆卸活块4上端之间的间隙。

当需要生产机身蒙皮或蜂窝定位板时，可先将两组可拆卸活块4分别固定在框架1上，然后在固化腔5内铺设生产机身蒙皮或蜂窝定位板的材料，并在材料铺设完毕后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内固化，从而使铺设在固化腔5内的材料进行固化，使固化腔5内的材料成型为机身蒙皮或蜂窝定位样板，并将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，最后将两组可拆卸活块4从框架1拆下，将固化成型产生的身蒙皮或蜂窝定位样板从固化腔5内取出，而取出的蜂窝定位样板通过二次加工即形成蜂窝定位板。

每组所述可拆卸活块4均包括多个依次紧密排布的可拆卸活块4，使机身蒙皮或蜂窝定位板在生产过程中，固化腔5内的材料在固化过程中，材料的张力能通过多个可拆卸活块4进行均匀分散，从而防止身蒙皮或蜂窝定位板在生产过程中产生形变；所述可拆卸活块4包括水平部41和垂直固定在水平部41上的弧形部42，水平部41与弧形部42一体设置，且弧形部42的内表面与工装型板2的内表面拼接形成一个连续面；所述垂直部通过螺钉固定在框架1上，使可拆卸活块4的安装更加方便，且使可拆卸活块4的安装更加稳固。

每个所述可拆卸活块4的弧形部42均开设有定位孔43，使方便对在放置外蒙皮料片、内蒙皮料片和蜂窝定位板时的定位，使生产出的机身蒙皮的尺寸更加精准。

所述工装型板2的两侧均设置有沿台6，两个沿台6均固定在框架1的顶面，所述沿台6呈长条状，且沿台6的长度与工装型板2的长度相等，使沿台6的两端分别与工装型板2的两端对齐；在对工装型板2安装过程中，安装型板的两侧可通过沿台6的固定而固定，从而使工装型板2的安装更加稳固。所述工装型板2与沿台6为一体成型，使工装型板2与沿台6的连接更加牢固，不仅加方便对工装型板2的安装，且使工装型板2的两侧能通过沿台6的固定而更加稳固，从而使生产出的机身蒙皮和蜂窝定位板的形变量更小。

两组所述可拆卸活块4分别安装在两个沿台6上，不仅使可拆卸活块4的安装更加方便，且使可拆卸活块4的内表面与工装型板2的对接处间隙更小，使最终加工出的产品精度更高。

所述框架1的底部还安装有多个转动的车轮7；所述车轮7至少为4个，且对个车轮7均匀分布在框架1的底面，使固化腔5内的材料需要固化时，可快速的将复合材料机身蒙皮整体成型工装送至热压罐内，且使固化腔5内的材料在固化完毕后，能快速的将复合材料机身蒙皮整体成型工装从液压罐内推出。所述框架1上还设置有多个吊环8，多个吊环8分别位于框架1的两个相对侧壁上，方便对复合材料机身蒙皮整体成型工装的搬运。

所述工装型板2的两端还安装有可拆卸的定位器9，所述定位器9可以为红外线定位器9或直接采用销钉定位，使在生产机身蒙皮过程中，能对外蒙皮料片和内蒙皮料片进行定位，使生产处的机身蒙皮的尺寸更加精准。

所述工装型板2上还雕刻有蜂窝线，使在对蜂窝定位样板加工成蜂窝定位板时能根据蜂窝线进行切割，使加工出的蜂窝定位板尺寸更加精准。

本发明还提供了一种复合材料机身蒙皮整体成型工艺，具体包括如下步骤：

(1)蜂窝定位样板制作：将预浸料铺叠在固化腔5内，并将铺叠有预浸料的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内，使铺叠的预浸料固化；在预浸料固化后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，并将固化后的预浸料从复合材料机身蒙皮整体成型工装取下，形成蜂窝定位样板。

先将多个可拆卸活块4分别通过螺钉固定在两个沿台6上，使多个可拆卸活块4的内表面与工装型板2的内表面共同构成固化腔5，同时将定位器9安装在工装型板2的两端；然后将预浸料铺叠在固化腔5内，且预浸料不少于5层，以保证固化后形成的蜂窝定位样板具有有一定的刚度；而在预浸料铺叠完毕后，将铺叠有预浸料的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内，使固化腔5内铺叠的预浸料被固化，从而形成蜂窝定位样板；当预浸料完全固化后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，并通过两个定位器9在蜂窝定位样板上标记定位孔43；最后，将多个可拆卸活块4从沿台6上取下，并将成型的蜂窝定位样板从固化腔5内取下。

(2)零件制作前准备：在固化腔5内涂刷脱模剂，裁剪外蒙皮料片、内蒙皮料片；将步骤1中制得的蜂窝定位样板进行切割，形成蜂窝定位板；并将蜂窝定位板表面粘贴脱模布。

将外蒙皮料片与内蒙皮料片均根据下料排版图裁剪好,而步骤1中制得的蜂窝定位样板采用激光切割机根据蜂窝定位样板上的蜂窝线进行切割,在切割过程中，根据定位器9在蜂窝定位板上标记的定位孔43，同时在蜂窝定位板上切割定位孔43；在蜂窝定位样板切割完毕后,对蜂窝定位样板进行打磨,使形成的蜂窝定位板外表更加光滑,尺寸更加精准；所述通过在蜂窝定位板表面粘贴脱模布，方便后期对蜂窝定位板取出；所述脱模布还可采用脱模剂直接替代；通过步骤1和步骤2制得的蜂窝定位板只需在第一次生产机身蒙皮时进行加工生产，在后续加工生产过程中，蜂窝定位板可重复使用。

(3)外蒙皮成型：将步骤2中制得的外蒙皮料片铺叠在固化腔5内，将并将铺叠有外蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内，使铺叠的外蒙皮料片固化；将固化后的外蒙皮料片从复合材料机身蒙皮整体成型工装取下，制得外蒙皮。

将步骤2中的外蒙皮料片铺叠在刷附有脱模剂的固化腔5内，在外蒙皮料片铺叠完成后，将铺叠有外蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行固化，使外蒙皮料片在热压罐内固化呈外蒙皮；在外蒙皮固化成型后，将包含有外蒙皮的复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，在复合材料机身蒙皮整体成型工装取出后，外蒙皮保存在固化腔5内。

(4)蜂窝铺放：在步骤3中制得的外蒙皮内表面刷附第一层粘结剂；将步骤2中制得的蜂窝定位板放置在外蒙皮上，并采用激光投影仪投影蜂窝，对蜂窝定位板进行精确定位；此时，通过蜂窝定位板的定位，将蜂窝铺放在外蒙皮上，最后铺放蜂窝后的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入热压罐内热压实；将热压实后的复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，并将蜂窝定位板从复合材料机身蒙皮整体成型工装上取下，并在蜂窝区和非蜂窝区上刷附第二层粘结剂；最后将复合材料机身蒙皮整体成型工装再次送入热压罐内预压实。

所述步骤4中的第一粘结剂和第二粘接剂均为芯胶膜，且在第一粘接剂刷附过程中，第一粘接剂均匀的分布在外蒙皮的表面上，在第一粘接剂刷附完毕后，将步骤2中制得的蜂窝定位板放置在刷附有第一粘接剂的外蒙皮上，在蜂窝定位板放置过程中，通过两个定位器9对蜂窝定位板上的定位孔43进行定位，使蜂窝定位板放置的位置更加精准；在蜂窝定位板放置后，通过蜂窝定位板的定位，将蜂窝一一放置在刷附有第一粘接剂的外蒙皮上，而在蜂窝放置完毕后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行热压实，使蜂窝粘接固定在外蒙皮上。

在蜂窝与外蒙皮粘接固定后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，由于蜂窝定位板的表面粘贴脱模布，使蜂窝定位板未与外蒙皮粘接固定，从而使蜂窝定位板能快速的从外蒙皮上取下；在蜂窝定位板取下后，在蜂窝和热压实后的第一粘结剂表面刷附第二粘接剂，在第二粘接剂刷附完毕后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行预压实，预压实的温度为60℃±5℃，并在预压实过程中并保持30min±5min的恒温，从而使第二粘接剂固化，从而使蜂窝与外蒙皮粘接牢固。

(5)整体成型：将步骤4中的复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐中取出，在蜂窝上铺设内蒙皮料片，并将铺放有内蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行固化，最后将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐取出，并将复合材料机身蒙皮整体成型工装上成型蒙皮取下即可。

在将步骤4中进行预压实后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，在复合材料机身蒙皮整体成型工装取出后，在蜂窝上铺设内蒙皮料片，在内蒙皮料片铺设外壁后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装再次送入到热压罐内进行固化，从而使内蒙皮料片通过第二粘接剂粘结固定在蜂窝上，从而使外蒙皮聊片、蜂窝、内蒙皮料片共同固化形成机身蒙皮，在机身蒙皮固化成型后，将复合材料机身蒙皮整体成型工装从热压罐内取出，此时，将可拆卸活块4从沿台6上拆下，最后将固化成型的机身蒙皮从固化腔5内取出，完成机身蒙皮的生产。

在所述步骤3中，在将放置有外蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装在送入热压罐内固化过程中，先对热压罐内抽真空至-0.7bar以下，并以小于1.5℃/min的速度升温至80℃±5℃；并在升温的同时，以0.5bar/min的加压速率对热压罐加压至1.0bar时通入大气，并继续以0.5bar/min的加压速率加压至5.0bar±0.2bar。在所述步骤5中，将铺放有内蒙皮料片的复合材料机身蒙皮整体成型工装送入到热压罐内进行固化过程中，先对热压罐抽真空至-0.28bar～-0.34bar，并以小于1.5℃/min的速度升温至80℃±5℃；在升温的同时，以0.5bar/min的加压速率对热压罐加压至1.0bar时通入大气，并继续以0.5bar/min的加压速率加压至3.0bar±0.2bar。

在所述步骤3和步骤5中，外蒙皮料片和内蒙皮料片在固化过程中，先将热压罐内温度升至80℃±5℃，并使热压罐内保持第一次恒温，且第一次恒温时间为20min～25min；在第一次恒温结束后，以小于1.5℃/min的速度升温至130℃±5℃，开始第二次恒温，第二次恒温时为100min～120min；在第二次恒温结束后，以不大于1.5℃/min速度对热压罐内进行降温，最后，在降温至60℃以下后对热压罐进行卸压。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。