一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装的制作方法

1.本实用新型属于航空复合材料成型技术领域，尤其涉及一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装。


背景技术：

2.碳纤维复合材料，由于其强度大，模量大、重量轻、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳，可设计性强等特点，复合材料导热系数较高，在航空航天领域上得到越来越广泛的应用。复合材料在飞行器上的应用部位，已由非承力件及次承力件逐步发展到主承力部件，并向大型化、复杂化、整体化方向发展。先进复合材料的用量已成为体现飞行器的先进性的重要指标。
3.复合材料件通常采用真空袋法成型、热压罐成型法、复合材料舱体成型，由于外表面粗糙度要求较高，框以及金属件位置要求较高等，传统的飞行器的结构为单个金属件，复材件单独成型，通过使用铆钉，结构胶等连接介质，胶铆的形式装配，在装配过程中需要大量的装配工装，费钱、费时、费力，同时采用现有工艺方法使得成品外表面有大量的铆钉出现，影响外观质量，同时大量使用铆钉还会增加机体结构重量，造成飞行器的整体性能下降。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为解决背景技术中存在的问题，提供一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装。
5.本实用新型的成型工装改变了飞行器传统的成型方法，通过一体化成型来完成整个的飞行器舱体的制造，减少工装的使用，减少铆钉、结构胶等等的连接介质的使用，大大缩短了装配时间，减少装配工作量，减轻了装配难度，降低了生产成本，并提高了舱体的整体质量，舱体外观因铆钉使用量的减少而使外观质量得以保证。
6.实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
7.一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装，包括框架组件、框定位组件、泡沫检验卡板组件、复材盖板组件、合模装置及七个镶块；七个镶块分别是底部镶块、后部端头镶块、前部端头镶块、两个上部镶块及两个侧镶块；两个上部镶块分别是上部镶块一和上部镶块二，两个侧镶块分别是左侧镶块和右侧镶块；
8.底部镶块、后部端头镶块、前部端头镶块、左侧镶块和右侧镶块均设置在框架组件上面，且均与框架组件定位并可拆卸固定连接，后部端头镶块、前部端头镶块、左侧镶块和右侧镶块分别设置在底部镶块后部、前部、左侧以及右侧，且均与底部镶块定位并可拆卸固定连接，后部端头镶块分别与左侧镶块和右侧镶块后端定位并可拆卸固定连接，前部端头镶块分别与左侧镶块和右侧镶块前端定位并可拆卸固定连接，两个上部镶块设置在左侧镶块和右侧镶块上端，且上部镶块一和上部镶块二由后至前设置，两个上部镶块与左侧镶块和右侧镶块上端定位并可拆卸固定连接，由后部端头镶块、前部端头镶块、左侧镶块、右侧镶块及底部镶块围成的内腔为成型工装模腔；
9.框定位组件横跨在左侧镶块和右侧镶块外侧，且框定位组件与框架组件及两个上部镶块分别定位并可拆卸固定连接，泡沫检验卡板组件设置在成型工装模腔内且与底部镶块可拆卸固定连接，复材盖板组件分别与左侧镶块及右侧镶块内侧面定位连接，合模装置设置在左侧镶块和右侧镶块外侧，且与框架组件可拆卸固定连接，合模装置抵靠在左侧镶块和右侧镶块上。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
11.1、本实用新型的工装采用框定位组件定位舱体的金属件，实现一体化成型，减少舱体零件并相应减少铆钉的使用，提高了舱体的外观质量。
12.2、本实用新型的工装采用框定位组件定位复材件(譬如框)，实现一体化成型，减轻重量，提高了飞行器的续航能力及整体性能，减少油耗，降低了飞行成本，增加机体最大起飞重量，减少了紧固件、连接件的使用。
13.3、本实用新型的工装采用分块式结构，方便外形复杂舱体的脱模。
14.4、现有舱体分体成型结构装配时需配备装配工装，本实用新型将现有舱体结构合为一体，一体化成型，减少工装使用的数量，节约了成本，减少了装配时间。
附图说明
15.图1是本实用新型的一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装等轴侧视图；
16.图2是本实用新型的一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装正视图；
17.图3是本实用新型的一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装侧视图；
18.图4是本实用新型的一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装俯视图；
19.图5是底部镶块等轴侧视图；
20.图6是后部端头镶块等轴侧视图；
21.图7是前部端头镶块等轴侧视图；
22.图8是左侧镶块等轴侧视图；
23.图9是右侧镶块等轴侧视图；
24.图10是框架组件等轴侧视图；
25.图11是上部镶块等轴侧视图；
26.图12是框定位组件等轴侧视图；
27.图13是泡沫检验卡板组件等轴侧视图；
28.图14是复材盖板组件等轴侧视图；
29.图15是合模装置等轴侧视图。
30.上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
31.底部镶块1、后部端头镶块2、前部端头镶块3、左侧镶块4、右侧镶块5、框架组件6、上部镶块7、框定位组件8、泡沫检验卡板组件9、填料成型模10、复材盖板组件11、合模装置12、框定位件一13、框定位件二14、框定位件三15、框定位件四16、泡沫检验卡板一17、泡沫检验卡板二18、泡沫检验卡板三19、泡沫检验卡板三20、支撑座21、顶丝22、复材盖板一23、复材盖板二24、复材盖板三25、上部镶块一26、上部镶块二27、连接板 28。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.具体实施方式一：如图1-图15所示，本实施方式披露了一种无人飞行器复合材料舱体一体化成型工装，包括框架组件6、框定位组件8、泡沫检验卡板组件9、复材盖板组件 11、合模装置12及七个镶块；七个镶块分别是底部镶块1、后部端头镶块2、前部端头镶块3、两个上部镶块7及两个侧镶块；两个上部镶块7分别是上部镶块一26和上部镶块二 27，两个侧镶块分别是左侧镶块4和右侧镶块5；
34.底部镶块1、后部端头镶块2、前部端头镶块3、左侧镶块4和右侧镶块5(均由q235 钢板数控加工而成)均设置在框架组件6上面，且均与框架组件6(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，后部端头镶块2、前部端头镶块3、左侧镶块4和右侧镶块5分别设置在底部镶块1后部、前部、左侧以及右侧，且均与底部镶块1(通过销钉)定位并 (通过螺钉)可拆卸固定连接，后部端头镶块2分别与左侧镶块4和右侧镶块5后端(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，前部端头镶块3分别与左侧镶块4和右侧镶块5前端(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，两个上部镶块7(上部镶块7由q235的钢板数控加工而成，主要用于舱体上部外形成型，以及框定位组件8的连接)设置在左侧镶块4和右侧镶块5上端，且上部镶块一26和上部镶块二27由后至前设置，两个上部镶块7与左侧镶块4和右侧镶块5上端(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，由后部端头镶块2、前部端头镶块3、左侧镶块4、右侧镶块5及底部镶块 1围成的内腔为成型工装模腔；
35.框定位组件8横跨在左侧镶块4和右侧镶块5外侧，且框定位组件8与框架组件6及两个上部镶块7分别(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，泡沫检验卡板组件9设置在成型工装模腔内且与底部镶块1(通过螺钉)可拆卸固定连接(泡沫检验卡板组件9由铝板数控加工而成，用于在舱体一体化成型过程中泡沫放置到位后检验泡沫是否达到设计位置)，复材盖板组件11分别与左侧镶块4及右侧镶块5内侧面定位连接(复材盖板组件11通过复材盖板成型模具铺贴而成，主要用于铺贴后的舱体内型面的成型，提高舱体内部表面质量)，合模装置12设置在左侧镶块4和右侧镶块5外侧，且与框架组件6 (通过螺钉)可拆卸固定连接，合模装置12抵靠在左侧镶块4和右侧镶块5上(合模装置 12用于在舱体外壳内放置框后，将左侧镶块4和右侧镶块5恢复到指定位置，进行合模)。
36.进一步的是，底部镶块1(为分体结构)由多个底部镶块单元组成；多个底部镶块单元呈
‘
一’字形排列设置，底部镶块1与框架组件6之间通过导正销连接定位(底部镶块 1与框架组件6上设有同轴的定位销孔，底部镶块1与框架组件6通过紧密装入同轴的定位销孔内的导正销连接定位，实现底部镶块1与框架组件6的相对位置定位)。
37.底部镶块1用于舱体下表面的成型。
38.底部镶块1上刻画有舱体外形线、余量线(用于舱体的铺贴成型)及泡沫位置线(便于成型后舱体外形的修整以及成型过程中的泡沫定位)。
39.进一步的是，后部端头镶块2和前部端头镶块3(均采用分体结构)分别由多个端头镶块单元组成(便于脱模)；多个端头镶块单元沿横向和竖向摆放，每相邻两个端头镶块单
元之间可拆卸固定连接。
40.后部端头镶块2上分别刻画有舱体后端外形线及舱体后端余量线(用于成型后舱体边缘的修理)，前部端头镶块3上分别刻画有舱体前端外形线及舱体前端余量线(用于成型后舱体边缘的修理)，后部端头镶块2和前部端头镶块3上分别刻画有加厚区延长线。
41.后部端头镶块2与前部端头镶块3用于舱体前后端的成型。
42.进一步的是，底部镶块1、后部端头镶块2、前部端头镶块3、左侧镶块4、右侧镶块 5及上部镶块7上均设置有脱模螺栓孔，脱模螺栓孔与拔销器连接(用于成型后舱体的脱模)。
43.进一步的是，左侧镶块4和右侧镶块5上分别设有与底部镶块1及框架组件6定位的销定位孔一，底部镶块1及框架组件6上分别设有与左侧镶块4和右侧镶块5的销定位孔一同轴的销定位孔二，同轴设置的销定位孔一及销定位孔二内紧密装有销钉，左侧镶块4 和右侧镶块5与底部镶块1及框架组件6分别通过销钉定位。
44.进一步的是，框架组件6由框架和钢板组成，框架由方管焊接而成，框架上端与钢板焊接(框架组件6的作用是用于支撑所有镶块及框定位组件8)。
45.进一步的是，框定位组件8包括连接板28及四个框定位件，四个框定位件分别是框定位件一13、框定位件二14、框定位件三15及框定位件四16；框定位件二14为三框体结构，框定位件一13位于框定位件二14的后侧，框定位件一13与上部镶块一26(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，框定位件三15及框定位件四16位于框定位件二14的前侧，连接板28一端与框定位件三15及框定位件四16可拆卸固定连接，连接板 28另一端与框定位件二14的一侧竖梁可拆卸固定连接，框定位件三15与上部镶块二27 (通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，四个框定位件与框架组件6(通过销钉)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接(框定位组件8主要用于成型后的框与工装的定位)。
46.进一步的是，合模装置12由四个合模单体组成；四个合模单体呈矩阵形式设置在左侧镶块4和右侧镶块5外侧，四个合模单体均由支撑座21以及顶丝22组成；支撑座21的立板上设有螺纹通孔，顶丝22与支撑座21的螺纹通孔螺纹连接，且顶丝22顶靠在对应的侧镶块上，支撑座21与框架组件6(通过螺钉)可拆卸固定连接。
47.进一步的是，左侧镶块4和右侧镶块5均由多个侧镶块体组成；多个侧镶块体沿前后方向以及高度方向摆放，每相邻两个侧镶块体可拆卸固定连接。
48.进一步的是，复材盖板组件11由两个复材盖板一23、两个复材盖板二24及两个复材盖板三25组成；两个复材盖板一23、两个复材盖板二24及两个复材盖板三25由后至前依次设置，且两个复材盖板一23左右相对设置并与左侧镶块4和右侧镶块5两相对内侧壁通过销钉定位，两个复材盖板二24左右相对设置并与左侧镶块4和右侧镶块5两相对内侧壁通过销钉定位，两个复材盖板三25左右相对设置并与左侧镶块4和右侧镶块5两相对内侧壁通过销钉定位。
49.进一步的是，泡沫检验卡板组件9由四个泡沫检验卡板组成，四个泡沫检验卡板分别是：泡沫检验卡板一17、泡沫检验卡板二18、泡沫检验卡板三19和泡沫检验卡板三20。四个泡沫检验卡板的结构形状根据舱体外壳放置夹层泡沫处的内壁形状设计确定。
50.四个泡沫检验卡板均由6061铝数控加工而成，使用时放置在舱体外壳内的不同泡沫位置，用于检测舱体外壳内部的泡沫放置位置是否达到理论位置。
51.本实用新型的使用方法是：
52.步骤一：将成型工装的底部镶块1、后部端头镶块2、前部端头镶块3、左侧镶块4、右侧镶块5都连接定位于框架组件6上(通过螺钉锁紧固定及销钉定位)，并对各镶块表面进行清洁，防止有异物出现；
53.步骤二：在成型工装模腔内手工糊制舱体外壳，每铺贴两层碳纤维进行抽真空 0.08mpa，并进行预压实处理，其压力为1个大气压；
54.步骤三：使用填料成型模10(填料成型模10由q235钢板数控加工而成，主要用于舱体上一些手工铺贴无法达到的位置的成型)成型制造出填料，将制造出的填料放入糊制的舱体外壳内需要填料的位置(检查填料位置是否填好，填满，填实)；
55.步骤四：在糊制的舱体外壳内壁上放置夹层泡沫，泡沫放置到位后使用泡沫检验卡板组件9对泡沫位置进行检测看泡沫是否放置到位，若没有放置到位，调整泡沫位置，直至到位；
56.步骤五：在糊制的舱体外壳内壁的指定位置放置金属件；
57.步骤六：在糊制的舱体内表面继续铺贴碳纤维，直至碳纤维(蒙皮)全部铺贴完成，铺贴过程中每铺贴两层进行抽真空至0.08mpa，并进行预压实处理，其压力为1个大气压；
58.步骤七：全部铺贴完成后拆掉左侧镶块4和右侧镶块5的框位置的侧镶块体，将成型好的框放置到铺贴完毕后的舱体外壳内的指定位置，再将拆掉的侧镶块体还原到指定位置，并锁紧定位好侧镶块体(侧镶块体锁紧固定过程中相对位置确定较为困难，需要借助合模装置12顶住侧镶块体辅助完成侧镶块体锁紧固定)；
59.步骤八：将工装的框定位组件8安装至工装上，对框实施定位，从而完成整个舱体的糊制定位工作；
60.步骤九：对糊制完毕后的舱体连同工装进行封装(糊制真空袋)，抽真空至0.08mpa，进入热压罐固化，固定温度为180℃，保温保压120-180min；
61.步骤十：固化完成后将工装转移至室内，进行通风冷却至室温；
62.步骤十一：脱模(脱模要严格按照脱模方向进行脱模，避免暴力起模等问题，减少脱模时对舱体造成损伤，脱模后对工装进行组装，涂油，防锈等一系列保存处理后，入库保存便于下次使用)；
63.步骤十二：脱模完成后对舱体的边界进行修剪与打磨；
64.步骤十三：对舱体进行表面防潮、防腐处理(为现有技术)后，等待其内部设备的安装。
65.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
66.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。