CN108995246A - 一种基于vartm的小型机翼整体成型模具及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法，成型模具由上芯模、下芯模和阳模组成，上芯模呈倒置的凸缘状，下芯模为凹字形，上芯模凸缘型面与下芯模凹形型面相对合，上芯模与下芯模两端分别有定位销孔，芯模体上有对称螺孔，上下芯模扣合并定位销孔、螺孔分别各自对应处于同一轴线上；并通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固。阳模呈U字形，阳模为机翼的内型面，并在上芯模与下芯模型面内实现固化成型。成型模具及成型方法采用上芯模、下芯模和阳模辅助成型。通过布设工字梁实现整体强度的提升，提高了机翼的承载效率；减轻了机翼的整体重量，降低了制造成本。

Description

一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法
技术领域
本发明属于复合材料液体成型技术领域，具体地说，涉及一种基于真空辅助树脂传递模塑工艺的无人机机翼整体成型模具及成型方法。
背景技术
纤维增强复合材料因其轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、可设计性好的优良特性已成为飞机结构的基本材料，在机身、机翼、尾翼、副翼、蒙皮各部件主、次承载结构件上均得到了广泛应用。
无人机是复合材料的重要应用领域之一，但高昂的成本已成为制约其发展的重要因素，近年来提出的水中无人机回收方案引起了各方关注。这种回收主要基于无人机的漂浮性和排水能力，即飞机机体结构损伤时，机翼应有良好的排水性，其产生的浮力可避免飞机沉入水底。而传统无人机机翼采用玻璃钢蜂窝夹芯结构蒙皮，具有较大空腔，无法实现漂浮性要求。如若采用玻璃钢蒙皮、全腔填充泡沫夹芯结构，采用整体成型技术，使得机翼具备极佳的水密性和漂浮性。
真空辅助树脂传递模塑工艺(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding,VARTM)是在单面刚性模具上铺放纤维增强材料，用柔性真空袋膜包覆密封，然后抽出密封模腔中的气体使其处于真空状态，利用真空压力驱使树脂流动、渗透和浸润纤维增强体，最后在室温或加热条件下实现固化成型。采用真空辅助使得模具的可设计性更好、模具轻型化，而且有助于树脂对增强体的浸润，使增强体和树脂的结合界面更好，极大提高了产品质量。
专利ZL01240333.4公开一种“复合材料机翼形叶片”，该机翼形叶片成型通过注胶前在泡沫夹层预先打好孔的方法来形成支柱，由多个支柱连接泡沫夹层两面的玻璃钢层，起到了支撑和牵拉作用。但是这种支柱结构能提供的力学性能有限，不能保证构件具有足够的强度和刚度。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具，其特征在于包括上芯模、下芯模和阳模，所述上芯模呈倒置的凸缘状，所述下芯模为凹字形，上芯模凸缘型面与下芯模凹形型面相对合，上芯模与下芯模两端分别有定位销孔，两芯模体上有对称的螺孔，上下芯模扣合且定位销孔、螺孔分别各自相对应处于同一轴线上；通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固；
所述阳模呈U字形，阳模为机翼的内型面，并在上芯模与下芯模型面内实现固化成型；阳模模体采用泡沫材料。
一种采用所述基于VARTM的小型机翼整体成型模具进行机翼成型的方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤1.材料准备；使用丙酮清理模具型腔，涂覆脱模剂；同时进行干态纤维布的裁剪和树脂解冻；
步骤2.预成型体制备；按铺层顺序、铺层角度在上芯模的下型面和下芯模的上型面分别铺贴机翼的上、下翼面，每铺贴两层进行抽真空压实；工字梁由两个C型梁组合而成，同时进行泡沫修形、C型梁铺贴、三角区填充步骤；
步骤3.预成型体装配；将上芯模与阳模和下芯模配合安装，通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固；
步骤4.设置流道及密封；在中央翼盒前缘中央布置有点注口，在左、右翼后缘设两个点冒口；使用真空袋包覆模具，并在点注口和点冒口处连接出树脂管，用密封胶将真空袋与模具底面进行密封；
步骤6.充模；将点注口处的树脂管放入盛有树脂的烧杯中，避免出现气泡，打开点注口处的树脂管，待点冒口均有树脂溢出后夹紧点注口，充模结束；
步骤7.固化；将模具放入烘箱，按树脂固化工艺条件，待温度升高到90℃时保温45min，继续使温度升高到125℃保温1h；
步骤8.脱模；待温度降至室温后，将模具移出烘箱，拆卸真空袋、脱模布和定位销、螺栓，将上芯模取掉，取出成型机翼件；
步骤9.切割修型；按要求切割零件至净尺寸，去毛刺，对产品进行修边得到整体复合材料机翼。
有益效果
本发明提出的一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法，成型模具由上芯模、下芯模和阳模组成，上芯模呈倒置的凸缘状，下芯模为凹字形，上芯模凸缘型面与下芯模凹形型面相对合，上芯模与下芯模两端分别有定位销孔，芯模体上有对称螺孔，上下芯模扣合并定位销孔、螺孔分别各自相对应处于同一轴线上；通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固。阳模呈U字形，阳模为机翼的内型面，并在上芯模与下芯模型面内实现固化成型。
本发明基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法成型模具及成型方法，采用上芯模、下芯模和阳模辅助成型。通过布设工字梁实现整体强度的提升，提高了机翼的承载效率。而且由于型腔填充泡沫材料实现漂浮和排水功效。成型方法减轻了机翼的整体重量，降低了制造成本。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法作进一步详细说明。
图1为本发明成型模具俯视图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为图1的B-B向剖视图。
图4为图1的C-C向剖视图。
图5为工字梁截面示意图。
图6为成型模具轴测图。
图中:
1.上芯模 2.定位销孔 3.下芯模 4.螺孔 5.点冒口 6.点注口 7.阳模 8.蒙皮9.混合铺层 10.工字梁铺层
具体实施方式
本实施例是一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法。
参阅图1～图6，本实施例基于VARTM的小型机翼整体成型模具由上芯模1、下芯模3和阳模7组成；其中，上芯模1呈倒置的凸缘状，下芯模3为凹字形，上芯模1凸缘型面与下芯模3凹形型面相对合；上芯模1与下芯模3两端分别有定位销孔2，两芯模体上分别有对称螺孔4，上芯模1与下芯模3扣合后定位销孔2、螺孔4分别各自相对应处于同一轴线上。本实施例中，通过4×Φ12定位销可实现上芯模1与下芯模3的型面对合定位，通过4×Φ10紧固螺栓实现上芯模1与下芯模3的紧固。
阳模7呈U字形，阳模7为机翼的内型面，并在上芯模1与下芯模型面内实现固化成型；阳模5模体采用泡沫材料。
基于VARTM的小型机翼整体成型模具，本实施例还提出一种进行小型机翼整体成型的方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)生产准备；使用丙酮清理上芯模1和下芯模3对合的型面，并涂覆脱模剂。
(2)材料准备；先进行下料样板的裁切，按下料样板进行干态纤维布的裁剪；将5015环氧树脂在常温下解冻30分钟后放置在脱泡器内脱泡20分钟以上，直至到树脂表面没有气泡溢出。
(3)预成型体制备；按铺层顺序、铺层角度在上芯模1和下芯模3的型面上分别铺贴机翼的上翼面、下翼面，每铺贴两层进行一次抽真空压实；压实时在铺层表面依次铺上隔离膜和透气毡，完成预压实。工字梁由两个C型梁组合而成，同时进行泡沫修形、C型梁铺贴、三角区填充步骤；将分块泡沫修整为预设定形状，将两个C型梁铺贴在泡沫芯材上并组合安装，然后用单向纤维束对三角区域进行充填，即得到完整的工字梁结构。
(4)预成型体装配；在下芯模3模腔的机翼下翼面铺层上放置阳模7，将上芯模1与阳模7和下芯模3配合安装，保证上芯模1和下芯模3在结合部位的搭接精度，通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固。。
(5)布设流道；在中央翼盒前缘设置有点注口6，在左、右翼后缘布置两个点冒口5；用真空袋包覆模具，在点注口6、点冒口5处接出树脂管，用密封胶将真空袋与模具底面进行密封。
(6)充模；将点注口6处的树脂管放入盛有树脂液的器皿中，避免出现气泡，打开点注口处的树脂管，待两个点冒口均有树脂溢出后夹紧点注口，充模结束。
(7)固化；将模具放入烘箱，按树脂固化工艺条件，待温度升高到90℃时保温45min，继续使温度升高到125℃保温1h。
(8)脱模；待温度降至室温后，将模具移出烘箱，撕下真空袋和脱模布，拆卸定位销和螺栓，将上芯模1取掉，取出成型机翼件。
(9)切割修型；按要求切割零件至净尺寸，去毛刺，对产品进行修边后，得到整体复合材料机翼。

Claims (2)

1.一种基于VARTM的小型机翼整体成型模具及成型方法，其特征在于:包括上芯模、下芯模和阳模，所述上芯模呈倒置的凸缘状，所述下芯模为凹字形，上芯模凸缘型面与下芯模凹形型面相对合，上芯模与下芯模两端分别有定位销孔，两芯模体上有对称的螺孔，上下芯模扣合且定位销孔、螺孔分别各自相对应处于同一轴线上；通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固；
所述阳模呈U字形，阳模为机翼的内型面，并在上芯模与下芯模型面内实现固化成型；阳模模体采用泡沫材料。
2.一种采用所述基于VARTM的小型机翼整体成型模具进行机翼成型的方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤1.材料准备；使用丙酮清理模具型腔，涂覆脱模剂；同时进行干态纤维布的裁剪和树脂解冻；
步骤2.预成型体制备；按铺层顺序、铺层角度在上芯模的下型面和下芯模的上型面分别铺贴机翼的上、下翼面，每铺贴两层进行抽真空压实；工字梁由两个C型梁组合而成，同时进行泡沫修形、C型梁铺贴、三角区填充步骤；
步骤3.预成型体装配；将上芯模与阳模和下芯模配合安装，通过定位销、定位销孔实现上下芯模的型面定位，通过紧固螺栓实现上下芯模的紧固；
步骤4.设置流道及密封；在中央翼盒前缘中央布置有点注口，在左、右翼后缘设两个点冒口；使用真空袋包覆模具，并在点注口和点冒口处连接出树脂管，用密封胶将真空袋与模具底面进行密封；
步骤6.充模；将点注口处的树脂管放入盛有树脂的烧杯中，避免出现气泡，打开点注口处的树脂管，待点冒口均有树脂溢出后夹紧点注口，充模结束；
步骤7.固化；将模具放入烘箱，按树脂固化工艺条件，待温度升高到90℃时保温45min，继续使温度升高到125℃保温1h；
步骤8.脱模；待温度降至室温后，将模具移出烘箱，拆卸真空袋、脱模布和定位销、螺栓，将上芯模取掉，取出成型机翼件；
步骤9.切割修型；按要求切割零件至净尺寸，去毛刺，对产品进行修边得到整体复合材料机翼。
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