一種復材金屬一體化拉杆及其成型方法與流程

2023-06-09 20:21:01

本發明涉及一種復材金屬一體化拉杆及其成型方法，屬於無人機領域。

背景技術：

隨著複合材料的發展，無人機中複合材料的應用比例越來越高，逐漸成為無人機結構的主承力材料。而金屬材料具有良好的機械加工性能，適用於結構連接部位。因此，將複合材料應用於承力部位、金屬材料應用於連接部位，成為無人機結構設計的主要方向。

在結構設計中，複合材料不可避免要與金屬零部件相連接，而連接部位會成為整體結構的薄弱環節。現有技術中對於復材與金屬連接多採用膠接、機械連接和混合連接的方式。

但以上連接方式均存在如下缺陷：

(1)、膠接質量較難控制，存在一定的老化問題；

(2)、機械連接開孔引起應力集中，連接效率低，重量大；

(3)、混合連接中膠接和機械連接兩者變形不同，承載形式不一致。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種復材金屬一體化拉杆及其成型方法，解決了復材與金屬連接的問題，製造一種可作為主要承力結構件的結構簡單、重量輕，且結構強度高，具有較好的疲勞抗性的復材金屬拉杆。

本發明的技術解決方案是：一種復材金屬一體化拉杆，其特徵在於包括金屬部件和複合材料部件，所述金屬部件一端為連接功能區，另一端為防滑脫預埋區；防滑脫預埋區外表面呈波浪型，包含若干個環形溝槽，溝槽的截面為倒置的等腰梯形，防滑脫預埋區與複合材料部件一體成型。

一種復材金屬一體化拉杆的成型方法，步驟如下：

步驟一、將複合材料部件模具與金屬部件套接在一起；

步驟二、在金屬部件防滑脫預埋區外圍按照45度方向鋪設碳纖維編織布預浸料，從金屬部件防滑脫預埋區波浪形區域前端開始，一直鋪設到模具後緣；

步驟三、在防滑脫預埋區溝槽處按照90度方向纏繞兩層碳纖維單向帶預浸料；

步驟四、在金屬部件防滑脫預埋區外圍按照0度方向鋪設碳纖維編織布預浸料，從金屬部件防滑脫預埋區波浪形區域前端開始，一直鋪設到模具後緣；

步驟五、在防滑脫預埋區溝槽處按照90度方向纏繞碳纖維單向帶預浸料；

步驟六、多次重複步驟二～步驟五，直到達到復材金屬拉杆所需要的厚度及平整度，得到復材金屬拉杆預成型體；

步驟七、將步驟六所得到的復材金屬拉杆預成型體在熱壓罐中進行加壓固化成型。

所述熱壓罐中溫度為140℃～160℃。

所述熱壓罐中壓強為0.8Bar～1.2Bar。

所述連接功能區中部設有一通孔，用於安裝時與其他部件連接。

所述碳纖維編織物預浸料為W-1011編織布，所述碳纖維單向帶預浸料為T-700。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

(1)、利用本發明的復材金屬一體化成型方法製成的一體化拉杆，重量輕，結構強度高，可以作為主要承力結構件；

(2)、本發明解決了現有方法中復材與金屬的連接難題，將膠接和機械連接的方式替換為一體化設計，提高了結構可靠性；

(3)、本發明金屬防滑脫預埋區採用了溝槽設計，強化了復材與金屬的一體化強度。

(4)、採用本發明復材金屬一體化成型方法製成的一體化拉杆應用於某型無人機尾撐與機翼連接部位，使得主要承力部件的重量減輕，並實現了100％滿足強度、剛度要求。

附圖說明

圖1為本發明金屬預埋件示意圖；

圖2為本發明整體示意圖；

圖3為本發明復材金屬復材金屬一體化拉杆示意圖；

圖4為本發明鋪層示意圖；

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施例對本發明作詳細的說明。

如圖1、圖2所示，本發明的復材金屬一體化拉杆包括金屬部件1和複合材料部件2，所述金屬部件一端為連接功能區，另一端為防滑脫預埋區，連接功能區中部設有一通孔，用於安裝時與其他部件連接；防滑脫預埋區外表面呈波浪型，包含若干個環形溝槽，溝槽的截面為倒置的等腰梯形，其下底和腰的夾角為135度，防滑脫預埋區與複合材料部件2一體成型連接。

如圖4所示，本發明的一種復材金屬拉杆一體化成型方法包括如下步驟：

步驟一、將複合材料部件2模具與金屬部件套接在一起，在相接部位，模具套在金屬部件外面；所述將複合材料部件2模具為圓柱杆。

步驟二、在金屬部件1防滑脫預埋區外圍按照45度方向鋪設碳纖維編織物預浸料，從金屬部件1防滑脫預埋區波浪形區域前端開始，一直鋪設到模具後緣；

步驟三、在防滑脫預埋區溝槽處按照90度方向纏繞單向帶預浸料，用於加強金屬部件1與複合材料部件2之間的連接，並墊平凹陷處；

步驟四、在金屬部件1防滑脫預埋區外圍按照0度方向鋪設碳纖維編織物預浸料，從金屬部件1防滑脫預埋區波浪形區域前端開始，一直鋪設到模具後緣；

步驟五、在防滑脫預埋區溝槽處按照90度方向纏繞單向帶預浸料；

步驟六、多次重複步驟二～步驟五，直到達到復材金屬拉杆所需要的厚度，得到復材金屬拉杆預成型體；

步驟七、將步驟六所得到的復材金屬拉杆預成型體在熱壓罐中進行加壓固化成型，所述熱壓罐中溫度為140℃～160℃，壓強為0.8Bar～1.2Bar。

按照上述步驟完成後退出模具後，得到復材金屬一體化拉杆，圖3所示。

所述碳纖維編織物預浸料為W-1011編織布，所述碳纖維單向帶預浸料為T-700。

採用本發明復材金屬一體化成型方法製成的一體化拉杆應用於某型無人機尾撐與機翼連接部位，使得主要承力部件的重量減輕，並實現了100％滿足強度、剛度要求。

在此需要說明的是，本說明書中未詳細描述的內容，是本領域方法人員通過本說明書中的描述以及現有方法能夠實現的，因此不做贅述。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並非用來限制本發明的保護範圍。對於本領域的方法人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，可以對本發明做出若干的修改和替換，所有這些修改和替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。