複合材料平直尾翼雙梁盒段整體共固化成型用工裝的製作方法

2023-10-09 19:17:14

本發明涉及一種整體共固化成型用工裝，特別是涉及一種複合材料平直尾翼雙梁盒段整體共固化成型用工裝。

背景技術：

參照圖10-11。文獻「專利公告號是CN 203581380 U的中國實用新型專利」公開了一種尾翼安定面整體成型多用途工裝，包括上翼面陰模1、下翼面陰模2、前蒙皮成型邊條3、後蒙皮成型邊條4和後緣組合邊條8。尾翼安定面蒙皮5、6成型時，前蒙皮成型邊條3和後蒙皮成型邊條4分別安裝在上翼面陰模1和下翼面陰模2的前部和後部；尾翼安定面整體成型時，拆除前蒙皮成型邊條3和後蒙皮成型邊條4，固定安裝後緣組合邊條8在下翼面陰模2後部，將蒙皮5、6與骨架7粘接後的尾翼安定面放入下翼面陰模2的型腔內，上翼面陰模1和下翼面陰模2對接合模。

以弦平面為工藝分離面，尾翼安定面部件分兩次成型，一方面造成複合材料鋪層在尾翼安定面前緣位置處纖維斷裂，無法保證了鋪層完整性；另一方面上下蒙皮間及其與梁體二次成型時使用的膠會大大增加部件的結構重量，且上下蒙皮的膠接結構強度會直接影響整個部件的結構強度，後續需在部件前緣位置鋪貼加強布，造成翼型前緣變厚，翼型精度降低。

技術實現要素：

為了克服現有整體共固化成型用工裝成型的平直尾翼精度差的不足，本發明提供一種複合材料平直尾翼雙梁盒段整體共固化成型用工裝。該工裝包括上壁板、下壁板、前梁、後梁、上壁板後段模具、上壁板前緣段模具、下壁板模具、前梁模具、後梁模具、梁定位器、緊固器、脫模器和端部限位器。所述前梁模具用於預成型前梁，所述後梁模具用於預成型後梁。上壁板後段模具用於預成型上壁板後段。所述上壁板前緣段模具和下壁板模具用於預成型下壁板和上壁板的前緣段。本發明根據前梁平面，由上壁板前緣段模具和上壁板後段模具構成上壁板模具，取消平直尾翼雙梁盒段工藝分離面，使平直尾翼雙梁盒段一次共固化成型，既保證了平直尾翼雙梁盒段鋪層的完整性，又提高了平直尾翼雙梁盒段的精度。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種複合材料平直尾翼雙梁盒段整體共固化成型用工裝，其特點是包括上壁板9、下壁板10、前梁11、後梁12、上壁板後段模具13、上壁板前緣段模具14、下壁板模具15、前梁模具16、後梁模具17、梁定位器18、緊固器19、脫模器20和端部限位器21。所述前梁模具16用於預成型前梁11，所述後梁模具17用於預成型後梁12。前、後梁模具16、17外形截面尺寸與前、後梁11、12內形尺寸一致，前、後梁模具16、17兩端有相互垂直的螺紋孔，安裝螺栓後分別用於緊固及移動前、後梁11、12。所述上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13構成上壁板模具。以弦平面為基準，模具分為上壁板模具和下壁板模具15兩大部分，以前梁平面及E、G、H面組成的分模面，上壁板模具分為上壁板前緣段模具14和上壁板後段模具13。上壁板後段模具13用於預成型上壁板9後段。上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13內形截面尺寸與上壁板9翼型外形尺寸一致，上壁板9口蓋凹槽處與上壁板後段模具13相應處有凸臺。上壁板後段模具13與上壁板前緣段模具14、下壁板模具15四周配合面採用梯形導向。上壁板後段模具13後部以D、F、I面組成分模面進行加工。上壁板後段模具13兩側有螺紋孔，螺紋孔心連線與上壁板後段模具13重心。所述下壁板模具15內形截面尺寸與下壁板10翼型外形尺寸一致，精度為-0.10～0mm，下壁板模具15後部以D、F、I面組成分模面，I面對接間隙為0.5～1mm，D、F面對接間隙為0～0.10mm。下壁板模具15長度和寬度方向尺寸首先滿足上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13的安裝及導向需求，再滿足成型複合材料抽真空密封需求。下壁板模具15兩側設計有平臺，用於固定梁定位器18，下壁板模具15上所有孔均為盲孔。所述上壁板前緣段模具14和下壁板模具15通過銷釘孔組裝，並利用螺釘進行緊固，用於預成型下壁板10和上壁板9前緣段。所述梁定位器18由底座和立柱組成，通過定位銷和螺栓安裝在下壁板模具15上。緊固器19、脫模器20、端部限位器21安裝在梁定位器18上。梁定位器18的立柱上通過緊固器19的孔直徑比緊固器19直徑大1mm，兩個端部限位器21間距離比前、後梁模具16、17長度大0～1mm。

本發明的有益效果是：該工裝包括上壁板、下壁板、前梁、後梁、上壁板後段模具、上壁板前緣段模具、下壁板模具、前梁模具、後梁模具、梁定位器、緊固器、脫模器和端部限位器。所述前梁模具用於預成型前梁，所述後梁模具用於預成型後梁。上壁板後段模具用於預成型上壁板後段。所述上壁板前緣段模具和下壁板模具用於預成型下壁板和上壁板的前緣段。本發明根據前梁平面，由上壁板前緣段模具和上壁板後段模具構成上壁板模具，取消平直尾翼雙梁盒段工藝分離面，使平直尾翼雙梁盒段一次共固化成型，既保證了平直尾翼雙梁盒段鋪層的完整性，又提高了平直尾翼雙梁盒段的精度。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是某無人機平直尾翼結構的軸測圖。

圖2是本發明複合材料平直尾翼雙梁盒段整體共固化成型用工裝的軸測圖。

圖3是圖1中前梁的剖視圖；

圖4是圖1中下壁板和上壁板前緣段組合的剖視圖；

圖5是圖1中上壁板後段的軸測圖；

圖6是圖1中前梁和後梁在下壁板模具上定位、緊固的剖視圖；

圖7是圖6的A-A剖視圖；

圖8是圖1中前梁和後梁在下壁板模具上安裝的剖視圖；

圖9是本發明複合材料平直尾翼雙梁盒段整體共固化成型用工裝合模後的剖視圖。

圖10是背景技術中蒙皮成型結構示意圖。

圖11是背景技術中蒙皮與骨架粘接成型結構示意圖。

圖中，1-上翼面陰模，2-下翼面陰模，3-前蒙皮成型邊條，4-後蒙皮成型邊條，5、6-蒙皮，7-骨架，8-後緣組合邊條，9-上壁板，10-下壁板，11-前梁，12-後梁，13-上壁板後段模具，14-上壁板前緣段模具，15-下壁板模具，16-前梁模具，17-後梁模具，18-梁定位器，19-緊固器，20-脫模器，21-端部限位器。

具體實施方式

以下實施例參照圖1～9。

本實施例以表1各項為參數目標進行設計：

表1主要參數表

本實施例中模具原材料為Q235，定位、緊固件選用國家標準。

(1)前、後梁模具16、17結構設計：前梁模具16用於預成型前梁11，所述後梁模具17用於預成型後梁12。前、後梁模具16、17外形截面尺寸與前、後梁11、12內形尺寸一致，精度為-0.10～0mm，長度方向單邊比產品長130mm，前、後梁模具16、17兩端有相互垂直的螺紋孔，安裝螺栓後分別用於緊固及移動前、後梁11、12。

(2)上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13結構設計：以弦平面為基準，將模具分為上壁板模具和下壁板模具15兩大部分，再以前梁平面及E、G、H面組成的分模面，將上壁板模具分為上壁板前緣段模具14和上壁板後段模具13，H面對接間隙為0.5～1mm，其餘面對接間隙為0～0.10mm。上壁板後段模具13用於預成型產品上壁板9後段。上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13內形截面尺寸與上壁板9翼型外形尺寸一致，上壁板9口蓋凹槽處在上壁板後段模具13上有相應凸臺，型面精度為-0.10～0mm。上壁板後段模具13與上壁板前緣段模具14、下壁板模具15四周配合面採用梯形導向，對接間隙為0～0.10mm，其長度、寬度方向尺寸滿足成型複合材料抽真空密封需求即可，本實施例為減輕模具重量及節省製造成本，僅比產品長50mm。上壁板後段模具13後部以D、F、I面組成分模面，進行加工。上壁板後段模具13兩側鑽制M12螺紋孔，孔心連線與上壁板後段模具13重心，以方便其翻轉及起吊搬運。

(3)下壁板模具15結構設計：下壁板模具15內形截面尺寸與下壁板10翼型外形尺寸一致，精度為-0.10～0mm，下壁板模具15後部以D、F、I面組成分模面，I面對接間隙為0.5～1mm，D、F面對接間隙為0～0.10mm。長度、寬度方向尺寸首先滿足上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13的安裝及導向需求，再滿足成型複合材料抽真空密封需求即可。下壁板模具15兩側設計有平臺，用於固定梁定位器18，平臺的尺寸比定位器尺寸大，以滿足成型複合材料抽真空密封需求。下壁板模具15上所有孔均為盲孔。

(4)參照圖4，上壁板前緣段模具14和下壁板模具15通過銷釘孔進行組裝，並利用螺釘進行緊固，用於預成型產品下壁板10和上壁板9前緣段。

(5)梁定位器18結構設計：根據前、後梁模具16、17的位置，在下壁板模具15兩側平臺上設計梁定位器18，梁定位器18由底座、立柱組成，通過定位銷和螺栓安裝在下壁板模具15上。緊固器19、脫模器20、端部限位器21安裝在梁定位器18上。設計時注意梁定位器18立柱上通過緊固器19的孔直徑比緊固器19直徑大1mm，兩個端部限位器21間距離比前、後梁模具16、17長度大0～1mm。

(6)數據分析及處理：根據上壁板前緣段模具14、上壁板後段模具13、下壁板模具15、前梁模具16、後梁模具17的三坐標測量結果，分析前梁模具16、後梁模具17與上壁板後段模具13、下壁板模具15的間隙，反饋到複合材料成型工藝，設計鋪層方案，精確控制膠結厚度。

(7)模具使用方法：

a.前、後梁模具16、17在下壁板模具15上的定位、安裝：由於前、後梁模具16、17及下壁板模具15上已鋪貼好產品前梁11、後梁12、下壁板10，所有產品僅經過抽真空處理，仍然處於未固化狀態，非常容易產生剝離、分層現象，因此安裝定位必須準確、可靠，一次成功，採用常規的銷釘定位法容易產生缺陷，且操作難度較大。此處採用組合定位法，以後梁模具17為例，將鋪貼好後梁12的模具緊靠梁定位器18的B面、端部限位器21的C面，平穩放置後，利用緊固器19進行緊固，注意此時不安裝脫模器20。

b.上壁板後段模具13在上壁板前緣段模具14和下壁板模具15組合模具上的定位、安裝：參照圖9，此時所有模具上已鋪貼好產品，產品僅經過抽真空處理，仍然處於未固化狀態，非常容易產生剝離、分層現象，因此安裝定位必須準確、可靠，一次成功。行車吊起上壁板後段模具13兩側螺紋孔處安裝的銷軸進行翻轉，然後採用組合定位法，將鋪貼好上壁板9的上壁板後段模具13利用上壁板前緣段模具14的E面、下壁板模具15的D面進行導向，利用上壁板前緣段模具14的G面、下壁板模具15的F面進行限位，平穩放置後，利用螺栓進行緊固，再拆掉端部限位器21，以方便後續抽真空。

c.固化：按熱壓罐成形工藝要求進行。

d.脫模：固化完成後，卸掉前後梁的緊固器19，安裝脫模器20將前、後梁模具16、17從固化後的前梁11、後梁12一側拔出來，然後卸掉上壁板後段模具13、上壁板前緣段模具14，將平直尾翼部件從下壁板模具15上脫模。

採用本發明的工裝成型的複合材料平直尾翼雙梁盒段，工藝過程簡單，產品精度高，重量輕，重複性好，梁的位置膠接質量等能得到有效保證。