專利名稱：光固化成形的樹脂－金屬復(fù)合型飛機風(fēng)洞模型制作與裝配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空工業(yè)風(fēng)洞實驗與空氣動力學(xué)模型制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光固化快速成形的樹脂一金屬復(fù)合型飛機風(fēng)洞模型制作與裝配工藝。
背景技術(shù)：
目前，飛機風(fēng)洞模型的制造一般采用金屬材料通過數(shù)控切削加工，然后進行鉗工打磨、拋光、噴漆等處理。采用傳統(tǒng)的金屬材料數(shù)控加工方法制造風(fēng)洞模型，制造周期長，制造成本高。國外的航空和航天公司的實驗和地面試驗部門正在尋求一種為了減少風(fēng)洞模型制造的時間和成本的新制造技術(shù)，其中主要方向是研究快速成形技術(shù)在風(fēng)洞實驗?zāi)Ｐ椭圃焐系膽?yīng)用。
美國國家航空航天局蘭利研究中心(NASA Langley Research Center)提供了一種可供選擇的方案，他們采用光固化快速成形技術(shù)(SLA)制作整體式的小尺寸航天飛機風(fēng)洞模型，這種方案既能減輕模型的重量，同時又提高設(shè)計速度，降低成本。但是，當(dāng)前快速成形系統(tǒng)的最大加工尺寸還不能滿足與飛行雷諾數(shù)接近的大尺寸飛機風(fēng)洞模型實驗的需求，同時為了方便風(fēng)洞天平和各種傳感器的安裝，飛機風(fēng)洞模型的一些部件還需要進行分體加工，而且其組件安裝操作十分復(fù)雜，協(xié)調(diào)組裝時間長，以及飛機風(fēng)洞模型的各部件裝配連接處的強度不夠、緊固不牢，并且裝配精度不高，安裝位置不準(zhǔn)確，這些都將降低風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，延緩飛機設(shè)計的進度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上技術(shù)所存在的模型制造成本高、周期長，拆裝復(fù)雜、定位不準(zhǔn)及裝配質(zhì)量差等缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，利用申請人在光固化快速成形技術(shù)的優(yōu)勢，將光固化快速成形技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)洞實驗?zāi)Ｐ偷闹圃?，提出一種基于光固化快速成形的樹脂-金屬復(fù)合型飛機風(fēng)洞模型制作與裝配工藝。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案一種光固化快速成形的樹脂-金屬復(fù)合型飛機風(fēng)洞模型制作與裝配工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)首先采用光固化快速成形方法加工飛機風(fēng)洞模型的各組成部件，材料采用液態(tài)光敏樹脂，由激光引發(fā)鏈?zhǔn)焦袒磻?yīng)，制成樹脂模型部件；并以數(shù)控機床加工金屬材料的固化套筒、軸套、定位模板、圓柱銷；(2)制備樹脂-金屬復(fù)合型連接件，樹脂-金屬復(fù)合型連接件的結(jié)構(gòu)分為樹脂層和金屬層，其樹脂層采用光固化快速成形方法加工，金屬層采用數(shù)控機床加工，并利用改性的丙烯酸酯膠將樹脂層和金屬層粘接；(3)利用定位模板上的定位孔和與之配合的圓柱銷將固化套筒定位；固化套筒定位后，套上軸套，注射光敏樹脂灌注，并用紫外光照射，使固化套筒與樹脂模型部件粘接固化，待光敏樹脂完全固化后，除去軸套、圓柱銷及定位模板；(4)將樹脂-金屬復(fù)合型連接件的金屬層與樹脂模型部件上的插槽貼合裝配，樹脂層與另一樹脂部件貼合裝配，并用螺栓緊固連接各樹脂部件；(5)飛機風(fēng)洞模型全部裝配完畢后進行后處理，其處理方法是在模型組件各連接處的氣流浸潤面涂抹膩子或其它填涂材料，填抹平后進行表面修磨處理即可。
本發(fā)明不僅降低風(fēng)洞模型制造成本，加快飛機風(fēng)洞實驗和飛機設(shè)計的速度，還增加模型各樹脂部件間的連接強度，提高模型裝配的精度，而且復(fù)合型連接件定位精確，可重復(fù)利用，并且拆裝、更換十分方便，可以實現(xiàn)一次制作多次吹風(fēng)的目的，便于大規(guī)模實驗數(shù)據(jù)的采集。


圖1為金屬固化套筒精確定位示意圖；圖2為復(fù)合型連接件粘接與裝配示意圖；圖3為風(fēng)洞模型樹脂部件間連接、組裝示意圖。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
根據(jù)風(fēng)洞實驗要求，一般將飛機風(fēng)洞模型分為機身、機頭、機翼、尾翼、堵塊等部件。本發(fā)明運用激光引發(fā)液態(tài)光敏樹脂發(fā)生鏈?zhǔn)焦袒磻?yīng)的光固化快速成形方法與工藝加工各飛機風(fēng)洞樹脂模型部件。根據(jù)定位模板孔和與之配合的圓柱銷來實現(xiàn)金屬固化套筒的精確定位，利用樹脂注射灌注，并用紫外光照射，完成金屬固化套筒與樹脂飛機模型部件的固化粘接，采用樹脂-金屬復(fù)合型連接件及其裝配工藝將飛機各樹脂模型部件精確定位并連接裝配。
本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容是本發(fā)明將飛機風(fēng)洞模型各機身、機頭、機翼、尾翼、堵塊和復(fù)合型連接件樹脂層等零部件均采用光固化快速成形方法加工，材料采用液態(tài)光敏樹脂，由激光引發(fā)鏈?zhǔn)焦袒磻?yīng)?；诠夤袒焖俪尚喂に嚰庸わw機各風(fēng)洞模型組件具有加工成本低，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，模型保形逼真等優(yōu)點。
金屬材料的固化套筒的精確定位方法是以弦平面作為套筒和模板的軸向定位面，以安裝邊界面輔助模板的孔位來確定套筒的徑向位置。將定位模板與樹脂模型弦平面、部件安裝邊界面貼合，模板定位孔數(shù)控加工而成，裝入銷釘、套上套筒來確定連接套筒的徑向方向，以實現(xiàn)精確定位。套筒最大長度不高于粘接孔所在的飛機外形面，防止對模型外形造成影響，而后在銷釘上插入金屬軸套，對樹脂粘接劑流入固化套筒沉孔起預(yù)防作用。
金屬固化套筒和樹脂模型的粘接方法是在固化套筒外表面滾網(wǎng)紋，加大膠體與表面的鑲嵌作用，以增強粘接性能；套筒外表面與粘接孔的連接間隙取值可調(diào)整。為了方便黏性樹脂的注射或?qū)饷魳渲M行充分的紫外光照射，而同時還要保證粘接強度，可根據(jù)粘接孔的高度調(diào)節(jié)連接間隙。套筒定位粘接前需要打磨粘接孔，以除去表面雜質(zhì)，增加粘接面的粗糙度，從而增大粘接強度。同時，在定位模板表面鋪一層塑料薄膜，以增加模板表面光潔度，防止樹脂膠體與定位模板膠聯(lián)。
樹脂-金屬復(fù)合型連接件制作方法將其分割成上下兩部分，與弦平面貼合部分采用金屬材料，外形規(guī)則設(shè)計，方便加工；與樹脂部件外形面配合部分采用樹脂光固化快速成形方法加工，金屬與樹脂粘接成復(fù)合型連接件整體，同時采用金屬設(shè)置通孔結(jié)合樹脂設(shè)置凸臺的方式完成上下部分的粘接定位。復(fù)合型連接件上樹脂孔徑兩倍于金屬孔徑，金屬孔徑與樹脂部件上固化套筒通孔直徑一致，這樣，與套筒沉孔可使用螺栓進行配合連接。這種設(shè)計既有利于降低加工成本，又可以增強結(jié)合面的連接強度。
飛機風(fēng)洞模型的裝配工藝是采用樹脂-金屬復(fù)合型連接件進行裝配連接飛機風(fēng)洞模型的各樹脂部件。以精確定位的金屬固化套筒作為徑向定位基準(zhǔn)，復(fù)合型連接件的金屬端與樹脂插槽修配，樹脂端與另一樹脂部件貼合裝配，并用螺栓緊固連接各樹脂部件。這種裝配工藝提高模型的各樹脂部件間裝配質(zhì)量，從而提高飛機風(fēng)洞模型的整體制作精度，以便獲取準(zhǔn)確的風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)。
為了更具體說明飛機風(fēng)洞模型各樹脂部件和復(fù)合型連接件的制造、定位、固化粘接以及裝配的工藝，下面是發(fā)明人給出的具體實施例。
本實施例的制作與裝配工藝主要遵循以下步驟進行(1)飛機風(fēng)洞模型中的樹脂部件5與樹脂部件18采用光固化快速成形方法加工，軸套1、固化套筒3、定位模板6以及圓柱銷2采用數(shù)控機床加工，在固化套筒3外表面上滾出網(wǎng)紋。
(2)參照圖1，圖1為金屬固化套筒精確定位示意圖，將定位模板6裝入樹脂部件5的凹槽內(nèi)，圓柱銷2插入定位模板6的定位孔內(nèi)，安裝在樹脂部件5上的樹脂孔內(nèi)，然后將固化套筒3和軸套1先后套入到圓柱銷2上。再將光敏樹脂4用注射器分步澆灌入樹脂部件5上的樹脂孔內(nèi)，并用紫外光照射一段時間，直至樹脂完全固化后，先后取出軸套1、圓柱銷2和定位模板6，此時固化套筒3已精確定位并完全固化到樹脂部件5上。同理，重復(fù)步驟(2)，將套筒15固化到樹脂部件18上。
(3)參照圖2，圖2是復(fù)合型連接件粘接與裝配示意圖，在樹脂層11的下表面涂抹改性丙烯酸酯膠10，然后將金屬層9按照定位凸臺通孔配合的方式用力壓在樹脂層11上一段時間后平放于工作臺，讓樹脂-金屬復(fù)合型連接件8完全固化。
(4)將復(fù)合型連接件8上的金屬層9插入金屬層片插槽7內(nèi)，樹脂層11隨之固定在樹脂部件5上，然后用十字槽凹穴六角頭螺栓12連接復(fù)合型連接件8和固化套筒3，并用六角螺母13緊固。如圖2所示。
(5)參照圖3，圖3是樹脂部件間連接、組裝示意圖，把樹脂部件18帶凹槽的表面緩慢貼合在復(fù)合型連接件8的金屬層9的表面上，然后用十字槽凹穴六角頭螺栓16連接樹脂部件18和復(fù)合型連接件8，再用六角螺母17緊固。
(6)最后，分別在樹脂部件5和樹脂部件18上各連接處的氣流浸潤面涂抹膩子14或其它填涂材料，填抹平后進行表面拋光處理即可。
權(quán)利要求
1.一種光固化快速成形的樹脂—金屬復(fù)合型飛機風(fēng)洞模型制作與裝配工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)首先采用光固化快速成形方法加工飛機風(fēng)洞模型的各組成部件，材料采用液態(tài)光敏樹脂，由激光引發(fā)鏈?zhǔn)焦袒磻?yīng)，制成樹脂模型部件；并以數(shù)控機床加工金屬材料的固化套筒、軸套、定位模板、圓柱銷；(2)制備樹脂-金屬復(fù)合型連接件，樹脂-金屬復(fù)合型連接件的結(jié)構(gòu)分為樹脂層和金屬層兩部分，其樹脂層采用光固化快速成形方法加工，金屬層采用數(shù)控機床加工，并利用改性的丙烯酸酯膠將樹脂層和金屬層粘接在一起；(3)利用定位模板上的定位孔和與之配合的圓柱銷將固化套筒定位；固化套筒定位后，套上軸套，注射光敏樹脂灌注，并用紫外光照射，使固化套筒與樹脂模型部件粘接固化，待光敏樹脂完全固化后，除去軸套、圓柱銷及定位模板；(4)將樹脂-金屬的金屬層與樹脂模型部件上的插槽貼合裝配，復(fù)合型連接件的樹脂層與風(fēng)洞模型的樹脂部件貼合裝配，并用螺栓緊固連接各樹脂部件；(5)飛機風(fēng)洞模型全部裝配完畢后進行后處理，其處理方法是在模型組件各連接處的氣流浸潤面涂抹膩子或其它填涂材料，填抹平后進行表面修磨處理即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光固化快速成形的樹脂—金屬復(fù)合型飛機風(fēng)洞模型制作工藝。該工藝運用光固化快速成形方法加工各飛機風(fēng)洞樹脂模型部件；根據(jù)定位模板孔和與之配合的圓柱銷來實現(xiàn)金屬固化套筒的精確定位；利用樹脂注射灌注，并用紫外光照射，完成金屬固化套筒與樹脂飛機模型部件的固化粘接；采用樹脂—金屬復(fù)合型連接件及其裝配工藝將飛機各樹脂模型部件精確定位并連接裝配。本發(fā)明不僅降低風(fēng)洞模型制造成本，加快飛機風(fēng)洞實驗和飛機設(shè)計的速度，還增加模型各樹脂部件間的連接強度，提高模型裝配的精度，而且復(fù)合型連接件定位精確，可重復(fù)利用，拆裝、更換十分方便，可以實現(xiàn)一次制作多次吹風(fēng)的目的，便于大規(guī)模實驗數(shù)據(jù)的采集。
文檔編號G01M9/00GK1776388SQ20051012455
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者李滌塵, 周志華, 盧秉恒, 曾俊華 申請人:西安交通大學(xué)