如何看待北航(歌爾)?航模隊在cadc比賽上使用複合材料工藝

之前cadc沒看到過這種,第一次見好膩害!好像製作工藝挺複雜的。聽說還要自己打模子。好想自己嘗試下可是不會啊啊!上網查了視頻說的都是英語也看不懂而且都是碳纖維,但賽場看見他們的是網格泡沫...

去年都用的是輕木,今年居然就能成品,難道北航航模隊一整年都在準備比賽嗎哈哈哈,開玩笑啦。

有沒有懂得大致說一下流程,具體的自己摸索就好。

吐槽一下今天的遭遇:拿模子圖去廠子問,師傅看了一眼圖說把什麼軌刀圖或者j代碼給他,如果廠里出刀軌就貴好幾倍!他說單純切削便宜,但你這模子畫的不合理,你又說不清楚要求,我們也不敢亂來,只能刀軌複雜了,而且必須找有經驗的師傅設計並且修好久,這些人都是廢料喂的所以貴。

不開心的回來了,感覺有點坑!心累求助各路大神。


半夜看到這條邀請Orz,不知道是不是巧合,我是隊里複合材料負責人

今年是我們隊里第一年開始大面積用複合材料,這個工藝是年初英賽的時候研發的,我負責的是成型部分,另一個小哥負責模具,起因是教練英賽突然讓做碳的機翼,而且說要大面積應用到國賽上orz當時我們都是一臉懵逼的,那個時候真的是連成型是什麼都不知道orz前期也做過一大堆失敗品,後來才慢慢開始有點像樣,大概是在比賽前一個月的時候才定下的最終方案。想想也覺得挺不可思議的,當時教練說要大面積應用我們還覺得是天方夜譚呢。

後面選了這個玻纖泡沫結構沒有選碳主要是因為碳的話比這個重而且沒有這個好打理【碳要考慮防晒什麼的,而且好貴(′°????????ω°????????`) 。

做英賽的時候就一直幻想復材三公斤是什麼樣的,寫了好多方案,今年大四本來要退隊,但是一想到能做復材三公斤就開心得不得了,就默默留隊了。用在三公斤上也是8月中模具到了以後才開始實驗的,在這之前也只做過英賽的小飛機,過程還是挺波折的,所以可以看到我們前期的0號機機翼扭的一逼,後面做了很多次調整和試飛才改到現在的狀態,前期消耗了很多時間,最後是在9月初才確定的現在這個方案開始量產的。【那一陣子試飛就是一直盯著機翼看有沒有扭

開模的話我們是畫的solidworks圖找廠家加工的(存igs格式最好,生成刀路的軟體大多認這個格式),一共兩萬六【因為著急要,所以每塊加了加工加急費,實際上一塊工費1500左右,貴的是材料費(′°????????ω°????????`) 模具廠師傅跟你說的應該是加工用的G代碼,刀路生成我們是托廠家做的,這麼大的件還是不敢用自己的刀路。不過英賽的小模具是我們自己做的,用的是隊里的CNC雕刻機,應該每個隊里都有,就是雕碳板的那個機子。生成刀路的軟體叫jdpaint,模具用電木做的【當時買坑了分層很嚴重,如果固化的時候不加熱建議用亞克力,電木內部缺陷太銷魂。模具做出來以後用砂紙拋光800-1000-1200-1500一共四次,然後用研磨砂和電磨拋光,最後要求是鏡面光滑才能完成脫模。【成品表面質量主要取決於模具表面質量,基本上模具表面什麼樣成品就什麼樣,所以不能偷懶,但是打磨過程非常長且銷魂,那幾天感覺真是活的不如狗

然後不知道大家有沒有發現,這個機翼它褪色orz尤其是藍色顏料有問題,飛幾次基本就沒顏色了orz

對這個機翼的評價:今年這個結構好處就是做得快,好裝配,輕但強,但是肥!腸!難!修!【有一回連修六隻機翼簡直快要精神錯亂了,好在不容易撞壞,有的時候修的時候也在默默感慨還是木質結構估計就報廢了

就現在的三公斤比賽而言,如果只為了比賽,直接量產以前的木質結構強度足夠了。我們今年做了這個也是一個嘗試,創新這一步需要走出去,固步自封不是好事。每一年都有新的創新這才是這個比賽的目的所在。就像教練說的,比賽只是手段。在這個過程中,我們也確實學到了許多。比如當時一起雕模具的隊友現在跟別人合夥開了加工廠也是6的飛起。

題主要是感興趣可以做小件試試,包括用雕刻機開模、成型,在這個過程中還是能學到很多東西的而且蠻好玩的。【之前還做過玻璃鋼手機殼什麼的

前一陣子寫了一篇關於這個機翼的,應該會刊在航空模型12月上【如果沒有被刪掉,題注要是感興趣的話可以看一下。


主要看飛機尺寸和設計需求,然後是可用設施和預算

實際上太小的飛機搞復材是沒有多大優勢的,小飛機主要矛盾還是在於減重,全復材結構強度很容易過剩,沒什麼必要。搞搞碳纖梁和關鍵承力結構,其它該輕木就輕木,該熱縮膜就熱縮膜好了。大MOTW搞全復材半硬殼才有點用處,當然後來參加UAS項目搞全復材主要還是boss們覺得能裝X這個硬需求佔了決策主導,我是性能優先派,不太在乎逼格。。。

講一講這幾年我在復材上積累的經驗教訓吧

我們學校的優勢在於有一台大尺寸熱壓爐,空客贊助的,有6個bar和可控溫度/壓力曲線,所以能搞高質量的預浸碳纖布成型。同時有一台三軸雕刻機可以做模具,第一年用的是tooling block,一種樹脂基材料。最大劣勢是項目以教學和科研優先,即使是IMechE的UAS競賽,也是把相關內容拆分成畢業項目來做,並且項目設計以科研結構為主,比賽目的為輔助。同樣因為教學為主,絕大部分加工都是學生自己干,基本沒有外包。大部分時間和資源花費在對比賽毫無幫助的方向。因為同樣的原因,我們對學生的設計決策不能做過多干涉,最終決策權也是在學生自身,即使是一群完全沒有航模經驗的菜鳥搞出來的明顯有問題的設計也就那麼上。。。這些跟國內有航模和競賽文化傳承的大學沒得比,當然今年在決策結構上改進了一些。

這是第一年UAS搞得全復材貨,總體構型概念設計採用了我的方案,但我不能插手具體設計,只能提總體建議,還沒拍板權。最後學生走的是偏硬殼路線,搞的結構重量和強度超標。同時穩定和控制設計有問題,尾容係數偏小,結構重心也不好調整。而且動力大翼載高阻力小,飛起來非常恐怖,簡直就是巡航導彈

當然這飛機底子還是很好的,第二年我被任命做改進版,搞來做科研試飛平台

你說我一個主業搞流體實驗的,怎麼就來做結構和製造優化了呢?

當時我就念了兩句詩:苟利錢包生死以,豈因禍福避趨之

首先改的是構型,機頭加長了15cm,除了減阻還平衡了結構重心,重要的是胖頭魚變高富帥,顏值提升+1。重新設計了尾部結構,尾部翼身融合更加順暢,加長了尾力臂,改了尾翼面積和角度,加了可選腹鰭,尾容係數幾乎x2。

內部結構全改成半硬殼,通過更多內部結構釋放蒙皮屈曲強度需求節省了近一半碳纖用量。

順帶把大量需要鋪復材或者手工加工的部件改成能激光切割就激光切割,能3D列印就3D列印。

圖為尾部中央翼盒,正好Rx集成進去,把兩個2.4Ghz天線集成進V尾

全碳機身對信號的屏蔽問題需要注意

因為透波需求,尾翼正好做預製玻纖蒙皮可行性驗證

外段主翼改凱夫拉鉸鏈,這個結構優勢很大,減重、減阻、簡化製造。

理論上很簡單,但工藝上也是有坑的,凱夫拉被預浸料的樹脂固化了就會導致鉸鏈過脆,需要避免

腦洞了一個方案,結果比較幸運一次過關

因為學校Health Safety的官僚主義問題,不允許在學校做碳纖維板的自動切割,激光切割又切不動。所以今年搞了玻纖/Rohacell三明治結構板,熱壓爐成型,可以激光切割

事實證明:想要高質量的板,製作工時還是巨高無比,品控也難(學生做的渣板能讓人氣出心臟病)。我自己做的板大約在900g/m^2,6mm厚,不算重。然而在大多應用上強度也是大幅度過剩的,如果要做20kg以上大飛機還是有用的,但對7kg小飛機來說還是比較雞肋,不如直接用層板和輕木,當然我也構想了3D列印翼肋和Stringer的方案,還沒來得及驗證。

搞Tooling Block和預浸纖維主要優勢還是量產,如果搞原型那肯定是太貴了,所以去年我們又嘗試了泡沫模具+玻纖布,真空袋成型。成本低,但強度和逼格都要差很多,對於單件原型+快速迭代的設計這個很不錯

(順帶,看看上邊兩張圖的封條對比,就能看出幹活的態度問題)

後續我比較期望的是驗證批量預製標準蒙皮+3D列印+激光切割的(幾乎)完全脫離模具的快速原型製造路線。今年是我在學校的最後一年,希望可以跟今年的隊伍完成這個腦洞。很慚愧,就做了這幾個微小的工作,謝謝大家


看了你的問題特意註冊了賬號來回答,2009-2016西工大航模隊隊員飄過。

開模具的問題其實涉及到很多知識,但是你首先要清楚的是你自己的需求和財力。

所謂需求,就是你要做多大的東西,要用模具造多少件產品。

所謂財力,就是你肯花多少錢。

有最簡單的例子來說,西工大的太陽能飛機螺旋槳也是開模具做的,但我們用的是鋁模具;北航的同學做機翼則用的是電木模具。區別就在於,

第一,螺旋槳小、機翼大,螺旋槳訓練時損耗多所以要求產量大,機翼嗎...我衷心希望北航的同學沒有摔太多的飛機...所以產量小。

第二,鋁模具貴,電木相對便宜。

第三,螺旋槳極度要求表面光潔度,且要用碳纖維。而北航同學的模具似乎對錶面光潔度要求並不高(可能有後續處理工藝)

明白了你自己的需求,你才知道要選什麼材料,然後再說怎麼畫圖的問題。

例行上幾張圖,沒圖沒真相。一張是試做時候的螺旋槳成品(這張還不是碳纖維,是玻璃鋼+泡沫夾心),另一張是火箭頭錐模具。

畫圖的時候要跟據你的需求入手,

第一,看你需要的是陰模還是陽模,

第二,根據幾何的複雜程度看是否要分模(一般都要分吧...)分模的時候要注意是否每個模具都能用3軸CNC加工,

第三,哪些是所謂的「工作面」需要要求光潔度(雖然都是要人工拋光的,這點你跑不了),是否容易加工,對非常細小的圓弧你要詢問工人師傅最小的球頭刀半徑是多少。

第四,定位孔/銷的安排是否合理(例如,如果加熱的話要考慮熱脹冷縮之後孔銷配合會不會有問題),

最後,最重要一點!!!怎麼啟模!!!以及怎麼把產品從模具上拿下來!!!

西工大航模隊一般都是用CATIA出圖,但是solidworks,ProE,UG也都ok,看樓主個人喜好,但你需要詢問工人師傅他接受哪種格式的圖紙。

這些問題你畫圖的時候都考慮到了,就可以拿著圖紙去和師傅們談一談了。

祝好!

*************************第一次補充回答**********************************************

做小一點的模具並不需要很多錢,以上面太陽能螺旋槳模具為例,價格應該不會多於3000RMB吧,當然你做大了就不好說了。

後面有想起來的繼續補充,寫程序去了,咕咕咕...

*************************第二次補充回答**********************************************

希望你不要有一個誤區,新材料新工藝一定就好。新材料新工藝自然有優勢,但是並不代表你能把這些優勢發揮出來,如果發揮不出來新材料的優勢,不如回頭把手裡能用的材料用到極致,然後再說各種高大上的東西。開模具+碳纖維+抽真空+恆溫固化,看起來很美,但不是沒有代價的。


開模的前提是你得有錢 北航花了幾萬開的模 複合材料上貼了玻璃纖維布,再拉碳絲


複合材料航模也不算什麼高端技術,熟練的兩個人就可以簡單開模生產。只要設計合理,模具是可以多次使用,批量出品的。就比賽來說,定型開模往往說明該團隊已經對機型和工藝掌握了較成熟豐富的經驗,打算定型後把工作重點放在飛行控制上了,批量生產的復材機型可以在損壞後快速更換部件,也具有更強的比強度,但是因為材質本身強度遠大於輕木蒙皮等傳統結構,設計製造中可能會忽略一些細節,導致「過於強大」的材質降低了結構設計的難度。另外由於復材機型製造成本相對較高,可能對經濟支持較弱的團隊帶來壓力。

流程簡單說一下

結構設計定稿

材料設計

模具設計(陽模類型、開模線、陰模類型等)

施工流程設計

準備材料

準備加工設備

薄殼結構手工流程:開陽模-修整打蠟-做開模線-敷/鑄陰模A、B-陰模內修整打蠟-做合模線-敷膠衣-調製樹脂-根據施工流程順序敷碳布/凱夫拉/玻纖布和樹脂-敷真空袋抽真空-靜置/入烘箱固化-下毛料-修飛邊-貼合模布合AB模-外形修補-機體結構成品。

其他結構代加工流程:

結構設計-材料設計-出圖-給定金-拿樣測試-付尾款-拿貨。


你可以去問問隔壁造賽車的,實話


這玩意航模不是早就有了嗎???我們玩海模的三等人好多年之前就全是複合材料了啊

(預感會有裝逼警察來抓人


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