摘 要

本文主要是对碳纤维复合材料进行工艺分析并且运用三维绘图软件solidworks建模。通过对无人机叶片进行工艺分析，确定其工艺路线，计算确定尺寸，优化尺寸参数，然后根据压制（压缩）模具设计规范来设计合适的模具。

关键词：碳纤维；模压；叶片；模具

Abstract

This paper mainly analyzes the carbon fiber composite materials and uses the 3D drawing software solidworks modeling. Through the process analysis of UAV blades, determine the process route, calculate the size, optimize the size parameters, according to press (compression) mold design specifications to design the appropriate mold.

Key words: carbon fiber; molding; blade; mold

目录

第一章 概论 1

1.1课题来源目的及意义 1

1.11课题来源 1

1.12目的及意义 1

1.13国内外研究现状分析 2

第二章模压工艺分析及工艺方案 3

2.1碳纤维复合材料的制造工艺： 3

2.2模压成型的基本原理及工艺分类： 5

第三章模具设计前期工作 9

3.1无人机叶片建模 9

3.2塑件加压方向的选择 10

3.3压机的选择 10

3.4加料室尺寸计算 11

3.5脱模方式选择 12

3.6加热方式选择及功率计算 12

第四章模具设计 14

4.1模具分类 14

4.2 凹凸模各组成部分及其作用 15

4.3压制模的组成 16

4.4模具静压力条件下仿真 17

4.5螺纹连接件强度校核 18

4.6合模高度与开模行程的校核 21

总结 22

致谢 23

参考文献 24

第一章 概论

1.1课题来源目的及意义

1.11课题来源

材料是人类物质文明进步的阶梯。新材料是现代高新技术的基础和先导，任何一种高新技术的突破都必须以该领域的新材料技术突破为前提，而新材料的突破往往会引发人类划时代的变革，就如20世纪60年代高纯硅半导体材料技术的突破，使人类进入信息化时代。如今正是一个科技日新月异的时代，新材料作为现代高新技术的基础和先导，现在的地位和作用越来越突出，以碳纤维复合材料为例，它最突出的特点是轻质高强，碳纤维复合材料最先被应用于飞机上，与传统的轻质铝合金相比，其减重效果可达20%-40%经济效益优异。

而且根据中国产业调研网2017年中国无人机行业现状分析与发展前景研究报告，目前，无人机已经越来越被人熟悉，特别是民用领域。目前民用无人机主要应用领域有以下几种，植保，航拍，电力巡检，环保，灾后救援，除此以外，用无人机运送快递也是目前在讨论中的一项重要应用。现在制约无人机发展的主要因素有以下几个：1  信号传输，2自动控制，3飞行时间。性能较好的无人机现在只能用于军方和大公司，中高端无人机想要进入普通人视野比较困难，这点在国内外都是一样的。

现在市面上主流的无人机叶片（民用）都是热塑性塑料注塑成型，简单方便，能够满足一般的使用要求，但是近年越来越多的运用碳纤维复合材料来制造叶片，与之前的塑料叶片相比，碳纤维叶片的机械性能，力学性能，耐高温耐化学腐蚀等性能要高得多，当然价格也会高不少。

1.12目的及意义

这次的设计是对我综合能力的一次考验。通过这次毕设，我运用知识来解决实际问题的能力会得到很大的提升，同时也让我掌握快速查阅所需资料的手段，在设计的过程中毫无疑问也提高了我的创新能力。因此这次设计对我来说既是挑战也是机遇。

1.13国内外研究现状分析

经过多年的研究与发展，我国的复合材料生产技术也算是达到了一定的水平，但是与发达国家相比还是有较大的差距。在航空业，虽然近年来运用复合材料的比例不断增大，许多方面仍有很大的不足，特别是长纤的生产与运用。

其次，生产设备多依赖进口，国产设备无论是性能还是使用寿命都不能让人满意，这点极大的阻碍了我国复合材料技术的发展。

然后在制造工艺上也落后许多，数字化和自动化不足，过于依赖人力，产量和质量都不能让人满意。

第二章模压工艺分析及工艺方案

2.1碳纤维复合材料的制造工艺：

碳纤维复合材料的制造工艺主要为以下几种：手糊成型，热压罐成型，模压成型，纤维缠绕成型，树脂传递成型，拉挤成型。
模压成型又称压制成型，是复合材料生产中一种传统常用的成型方法，对热固性和热塑性树脂都适用。这种方法是将模压料放入模具中，经过加热使物料熔化充满型腔，形成与型腔相同的制品。待其固化，冷却后脱模。它的优点是产品尺寸精度高，重复性好；表面光洁，无需二次修饰；能一次成型结构复杂的制品；可批量生产，价格相对低廉。在复合材料的成型工艺中，模压成型所占的比例是非常高的，约占42.3%。

模压主要工艺参数：装模温度，升温速度，固化速度，加压时机，最大压力，保压时间，冷却速度，开模温度

模压成型的控制因素：模压成型三要素，温度、压力和时间

1温度：温度影响塑料的融化，流动和成型，对塑件的质量有很大的影响。

2 压力：促使塑料平和的流动并压制聚合物分子内力。

3时间：保证模腔形状有足够的时间完成固化。

模压成型工艺流程如下：

清理模具→模具预热→涂脱模剂

↓

备料→铺料→预热干燥→模压→冷却，脱模→后处理→成品

模压：加热→闭模→压制→排气→保压→固化→脱模

后处理：退火处理，修整及辅助加工-检验

1：清理模具：清理模具中的杂物，保持模具的干净和光滑。

2：模具预热：对模具进行热处理已达到加工所需温度条件。

3：涂脱模剂：在模具的槽内涂上一定量的脱模剂，防止之后的预热后成型产品和模具粘在一起。

4：备料：将即将做成产品的碳纤维的原料准备好。

5：预热干燥：将备料进行预处理提高制品质量和便于模压的进行，预热并不仅是去除水分和其它挥发物，更是使物料便于模压。

6：铺料：将准备好的原料放入型腔中等待压制。

7：模压：把经过预热的原料放置到模具中，合模，加一定的恒定压力，恒定的温度，设置恒定的时间，使其固化。

8：冷却,脱模:对经过热压处理一段时间的模具先冷却一段时间， 然后揭开模具，进行脱模处理。