CN102086961B - 一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，通过采用切割、填充、表面加强、制孔、后埋等工艺方法，将卫星结构星蜂窝夹层结构板改造成为电性星蜂窝夹层结构板，避免电性星蜂窝夹层结构板的重复性生产；本发明具有低成本、短周期、操作简单的优点，本发明实现了试验后废弃复合材料的重复利用，大大降低了电性星蜂窝夹层结构板的制造成本，尤其是减少了高模量石墨纤维的用量；本发明充分利用成熟技术，关键步骤都有两种(或以上)不同的实现途径，生产部门可根据自身保障条件选择相应的工艺方法，不需要热压罐等特殊设备，简单、快捷，大大缩短了电性星蜂窝夹层结构板的制造周期。

Description

一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种柔性化蜂窝夹层结构制造工艺，特别是涉及一种将结构星蜂窝夹层结构板改造成电性星蜂窝夹层结构板的方法，属于卫星电性星复合材料产品的制造技术领域。

背景技术

多数大型卫星的研制过程中，分别研制静力结构星、动力结构星、温控星以及电性星(①宇航出版社“导弹与航天丛书”“卫星工程系列”之《卫星电测技术》P110第三段及图4-1②宇航出版社“导弹与航天丛书”“卫星工程系列”之《卫星工程概论》下册P307第一段)。此种方法的弊端是：电性星蜂窝夹层结构板与结构星(静力结构星或动力结构星)蜂窝夹层结构板的外形和机械接口都很相似，重复性的投产造成卫星研制成本居高不下、周期滞后。

而采用柔性化的蜂窝夹层结构制造技术，能够简单、经济、快速地将结构星(静力结构星或动力结构星)蜂窝夹层结构板改造成电性星蜂窝夹层结构板，目前国内未见相关报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于将结构星蜂窝夹层结构板改造成电性星蜂窝夹层结构板的方法，以降低卫星研制成本、缩短周期。

本发明的技术解决方案是：一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，通过下列步骤实现：

第一步，对比结构星蜂窝夹层结构板和电性星蜂窝夹层结构板图纸，确定结构星蜂窝夹层结构板上需要去除部分和需要补足部分，制作需要补足部分的样板；

第二步，加工填充块及加强片，

利用结构星蜂窝夹层结构板的边角料，依据需要补足部分的样板切割填充块，根据需要补足部分的拼接长度利用结构星蜂窝夹层结构板的边角料的上下面板材料加工加强片，加强带的宽度为上下面板厚度的100～150倍，长度大于拼接缝长度；

第三步，加工电性星蜂窝夹层结构板所需埋置件，在埋置件上端面翻边上对称加工2个直径为的透气孔；

第四步，切割结构星蜂窝夹层结构板外形，

根据第一步确定的结构星蜂窝夹层结构板上需要去除部分，在数控铣床上铣削结构星蜂窝夹层结构板的外形，去除多余部分，或制作需要去除部分的样板，根据需要去除部分的样板切割结构星蜂窝夹层结构板的外形，去除多余部分；

第五步，安装填充块，

修配填充块的外形，在填充块和结构星蜂窝夹层结构板粘接面涂液态的室温固化结构胶粘剂，将填充块填充到结构星蜂窝夹层结构板中固化；

第六步，粘接面表面加强，

修配加强片的外形，将液态的室温固化结构胶粘剂涂抹在加强片和结构星蜂窝夹层结构板的粘接面，将加强片粘接到填充块与结构星蜂窝夹层结构板的拼接缝表面，固化；

第七步，制孔

根据电性星蜂窝夹层结构板需要增加的机械接口，在结构星蜂窝夹层结构板上利用数控铣床铣削埋置件安装孔，或制作制孔样板采用手工钻削埋置件安装孔；

第八步，后埋

A8.1、取出第七步加工的埋置件安装孔内的蜂窝；

A8.2、在每个埋置件安装孔的周围粘贴一层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

A8.3、向每个埋置件安装孔中灌注液态的室温固化结构胶粘剂至3/5～4/5孔深，等待5～10分钟后，根据埋置件安装孔内胶液渗漏情况补灌胶液至3/5～4/5孔深；

A8.4、将埋置件安装到埋置件安装孔内，采用辅助工装定位并固化；

第九步，修理

A9.1、埋置件固化完成后，拆除辅助工装；

A9.2、利用埋置件上的透气孔检测液态的室温固化结构胶粘剂的灌注深度，若灌注深度不足3/5～4/5孔深，通过透气孔向孔内灌注液态的室温固化结构胶粘剂至3/5～4/5孔深，并固化；

A9.3、清理埋置件表面的余胶；

第十步，无损检测

采用声阻法或激光法检测填充块、加强片及埋置件与结构星蜂窝夹层结构的粘接质量，对粘接缺陷进行修补。

所述第四步切割工艺为，采用整体硬质合金铣刀，刀具转速200～300转/分钟，水平面内刀具进给量不大于100毫米/分钟，铣削深度大于面板厚度。

所述第五步、第八步和第九步的固化工艺为保持接触压，室温下静置不少于36小时或者60℃下静置不少于2小时。

所述步骤A8.4中埋置件安装到埋置件安装孔内的方法为预先在埋置件的端面粘贴两层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布，并用螺钉连接埋置件和定位垫片，将埋置件倾斜20～30度，探入埋置件安装孔内，安装到位后擦净挤出的胶液。

所述第六步中粘接面表面加强方法通过以下步骤实现，

A6.1、确定粘接面，

以结构星蜂窝夹层结构板和填充块的拼接缝为中心，宽度为40～60mm的区域确定为粘接面；

A6.2、粘接面处理，

采用砂纸均匀打磨粘接面，然后用溶剂清洗干净并充分晾干；

A6.3、在结构星蜂窝夹层结构板粘接区域的周围贴一层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

A6.4、将配制好的液态的室温固化结构胶粘剂胶液均匀地涂抹在结构星蜂窝夹层结构板及加强片的粘接面上，晾置10～30分钟后将加强片放到结构星蜂窝夹层结构板和填充块的拼接缝表面；

A6.5、用压敏胶带将加强片固定，擦净挤出的胶液；

A6.6、在加强片上铺放一层聚四氟乙烯玻璃布后再盖上工艺均压板并封装真空尼龙薄膜，抽真空固化。

所述步骤A6.6的固化工艺为，抽真空至0.094MPa，室温下固化不少于36小时或者60℃下固化不少于2小时。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明构建了一套完整的工艺流程，通过采用切割、填充、表面加强、制孔、后埋等工艺方法，将结构星蜂窝夹层结构板改造成电性星蜂窝夹层结构板，避免电性星蜂窝夹层结构板的重复性生产；

(2)本发明对高模量碳纤维复合材料的切削、薄面板加强、盲孔型埋置件的安装及定位等关键步骤作了改进，确定了量化、可控的工艺参数，实现了特殊材料的简易加工、等强度加强、埋置件的快捷安装及准确定位；

(3)本发明实现了试验后废弃复合材料的重复利用，大大降低了电性星蜂窝夹层结构板的制造成本，尤其是减少了高模量石墨纤维的用量；

(4)本发明充分利用成熟技术，关键步骤都有两种(或以上)不同的实现途径，生产部门可根据自身保障条件选择相应的工艺方法，不需要热压罐等特殊设备，简单、快捷，大大缩短了电性星蜂窝夹层结构板的制造周期；

(5)使用本发明制造的蜂窝夹层结构板，已在多颗卫星进行试用，在不降低其力学性能的同时，又满足上级分配的重量指标，具有较高的可靠性。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为某大型通信卫星结构星东上+Y板结构示意图；

图3为某大型通信卫星电性星东上+Y板结构示意图；

图4为图3A-A方向剖视图；

图5为图3B-B方向剖视图；

图6为本发明埋置件后埋过程示意图。

具体实施方式

下面以某大型通信卫星电性星东上+Y板为例，说明本发明的具体实施过程。

电性星东上+Y板为碳/环氧复合材料面板-铝蜂窝夹层结构，外形尺寸2686mm×1017mm×21mm。上、下面板的增强材料为M55J-3K石墨纤维，基体材料为环氧648/BF3·MEA树脂基体。夹芯材料为LF2Y 0.04-4-20.2有孔耐久性铝蜂窝。按照常规的制造方法，须预先制造碳/环氧复合材料面板和蜂窝夹芯，然后采用J-47中温固化结构胶粘剂复合成形。其中，碳/环氧复合材料面板的制造过程涉及单向预浸料制作、裁剪、铺叠、固化、下料等工序，蜂窝夹芯的制造过程涉及铣削、拉伸、定型、清洗、拼接等工序，复合成形过程涉及试装配、装配、封装、固化等工序，整个制造过程工序繁杂，并且需要热压罐、蜂窝拉伸机等特殊设备。采用本发明，省却碳/环氧复合材料面板的制造和蜂窝夹芯的制造两个环节，直接利用废弃的边角料制作填充块和加强片，按图1所示的技术流程，即可将试验后的结构星东上+Y板(如图2所示)改造成电性东上+Y板，如图3、4、5所示。

具体实施过程包括下列步骤：

a、加工填充块及加强片：利用结构星东上+Y板1制造过程剩余的边角料，依据样板切割填充块4及加强片2，加强片允许分段，加强带的宽度为面板厚度的100～150倍，长度大于拼接缝长度。

b、加工埋置件：按照卫星蜂窝夹层结构板通用埋置件技术条件，加工埋置件5。如图5所示，在埋置件5上端面的翻边处对称加工

的通孔51作为透气孔，以便胶液中气体的排出、胶液灌注量的检测及胶液的补充。

c、切割外形：根据结构星东上+Y板1和电性星东上+Y板外形的差异，在数控铣床上铣削结构星蜂窝夹层结构板1的外形，去除多余部分。上、下面板的铣削过程分两步进行，铣削超过面板厚度即可。刀具采用整体硬质合金铣刀，转速200～300转/分钟，水平面内刀具进给量不大于100毫米/分钟。

d、安装填充块：钳工修配填充块4的外形，然后将其填充到结构星东上+Y板1的缺口中，以补齐不足部分；用压敏胶带固定，再向拼缝中灌注Redux420胶液3，使二者粘接在一起并保持接触压，室温下静置36小时完成固化。

e、表面加强：修配通用加强片2的外形，并划线确定以拼接缝为中心宽40mm的粘接区域，再用砂纸均匀打磨加强片2和电性星东上+Y板的粘接面，最后用溶剂清洗干净并充分晾干。加强实施过程包括下列工步：(1)在电性星东上+Y板粘接区域的周围贴一层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；(2)将配制好的胶液均匀地涂抹在电性星东上+Y板及加强片2的粘接面上；(3)适当晾置后将加强片2放到拼接缝表面，然后用压敏胶带将其固定；(4)擦净挤出的胶液，并铺放一层聚四氟乙烯玻璃布；(5)盖上工艺均压板；(6)封装真空尼龙薄膜；(7)抽真空至0.094MPa，60℃下保持2小时完成固化。

f、制孔：根据需要增加的机械接口情况，在数控铣床上铣削相应的埋置件安装孔。刀具采用整体硬质合金铣刀，转速200～300转/分钟，铣削深度超过面板厚度即可，孔径比埋置件5的端头直径大0～0.1mm即可。

g、后埋：使用剪刀和镊子钳等工具，取出电性星东上+Y板埋置件安装孔内的蜂窝，并在每个孔的周围粘贴一层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布。向每个后埋孔中灌注Redux420胶粘剂至3/5～4/5孔深，等待5～10分钟后视胶液渗漏情况补灌一定量胶液，再将埋置件5安装到孔内。埋置件5的安装和固定方法如图6a～c所示，分步叙述如下：(1)在埋置件5的端面粘贴两层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；(2)用螺钉连接埋置件5和定位垫片；(3)将埋置件5倾斜20～30度，缓缓探入后埋孔内，避免胶液内裹入气泡；(4)安装到位后擦净挤出的胶液，再用辅助工装6固定，保持接触压，室温下静置36小时完成固化。

辅助工装6下端卡在定位垫片的圆槽内，进而与定位垫片固定。辅助工装6主要起加压作用，使埋置件的上端面固定在面板的安装孔内并与面板平齐，防止埋置件受蜂窝芯和胶液的挤压作用向上拱起。采用的结构形式只要能实现加压作用即可，一般如图6所示采用圆柱状结构。

h、修理：拆除辅助工装，利用埋置件5上的透气孔检测胶粘剂的灌注深度；若灌注量不足4/5孔深，采用医用注射器向透气孔孔内灌注Redux420胶粘剂3，室温下静置36小时完成固化。最后清理埋置件5表面的余胶。

i、无损检测：采用手持式声阻仪检测填充块4、加强片2及埋置件5与蜂窝夹层结构的粘接质量，对粘接缺陷必须进行修补。

上述步骤所用到的清洗溶剂均可以使用丙酮溶剂或乙酸乙酯溶剂。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，其特征在于通过下列步骤实现：

第一步，对比结构星蜂窝夹层结构板和电性星蜂窝夹层结构板图纸，确定结构星蜂窝夹层结构板上需要去除部分和需要补足部分，制作需要补足部分的样板；

第二步，加工填充块及加强片，

利用结构星蜂窝夹层结构板的边角料，依据需要补足部分的样板切割填充块，根据需要补足部分的拼接长度利用结构星蜂窝夹层结构板的边角料的上下面板材料加工加强片，加强带的宽度为上下面板厚度的100～150倍，长度大于拼接缝长度；

第三步，加工电性星蜂窝夹层结构板所需埋置件，在埋置件上端面翻边上对称加工2个直径为

的透气孔；

第四步，切割结构星蜂窝夹层结构板外形，

根据第一步确定的结构星蜂窝夹层结构板上需要去除部分，在数控铣床上铣削结构星蜂窝夹层结构板的外形，去除多余部分，或制作需要去除部分的样板，根据需要去除部分的样板切割结构星蜂窝夹层结构板的外形，去除多余部分；

第五步，安装填充块，

修配填充块的外形，在填充块和结构星蜂窝夹层结构板粘接面涂液态的室温固化结构胶粘剂，将填充块填充到结构星蜂窝夹层结构板中固化；

第六步，粘接面表面加强，

修配加强片的外形，将液态的室温固化结构胶粘剂涂抹在加强片和结构星蜂窝夹层结构板的粘接面，将加强片粘接到填充块与结构星蜂窝夹层结构板的拼接缝表面，固化；

所述第六步中粘接面表面加强方法通过以下步骤实现，

A6.1、确定粘接面，

以结构星蜂窝夹层结构板和填充块的拼接缝为中心，宽度为40～60mm的区域确定为粘接面；

A6.2、粘接面处理，

采用砂纸均匀打磨粘接面，然后用溶剂清洗干净并充分晾干；

A6.3、在结构星蜂窝夹层结构板粘接区域的周围贴一层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

A6.4、将配制好的液态的室温固化结构胶粘剂胶液均匀地涂抹在结构星蜂窝夹层结构板及加强片的粘接面上，晾置10～30分钟后将加强片放到结构星蜂窝夹层结构板和填充块的拼接缝表面；

A6.5、用压敏胶带将加强片固定，擦净挤出的胶液；

A6.6、在加强片上铺放一层聚四氟乙烯玻璃布后再盖上工艺均压板并封装真空尼龙薄膜，抽真空固化；

第七步，制孔

根据电性星蜂窝夹层结构板需要增加的机械接口，在结构星蜂窝夹层结构板上利用数控铣床铣削埋置件安装孔，或制作制孔样板采用手工钻削埋置件安装孔；

第八步，后埋

A8.1、取出第七步加工的埋置件安装孔内的蜂窝；

A8.2、在每个埋置件安装孔的周围粘贴一层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

A8.3、向每个埋置件安装孔中灌注液态的室温固化结构胶粘剂至3/5～4/5孔深，等待5～10分钟后，根据埋置件安装孔内胶液渗漏情况补灌胶液至3/5～4/5孔深；

A8.4、将埋置件安装到埋置件安装孔内，采用辅助工装定位并固化；

第九步，修理

A9.1、埋置件固化完成后，拆除辅助工装；

A9.2、利用埋置件上的透气孔检测液态的室温固化结构胶粘剂的灌注深度，若灌注深度不足3/5～4/5孔深，通过透气孔向孔内灌注液态的室温固化结构胶粘剂至3/5～4/5孔深，并固化；

A9.3、清理埋置件表面的余胶；

第十步，无损检测

采用声阻法或激光法检测填充块、加强片及埋置件与结构星蜂窝夹层结构的粘接质量，对粘接缺陷进行修补。

2.根据权利要求1所述的一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，其特征在于：所述第四步切割工艺为，采用整体硬质合金铣刀，刀具转速200～300转/分钟，水平面内刀具进给量不大于100毫米/分钟，铣削深度大于面板厚度。

3.根据权利要求1所述的一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，其特征在于：所述第五步、第八步和第九步的固化工艺为保持接触压，室温下静置不少于36小时或者60℃下静置不少于2小时。

4.根据权利要求1所述的一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，其特征在于：所述步骤A8.4中埋置件安装到埋置件安装孔内的方法为预先在埋置件的端面粘贴两层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布，并用螺钉连接埋置件和定位垫片，将埋置件倾斜20～30度，探入埋置件安装孔内，安装到位后擦净挤出的胶液。

5.根据权利要求1所述的一种柔性化蜂窝夹层结构的制造工艺，其特征在于：所述步骤A6.6的固化工艺为，抽真空至0.094MPa，室温下固化不少于36小时或者60℃下固化不少于2小时。

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