CN104626606B - 碳纤维复合材料成型工装 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机装配工装技术，涉及一种碳纤维复合材料成型工装。解决大尺寸、复杂型面碳纤维复合材料飞机构件成型时，由于产品与工装的热膨胀系数差异大造成的产品外形与设计不符的问题。本发明采用薄壳式结构，主要由模体和框架两个部分组成。本发明包括模体[1]，用于钻制装配协调定位孔的第一结构[2]，用于制定位孔的第二结构[3]，防滑带[4]，框架[5]，轮子[6]。本发明解决了大尺寸、复杂型面碳纤维复合材料飞机构件成型时，由于产品与工装的热膨胀系数差异大造成的产品外形与设计不符的问题，同时，因瓦刚具有优异的尺寸稳定性，提高了工装的使用寿命，降低了生产成本。

Description

碳纤维复合材料成型工装
技术领域
本发明属于飞机装配工装技术，涉及一种碳纤维复合材料成型工装。
背景技术
目前，国外部分专业航空工艺装备制造商已经掌握了因瓦钢成型工装的设计与制造技术，该类工装已成为国外大尺寸、复杂曲率碳纤维复合材料飞机结构件成型的核心工艺装备，而国内尚未有能力设计类似的因瓦成型工装。
国内以往工装材料多使用选用铝合金、普通碳钢或复合材料，铝合金、普通碳钢的热膨胀与碳纤维复合材料相差较大，导致成型后产品外形与理论外形不一致，且铝合金工装的刚度不足，而用复合材料制造的工装表面精度和可重复使用性较差，因此这些材料均不能满足大尺寸、有复杂型面碳纤维复合材料飞机结构件的批产。
发明内容
本发明的目的：解决大尺寸、复杂型面碳纤维复合材料飞机构件成型时，由于产品与工装的热膨胀系数差异大造成的产品外形与设计不符的问题。
本发明的技术方案是：碳纤维复合材料成型工装包括模体1，用于钻制装配协调定位孔的第一结构2，用于制定位孔的第二结构3，防滑带4，框架5，轮子6，模体1为成型工装主体，位于工装的最上部，模体1的材料为10mm-14mm的因瓦钢等厚钢板，模体1分工作区域和非工作区域两部分，模体1工作区域为凹模结构，模体1工作区的凹陷形状与产品数字模型的凸侧形状相同，使用时产品按凸侧外形被放置在模体1的凹模工作区中间；模体非工作区包括过渡区和水平模体，在模体1凹模工作区外，先按工作区的凹侧形状延伸一部分外形作为过渡区，再在长度方向上做大于100mm的水平模体便于布置复合材料成型工装必需的热电偶孔、基准孔；
第一结构2用于钻制装配协调定位孔，第一结构2包括钻套、圆柱形堵块和钻模，定位孔的位置与产品后续使用的装配夹具和切割工装上的定位孔位置一致，定位孔直径大于等于6mm；选用内径为定位孔直径的钻套，钻套放入内部带有圆柱形 凹槽的圆柱形堵块中，堵块材料为因瓦钢，堵块外直径比钻套大至少20mm，堵块内部圆柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚；模体1上留有与圆柱形堵块外径尺寸相同的通孔，堵块被嵌入到模体1中，堵块上表面与模体1平齐，堵块下表面比模体1长出至少10mm，通过周圈焊接的方式将堵块焊接在模体1上，焊接后保证整体结构的气密性；按照定位孔的位置和直径制作钻模，钻模通过螺钉、销钉连接到模体1上；
第二结构3用于制定位孔，第二结构3由衬套、聚四氟乙烯销钉和圆柱形堵块构成，定位孔的作用是防止曲率复杂的复合材料产品在加热成型过程中，材料剧烈收缩导致产品位置变化发生，定位孔数量2个，分布在产品曲率变化较大方向的对角上；选用内径为定位孔直径的衬套，衬套放入内部带有圆柱形凹槽的圆柱形堵块中，堵块材料为因瓦钢，堵块外直径比衬套大至少20mm，堵块内部圆柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚；模体1上留有与圆柱形堵块外径尺寸相同的通孔，堵块被嵌入到模体1中，堵块上表面与模体1平齐，堵块下表面比模体1长出至少10mm，然后通过周圈焊接的方式将堵块焊接在模体1上，焊接后要保证整体结构的气密性；聚四氟乙烯销钉直径与定位孔直径相同，长度大于圆柱形凹槽深度，使用时将聚四氟乙烯销钉插入到钻套中；
复合材料铺层后进热压罐固话前，先抽真空袋，防滑带4的作用是抑制抽真空过程中，蜂窝随真空袋收缩而发生移动。防滑带4为带凸点的铝片，裁剪成宽x厚为10mmx1mm铝条，按产品边界放大100mm的外形粘贴在模体1的上表面；
框架5是框架，框架位于模体1下方，与模体1通过局部焊接方式焊接在模体下表面；框架按纵向间距350mm，横向间距430mm焊接成网格状结构；每张型板都要进行开洞设计，开洞原则是保证工装进入热压罐后，热气流能够顺利流通，使工装升温均匀，开洞时最窄处要大于70mm；
轮子6包括耐高温的活动轮和固定轮，轮子6通过4个螺钉连接到框架的下方。
本发明具有的优点和有益效果：本发明解决了大尺寸、复杂型面碳纤维复合材料飞机构件成型时，由于产品与工装的热膨胀系数差异大造成的产品外形与设计不符的问题，同时，因瓦刚具有优异的尺寸稳定性，提高了工装的使用寿命，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是装配协调定位孔示意图；
图3是定位孔示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
本发明采用薄壳式结构，主要由模体和框架两个部分组成。本发明由结构1模体，第一结构2用于钻制装配协调定位孔，第二结构3用于制定位孔，结构4防滑带，框架5框架，结构6轮子，共6个部分组成。
结构1模体材料为10mm-14mm的因瓦钢等厚钢板，表面光洁度Ra＝1.6μm，模体分工作区域和非工作区域两部分，模体工作区域为凹模结构，模体工作区的凹陷形状与产品数字模型的凸侧形状相同，使用时产品按凸侧外形被放置在模体的凹模工作区中间。模体凹模工作区外，先按工作区的凹侧形状延伸30mm外形作为过渡区，再在长度方向上做大于100mm的水平模体便于布置复合材料成型工装必需的热电偶孔、基准孔等，过渡区和水平部分均属于模体非工作区。
第一结构2用于钻制装配协调定位孔，第一结构2由钻套、圆柱形堵块和钻模构成。定位孔的位置与产品后续使用的装配夹具和切割工装上的定位孔位置一致，定位孔直径大于等于Φ6mm。选用内径为定位孔直径的钻套(HB394-1987)，钻套放入内部带有圆柱形凹槽的圆柱形堵块中，堵块材料为因瓦钢，堵块外直径比钻套大至少20mm，堵块内部圆柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚。结构1上留有与圆柱形堵块外径尺寸相同的通孔，堵块被嵌入到结构1中，堵块上表面与结构1平齐，堵块下表面比结构1长出至少10mm，然后通过周圈焊接的方式将堵块焊接在结构1上，焊接后要注意保证整体结构的气密性。按照定位孔的位置和直径制作钻模，钻模通过螺钉(GB/T 70.1-2008)、销钉(GB/T119.2-2000)连接到结构1上。
第二结构3用于制定位孔，第二结构3由衬套、聚四氟乙烯销钉和圆柱形堵块构成。定位孔的作用是防止曲率复杂的复合材料产品在加热成型过程中，材料剧烈收缩导致产品位置变化发生，定位孔直径为6mm，定位孔位置距离产品边界15mm，数量2个，分布在产品曲率变化较大方向的对角上。选用内径为定位孔直径的衬套(HB399-1987A型)，衬套放入内部带有圆柱形凹槽的圆柱形堵块中，堵块材料为因瓦钢，堵块外直径比衬套大至少20mm，堵块内部圆柱形凹槽 深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚。结构1上留有与圆柱形堵块外径尺寸相同的通孔，堵块被嵌入到结构1中，堵块上表面与结构1平齐，堵块下表面比结构1长出至少10mm，然后通过周圈焊接的方式将堵块焊接在结构1上，焊接后要注意保证整体结构的气密性。聚四氟乙烯销钉直径与定位孔直径相同，长度大于圆柱形凹槽深度，使用时将聚四氟乙烯销钉插入到钻套中。
结构4防滑带，防滑带的作用是抑制抽真空过程中，蜂窝随真空袋收缩而发生移动。防滑带为带凸点的铝片，裁剪成宽x厚为10mmx1mm铝条，按产品边界放大100mm的外形粘贴在结构1的上表面。
框架5是框架，框架位于模体下方，与模体通过局部焊接方式连接。框架按纵向间距350mm，横向间距430mm焊接成网格状结构。每张型板都要进行开洞设计，开洞原则是保证工装进入热压罐后，热气流能够顺利流通，使工装升温均匀，开洞时最窄处要大于70mm。
结构6轮子是为了方便工装的移动与搬运安装的。轮子通过4个螺钉(GB/T70.1-2008)连接到框架的下方，轮子要求必须有耐高温的活动轮和固定轮两种，活动轮牌号6-8279-139-BRK4，固定轮牌号6-8278-139-BRK4。

Claims (1)

1.碳纤维复合材料成型工装，其特征在于，其包括模体[1]，用于钻制装配协调定位孔的第一结构[2]，用于制定位孔的第二结构[3]，防滑带[4]，框架[5]，轮子[6]；
模体[1]为成型工装主体，位于工装的最上部，模体[1]的材料为10mm-14mm的因瓦钢等厚钢板，模体[1]分工作区域和非工作区域两部分，模体[1]工作区域为凹模结构，模体[1]工作区的凹陷形状与产品数字模型的凸侧形状相同，使用时产品按凸侧外形被放置在模体[1]的凹模工作区中间；模体非工作区包括过渡区和水平模体，在模体[1]凹模工作区外，先按工作区的凹侧形状延伸一部分外形作为过渡区，再在长度方向上做大于100mm的水平模体便于布置复合材料成型工装必需的热电偶孔、基准孔；
第一结构[2]用于钻制装配协调定位孔，第一结构[2]包括钻套、圆柱形堵块和钻模，定位孔的位置与产品后续使用的装配夹具和切割工装上的定位孔位置一致，定位孔直径大于等于6mm；选用内径为定位孔直径的钻套，钻套放入内部带有圆柱形凹槽的圆柱形堵块中，堵块材料为因瓦钢，堵块外直径比钻套大至少20mm，堵块内部圆柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚；模体[1]上留有与圆柱形堵块外径尺寸相同的通孔，堵块被嵌入到模体[1]中，堵块上表面与模体[1]平齐，堵块下表面比模体[1]长出至少10mm，通过周圈焊接的方式将堵块焊接在模体[1]上，焊接后保证整体结构的气密性；按照定位孔的位置和直径制作钻模，钻模通过螺钉、销钉连接到模体[1]上；
第二结构[3]用于制定位孔，第二结构[3]由衬套、聚四氟乙烯销钉和圆柱形堵块构成，定位孔的作用是防止曲率复杂的复合材料产品在加热成型过程中，材料剧烈收缩导致产品位置变化发生，定位孔数量2个，分布在产品曲率变化较大方向的对角上；选用内径为定位孔直径的衬套，衬套放入内部带有圆柱形凹槽的圆柱形堵块中，堵块材料为因瓦钢，堵块外直径比衬套大至少20mm，堵块内部圆柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚；模体[1]上留有与圆柱形堵块外径尺寸相同的通孔，堵块被嵌入到模体[1]中，堵块上表面与模体[1]平齐，堵块下表面比模体[1]长出至少10mm，然后通过周圈焊接的方式将堵块焊接在模体[1]上，焊接后要保证整体结构的气密性；聚四氟乙烯销钉直径与定位孔直径相同，长度大于圆柱形凹槽深度，使用时将聚四氟乙烯销钉插入到钻套中；
复合材料铺层后进热压罐固化前，先抽真空袋，防滑带[4]的作用是抑制抽真空过程中，蜂窝随真空袋收缩而发生移动；防滑带[4]为带凸点的铝片，裁剪成宽x厚为10mmx1mm铝条，按产品边界放大100mm的外形粘贴在模体[1]的上表面；
框架[5]是框架，框架位于模体[1]下方，与模体[1]通过局部焊接方式焊接在模体下表面；框架按纵向间距350mm，横向间距430mm焊接成网格状结构；每张型板都要进行开洞设计，开洞原则是保证工装进入热压罐后，热气流能够顺利流通，使工装升温均匀，开洞时最窄处要大于70mm；轮子[6]包括耐高温的活动轮和固定轮，轮子[6]通过4个螺钉连接到框架的下方。
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