CN106363934B - 一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于树脂基复合材料整体成型技术，涉及一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法。本发明在组装过程中采用端部组装夹具对纵墙和纵墙两侧模具进行夹持定位，在纵墙两端部设计端部组装夹具，使纵墙限位模借助两端组装夹具分别在两端定位块上定位，纵墙限位模借助两端组装夹具分别在两端定位块上定位，放宽了纵墙限位模对厚度刚度的限制，更方便纵墙内侧成型模采用纵墙限位模与下凸缘成型模组合的方式实现纵墙腹板和凸缘均匀加压和固化后脱模。两端的组装夹具在组装完定位梁后可随意拆卸，更有利于模具的整体封装。

Description

一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法
技术领域
本发明属于树脂基复合材料整体成型技术，涉及一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法。
背景技术
带有墙肋结构的壁板因其具有较好的刚度而成为复合材料结构设计中广泛采用的结构形式。传统的成型方法多是将蒙皮、墙、肋等零件分别固化后然后胶接或机械连接的方法形成壁板结构。但因为这种结构整体性较差，紧固件成本和装配成本高，且紧固件的大量应用降低了结构的减重效率，不利于结构减重。随着复合材料用量的不断扩大，结构减重和降低成本的需求更显突出，因此设计部门将越来越多的飞机结构设计为整体结构，纵墙和蒙皮通过整体成型一次性完成结构件制造。带有纵墙的整体壁板在制造过程中需要保证各个子零件的位置及型面要求，尤其对于成型后对纵墙有装配要求的壁板，一般对纵墙提出较高的轴线位置精度要求。通常情况下纵墙模具采用刚性模，长度延长至纵墙轴线两端的定位块，通过纵墙模具靠在端部定位块上对纵墙模具定位，真空封装时需要将两端定位块封装在真空系统内，封装较复杂，而且如果是非常长的纵墙，因模具细长比大，对模具刚度要求高，难实现。
例如，带有4根纵墙的整体壁板结构，纵墙间隙为120mm，纵墙高度达150mm，纵墙长度达3500mm，模具结构设计中不能采用两端直接定位纵墙模具的方法对纵墙模具进行定位，固化成型时纵墙模具定位于上部凸缘横梁模具上，借助凸缘横梁进行定位。但由于结构不开敞，在纵墙与蒙皮组装过程中不能组装横梁，纵墙模具处于自由状态既不能保证纵墙在蒙皮上的位置也不能保证纵墙腹板型面的平整度。单独设计纵墙组装工装不仅增加较多工装成本，而且纵墙组装在蒙皮上之后纵墙组装工装要替换为纵墙模具，不仅增加了组装工作量，而且二次组装难以保证纵墙模具的纵横向位置，纵墙模具在组装过程中偏离将造成与横梁无法装配。
发明内容
本发明的目的是提出一种整体成型纵墙壁板结构的组装夹具，在纵墙与蒙皮组装过程中保证纵墙位置及型面平整度，解决因纵墙模具偏差造成的与横梁装配协调问题，同时降低纵墙限位模对厚度刚度的要求，方便模具的优化设计，降低工艺成本。
本发明的技术方案是：复合材料纵墙预成型体、纵墙限位模、纵墙软模在定位块上进行预组装定位，待定位横梁安装完成后，再进行零件封装，进罐固化，其特征是，依据纵墙的轴线位置，在纵墙壁板外形模上纵墙的轴线的两端放置定位块；组装夹具为“Ч”型壁板结构，壁厚为6mm～10mm,长度由定位块与纵墙之间的距离决定，宽度小于相对应的纵墙高度，材质为金属材料；组装夹具装夹在纵墙两端，组装夹具的第一内型面与定位块的侧型面相贴合，组装夹具通过销钉定位，并用螺钉连接在定位块上；组装夹具“ц”型槽的槽宽为纵墙限位模、纵墙预成型体及纵墙软模三者的厚度之和；组装夹具的第二内型面与纵墙限位模的外型面相贴合，纵墙限位模的内型面与纵墙预成型体的外侧型面相贴合，纵墙预成型体的内侧型面与纵墙软模的外型面相贴合，纵墙软模的内型面与组装夹具的第三内型面相贴合，纵墙限位模、纵墙预成型体及纵墙软模通过螺钉连接在组装夹具的“ц”型槽内作初步定位；待纵墙上方定位横梁组装完成后，将组装夹具拆下，再进行零件封装。
所述定位块结构外型为“工”字型、四棱柱型。
所述纵墙预成型体结构所选用纤维增强体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、植物纤维中的一种或上述纤维的混杂体。
本发明的优点：
(1)组装过程中采用端部组装夹具对纵墙和纵墙两侧模具进行夹持定位，方便纵墙模具、蒙皮内侧模具组装及辅助材料铺放。
(2)在纵墙两端部设计端部组装夹具，使纵墙限位模借助两端组装夹具分别在两端定位块上定位，避免纵墙模具偏差造成的与横梁装配协调问题，同时保证纵墙与壁板蒙皮组装过程中垂直度、纵墙轴线位置以及纵墙与壁板蒙皮型面之间的协调关系，防止纤维褶皱。
(3)纵墙限位模借助两端组装夹具分别在两端定位块上定位，放宽了纵墙限位模对厚度刚度的限制，更方便纵墙内侧成型模采用纵墙限位模与下凸缘成型模组合的方式实现纵墙腹板和凸缘均匀加压和固化后脱模。
(4)两端的组装夹具在组装完定位梁后可随意拆卸，更有利于模具的整体封装。
附图说明
图1典型纵墙复合材料壁板结构及其配合型面示意图；
图2典型纵墙复合材料壁板结构预组装整体示意图；
图3典型规则“Ч”型的组装夹具及其配合型面示意图；
图4典型不规则“Ч”型的组装夹具及其配合型面示意图；
图5典型定位块、定位块配合型面及其与定位横梁组装示意图；
图6典型纵墙限位模及其配合型面示意图；
图7典型纵墙软模及其配合型面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。以图1所示典型结构为例，依据四根纵墙1轴线位置，采用销钉定位，螺钉连接或焊接的方式在纵墙壁板外形模2两端定位8块定位块3，为增大定位块3之间的间隙，方便其他操作，定位块3结构外型设计为“工”型，如图2所示。根据定位块3与纵墙1之间的距离及纵墙1的高度设计图2所示的两种组装夹具4，组装夹具4为“Ч”型壁板结构，壁厚为6mm～10mm,其中规则“Ч”型的组装夹具4a用于纵墙1的高度较高的一侧，如图3所示，不规则“Ч”型的组装夹具4b用于纵墙1的高度较低的一侧，如图4所示，以方便组装。组装夹具4的第一内型面9与定位块3的侧型面8相贴合，如图5所示，组装夹具4通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块3上；组装夹具4“ц”型槽的槽宽为纵墙限位模5，纵墙1预成型体及纵墙软模6三者的厚度之和；组装夹具4的第二内型面10与纵墙限位模5的外型面12相贴合，纵墙限位模5的内型面13与纵墙1预成型体的外侧型面14相贴合，如图6所示；纵墙1预成型体的内侧型面15与纵墙软模6的外型面16相贴合，纵墙软模6的内型面17与组装夹具4的第三内型面11相贴合，如图7所示；纵墙限位模5，纵墙1预成型体及纵墙软模6通过螺钉连接的方式在组装夹具4的“ц”型槽内初步定位。
在纵墙1间隙内铺放完蒙皮模具或其他辅助材料后，安装定位横梁7，定位横梁7通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块3上。纵墙1上方定位横梁7组装完成后，拆掉相应的组装夹具4，如图5所示；重复上述操作，直到四根定位横梁7全部组装完毕，用真空袋封装，按所选树脂体系的固化工艺固化，脱模。
实施例1
“工”型纵墙壁板外形尺寸为3000mm×2500×200mm(长×宽×高)，蒙皮上纵向带有3根截面为“工”型的纵墙，通过RFI技术整体成型。纵墙内型面在部分区域要与U型金属件装配，故要求纵墙轴线位置偏差及型面精度必须控制在一定偏差范围以内，以达到装配要求，在此我们采用本发明模具组装方案。
依据3根“工”型纵墙轴线位置，采用销钉定位，螺钉连接的方式在纵墙壁板外形模两端定位6块定位块，为增大定位块之间的间隙，方便其他操作，定位块结构外型设计为“工”型。根据定位块与“工”型纵墙之间的距离及“工”型纵墙的高度设计组装夹具，组装夹具为“Ч”型壁板结构，壁厚为6mm,宽度为“工”型纵墙高度的1/3，组装夹具的第一内型面9与定位块的侧型面8相贴合，组装夹具通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块上；组装夹具“ц”型槽的槽宽为“工”型纵墙限位模，“工”型纵墙预成型体及“工”型纵墙软模三者的厚度之和；组装夹具的第二内型面10与“工”型纵墙限位模的外型面12相贴合，“工”型纵墙限位模的内型面13与“工”型纵墙预成型体的外侧型面14相贴合，“工”型纵墙预成型体的内侧型面15与“工”型纵墙软模的外型面16相贴合，“工”型纵墙软模的内型面17与组装夹具的第三内型面11相贴合，“工”型纵墙限位模，“工”型纵墙预成型体及“工”型纵墙软模通过螺钉连接的方式在组装夹具的“ц”型槽内初步定位。
在“工”型纵墙间隙内铺放完蒙皮模具及其他辅助材料后，从中间纵墙开始，安装定位横梁7，定位横梁7通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块上。中间纵墙上方定位横梁7组装完成后，拆掉相应的组装夹具，重复上述操作，直到3根定位横梁7全部组装完毕，用真空袋封装，按所选树脂体系的固化工艺固化，脱模。
经验证，采用本发明的组装夹具进行组装，降低了纵墙限位模具制造成本，降低了封装漏气风险，节省了大量的封装时间，提高了固化后纵墙轴线位置精度，纵墙纤维无褶皱现象，表面质量符合要求。
实施例2
“J”型纵墙壁板外形尺寸为2500mm×2000×160mm(长×宽×高)，蒙皮上纵向带有4根截面为“J”型的变高度纵墙，通过RFI技术整体成型。变高度纵墙要与另侧变厚度的蒙皮进行装配，因此“J”型的变高度纵墙得轴线位置及型面精度必须精确控制，以保证与变厚度蒙皮的装配协调性一致性，我们还采用本发明模具组装方案。
依据4根“J”型纵墙轴线位置，采用销钉定位，螺钉连接的方式在纵墙壁板外形模两端定位8块定位块，为增大定位块之间的间隙，方便其他操作，定位块结构外型设计为“工”型。如所示，根据定位块与“J”型纵墙之间的距离及“J”型纵墙的高度设计组装夹具，组装夹具为“Ч”型壁板结构，壁厚为8mm,宽度为“J”型纵墙高度的1/3，组装夹具的第一内型面9与定位块的侧型面8相贴合，组装夹具通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块上；组装夹具“ц”型槽的槽宽为“J”型纵墙限位模，“J”型纵墙预成型体及“J”型纵墙软模三者的厚度之和；组装夹具的第二内型面10与“J”型纵墙限位模的外型面12相贴合，“J”型纵墙限位模的内型面13与“J”型纵墙预成型体的外侧型面14相贴合，“J”型纵墙预成型体的内侧型面15与“J”型纵墙软模的外型面16相贴合，“J”型纵墙软模的内型面17与组装夹具的第三内型面11相贴合，“J”型纵墙限位模，“J”型纵墙预成型体及“J”型纵墙软模通过螺钉连接的方式在组装夹具的“ц”型槽内初步定位。
在“J”型纵墙间隙内铺放完蒙皮模具及其他辅助材料后，从中间纵墙开始，安装定位横梁7，定位横梁7通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块上。中间纵墙上方定位横梁7组装完成后，拆掉相应的组装夹具，重复上述操作，直到4根定位横梁7全部组装完毕，用真空袋封装，按所选树脂体系的固化工艺固化，脱模。
经验证，采用本发明的组装夹具进行组装，降低了“J”型纵墙限位模具制造要求，节省了封装时间及模具成本，降低了封装漏气风险，固化后的“J”型纵墙纤维无褶皱，变高度“J”型纵墙位置符合与变厚度蒙皮的装配要求。
实施例3
“C”型纵墙壁板外形尺寸为1500mm×1000×100mm(长×宽×高)，蒙皮上纵向带有3根截面为“C”型的纵墙，纵墙下凸缘与蒙皮采用缝合方式进行层间增强，通过RFI技术整体成型。“C”型的纵墙墙间要装配横向的金属梁，因此对“C”型纵墙的轴线位置要求很高。为保证“C”型纵墙成型质量及装配要求，在此我们仍采用本发明模具方案。
依据3根“C”型纵墙轴线位置，采用焊接的方式在纵墙壁板外形模两端定位6块定位块，定位块结构外型设计为“工”型。如所示，根据定位块与“C”型纵墙之间的距离及“C”型纵墙的高度设计组装夹具，组装夹具为“Ч”型壁板结构，壁厚为6mm,宽度为“C”型纵墙高度的1/3，组装夹具的第一内型面9与定位块的侧型面8相贴合，组装夹具通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块上；组装夹具“ц”型槽的槽宽为“C”型纵墙限位模，“C”型纵墙预成型体及“C”型纵墙软模三者的厚度之和；组装夹具的第二内型面10与“C”型纵墙限位模的外型面12相贴合，“C”型纵墙限位模的内型面13与“C”型纵墙预成型体的外侧型面14相贴合，“C”型纵墙预成型体的内侧型面15与“C”型纵墙软模的外型面16相贴合，“C”型纵墙软模的内型面17与组装夹具的第三内型面11相贴合，“C”型纵墙限位模，“C”型纵墙预成型体及“C”型纵墙软模通过螺钉连接的方式在组装夹具的“ц”型槽内初步定位。
在“C”型纵墙间隙内铺放完蒙皮模具及其他辅助材料后，从中间纵墙开始，安装定位横梁7，定位横梁7通过销钉定位，螺钉连接的方式定位在定位块上。中间纵墙上方定位横梁7组装完成后，拆掉相应的组装夹具，重复上述操作，直到3根定位横梁7全部组装完毕，用真空袋封装，按所选树脂体系的固化工艺固化，脱模。
经验证，采用本发明的组装夹具进行组装，降低了“C”型纵墙限位模具制造要求，节省了封装时间及模具成本，降低了封装漏气风险，固化后的“C”型纵墙纤维无褶皱，“C”型纵墙位置精度符合与金属梁的装配要求。

Claims (3)

1.一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法，复合材料纵墙(1)预成型体、纵墙限位模(5)、纵墙软模(6)在定位块(3)上进行预组装定位，待定位横梁(7)安装完成后，再进行零件封装，进罐固化，其特征是，依据纵墙(1)的轴线位置，在纵墙壁板外形模(2)上纵墙(1)的轴线的两端放置定位块(3)；组装夹具(4)为“Ч”型壁板结构，壁厚为6mm～10mm,长度由定位块(3)与纵墙(1)之间的距离决定，宽度小于相对应的纵墙(1)高度，材质为金属材料；组装夹具(4)装夹在纵墙(1)两端，组装夹具(4)的第一内型面(9)与定位块(3)的侧型面(8)相贴合，组装夹具(4)通过销钉定位，并用螺钉连接在定位块(3)上；组装夹具(4)“ц”型槽的槽宽为纵墙限位模(5)、纵墙(1)预成型体及纵墙软模(6)三者的厚度之和；组装夹具(4)的第二内型面(10)与纵墙限位模(5)的外型面(12)相贴合，纵墙限位模(5)的内型面(13)与纵墙(1)预成型体的外侧型面(14)相贴合，纵墙(1)预成型体的内侧型面(15)与纵墙软模(6)的外型面(16)相贴合，纵墙软模(6)的内型面(17)与组装夹具(4)的第三内型面(11)相贴合，纵墙限位模(5)、纵墙(1)预成型体及纵墙软模(6)通过螺钉连接在组装夹具(4)的“ц”型槽内作初步定位；待纵墙(1)上方定位横梁(7)组装完成后，将组装夹具(4)拆下，再进行零件封装。
2.根据权利要求1所述的一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法，其特征是，所述定位块(3)结构外型为“工”字型、四棱柱型。
3.根据权利要求1所述的一种成型纵墙复合材料整体壁板结构的预组装方法，其特征是，所述纵墙(1)预成型体结构所选用纤维增强体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、植物纤维中的一种或上述纤维的混杂体。
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