CN107160717A - 一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，其特征在于复合材料蒙皮结构在固化完成后不进行脱模工序，而是直接借助激光铺层定位投影系统，利用激光铺层定位投影系统在固化复合材料蒙皮结构的非贴模面生成机加工艺线投影图形，依据机加工艺线投影图形加工制作复合材料蒙皮结构的机加工艺线。该发明方法设计合理，简便易行，所制备机加工艺线的位置精度高，对于普通钢模具所制备的复合材料蒙皮结构，尤其是采用普通钢模具所制备的附带众多装配孔或者减重孔的大尺寸复合材料蒙皮结构，具有一定的工程应用价值。

Description

一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，尤其是采用普通钢模具所制备的附带装配孔或者减重孔的大尺寸复合材料蒙皮结构。
背景技术
为满足结构的设计与装配需求，复合材料蒙皮结构包括蒙皮结构、加筋壁板的蒙皮结构或者梁结构，在交付前需要依据机加工艺线进行机加，机加工艺线通常包括外围轮廓线，装配孔边界线或者减重孔边界线。
作为机加依据的机加工艺线，其传统制备方法是先制备复合材料蒙皮结构成型模具，成型模具赋型面预先制作有机加工艺线赋型线，当复合材料蒙皮结构固化成型时，机加工艺线便以固化树脂线的形式成型于复合材料蒙皮结构的贴模面。然而，当前模具材料以Q235普通钢为主流，采用普通钢模具所制备的机加工艺线位置精度较差，其原因是普通钢材料的热膨胀系数远大于复合材料的热膨胀系数，从而造成机加工艺线与理论机加工艺线的位置存在着偏差，工程实践经验表明这种位置偏差约在2‰范围。大型复合材料蒙皮结构制件目前已获得广泛应用，机加工艺线2‰的位置偏差对于动辄十余米的大尺寸复合材料蒙皮结构产生的影响显然已不可忽视，尤其是在复合材料蒙皮结构附带众多装配孔或者减重孔条件下。为此，开发一种采用普通钢模具制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法，尤其是附带众多装配孔或者减重孔的大尺寸复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法就成为当务之急。
发明内容
本发明目的：针对普通钢模具所制备的复合材料蒙皮结构的外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线等机加工艺线位置精度较差的问题，开发一种采用普通钢模具制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法，尤其是附带众多装配孔或者减重孔的大尺寸复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法。
本发明的技术方案是，具体制备方法如下：
首先，制备复合材料蒙皮结构，依据复合材料蒙皮结构的数模，设计并制造复合材料蒙皮结构的成型模具，复合材料蒙皮结构的成型模具的赋型面附带激光定位靶标孔，利用复合材料蒙皮结构的成型模具固化制备复合材料蒙皮结构，复合材料蒙皮结构在固化完成后不进行脱模工序；
其次，制备机加工艺线激光定位数据文件，借助激光铺层定位数据制作软件，利用复合材料蒙皮结构数模中机加结构的位置数据、复合材料蒙皮结构数模的外围轮廓交付状态要求及复合材料蒙皮结构成型模具数模中激光定位靶标孔的位置数据，制备机加工艺线激光定位数据文件，机加工艺线激光定位数据文件包括激光定位靶标坐标数据文件与机加工艺线数据文件；
最后，在附带固化复合材料蒙皮结构的复合材料蒙皮结构成型模具的赋型面的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位系统，导入机加工艺线激光定位数据文件包括激光定位靶标坐标数据文件与机加工艺线数据文件，在固化复合材料蒙皮结构的非贴模面生成机加工艺线的投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽，按机加工艺线投影图形在固化复合材料蒙皮结构的非贴模面加工制作出机加工艺线。
所述的复合材料蒙皮结构是指至少附带装配孔或减重孔中一种机加结构的蒙皮结构、加筋壁板的蒙皮结构或者梁结构。
所述的机加工艺线是指外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线中的一种或几种。
所述的在附带固化复合材料蒙皮结构的复合材料蒙皮结构成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标的数量M≥4，且激光定位靶标中心间距H≤1m。
所述的调整机加工艺线投影图形的线宽，线宽M满足0.2mm≤M≤0.6mm。
本发明的优点与有益之处是，本方法中机加工艺线包括外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线等不是借助模具机加工艺线赋型线制备，因此不会受到普通钢材料的高热膨胀系数影响；制备机加工艺线时，复合材料蒙皮结构处于固化未脱模状态，其与成型模具几乎可视为无间隙的一体化结构，激光定位靶标-成型模具-复合材料蒙皮结构三者相对空间位置与机加工艺线激光定位数据文件中三者相对空间位置的高度一致，辅之以高精度的激光铺层定位投影系统，决定了机加工艺线投影在复合材料蒙皮结构非贴模面位置的精确性。同时，为最大限度地利用机加工艺线投影的高位置精度，本方法还优化给出了激光定位靶标数量、间距以及机加工艺线投影图形的线宽范围，进一步保证了最终所制备的机加工艺线位置的高精度。
附图说明
图1是本发明复合材料蒙皮结构机加工艺线投影图形的生成示意图。
具体实施方式
首先，制备复合材料蒙皮结构，依据复合材料蒙皮结构的数模，设计并制造复合材料蒙皮结构的成型模具，复合材料蒙皮结构的成型模具赋型面1附带激光定位靶标孔2，利用复合材料蒙皮结构的成型模具固化制备复合材料蒙皮结构，复合材料蒙皮结构在固化完成后不进行脱模工序；
其次，制备机加工艺线激光定位数据文件，借助激光铺层定位数据制作软件，提取复合材料蒙皮结构数模中任意一完整铺层的装配孔边界线、减重孔边界线，并将该完整铺层的净外围轮廓线按复合材料蒙皮结构外围轮廓交付状态要求的余量作出外延，获得满足外围轮廓交付状态要求的外围轮廓线，利用复合材料蒙皮结构成型模具数模中激光定位靶标孔2的位置数据获取激光定位靶标坐标数据，并最终制备得到包括外围轮廓交付状态要求的外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线等位置数据在内的机加工艺线激光定位数据文件，激光定位数据文件包括激光定位靶标坐标文件与机加工艺线数据文件；
最后，在附带固化复合材料蒙皮结构的复合材料蒙皮结构成型模具赋型面1的激光定位靶标孔2位置安装激光定位靶标3，激光定位靶标3的数量M满足M≥4，且激光定位靶标3中心间距H≤1m，借助激光铺层定位系统，导入机加工艺线激光定位数据文件，在固化复合材料蒙皮结构非贴模面4生成包括外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线在内的机加工艺线投影图形5，调整机加工艺线投影图形5线宽M，M满足0.2mm≤M≤0.6mm，按包括外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线在内的加工艺线投影图形5在固化复合材料蒙皮结构非贴模面4加工制作出包括外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线在内的机加工艺线6。
具体实施例
ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构制备，蒙皮长度12m，蒙皮带有4个Φ150mm装配孔边界线，5个300mm×240mm减重孔边界线，另外外围轮廓交付状态要求2mm余量。
首先，制备ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构，依据ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构的数模，采用Q235普通钢材料设计并制造ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构的成型模具，ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构的成型模具赋型面附带36个激光定位靶标孔，相邻激光定位靶标孔中心间距均为0.8m，利用ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构的成型模具固化制备ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构，ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构固化制备完成后不进行脱模工序；
其次，制备机加工艺线激光定位数据文件，利用激光铺层定位数据制作软件CAITA，提取ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构数模中第一个完整铺层PLY1中的4个Φ150mm装配孔边界线、5个300mm×240mm减重孔边界线位置数据，将PLY1的净外围轮廓线进行外延扩展2mm后获得外围轮廓交付状态要求的外围轮廓线，提取该外围轮廓线，利用ZT7H/5429加筋壁板结构成型模具数模中36个激光定位靶标孔的位置数据获取激光定位靶标位置数据，在上述基础上利用CAITA软件FIBERSIM插件，制备包括带有2mm余量的外围轮廓线、4个Φ150mm装配孔边界线和5个300mm×240mm减重孔边界线位置数据在内的机加工艺线激光定位数据文件，包括激光定位靶标文件BB.CAL与机加工艺线数据文件JJGYX.PLY；
最后，在附带固化ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构的成型模具赋型面的36个激光定位靶标孔位置全部安装激光定位靶标，此时相邻激光定位靶标中心间距0.8m，借助VIRTEK激光铺层定位系统，导入机加工艺线激光定位数据文件，包括激光定位靶标坐标文件BB.CAL与机加工艺线数据文件JJGYX.PLY，在固化ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构非贴模面生成包括外围轮廓交付状态要求的带有2mm余量的外围轮廓线、4个Φ150mm装配孔边界线和5个300mm×240mm减重孔边界线在内的机加工艺线投影图形，调整机加工艺线投影图形线宽至0.5mm，并将机加工艺线包括外围轮廓交付状态要求的带有2mm余量的外围轮廓线、4个Φ150mm装配孔边界线和5个300mm×240mm减重孔边界线加工制作于固化ZT7H/5429加筋壁板蒙皮结构的非贴模面。

Claims (5)

1.一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，其特征在于，制备方法如下：
首先，制备复合材料蒙皮结构，依据复合材料蒙皮结构的数模，设计并制造复合材料蒙皮结构的成型模具，复合材料蒙皮结构的成型模具的赋型面附带激光定位靶标孔，利用复合材料蒙皮结构的成型模具固化制备复合材料蒙皮结构，复合材料蒙皮结构在固化完成后不进行脱模工序；
其次，制备机加工艺线激光定位数据文件，借助激光铺层定位数据制作软件，利用复合材料蒙皮结构数模中机加结构的位置数据、复合材料蒙皮结构数模的外围轮廓交付状态要求及复合材料蒙皮结构成型模具数模中激光定位靶标孔的位置数据，制备机加工艺线激光定位数据文件，机加工艺线激光定位数据文件包括激光定位靶标坐标数据文件与机加工艺线数据文件；
最后，制作出复合材料蒙皮结构机加工艺线，在附带固化复合材料蒙皮结构的复合材料蒙皮结构成型模具的赋型面的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位系统，导入机加工艺线激光定位数据文件包括激光定位靶标坐标数据文件与机加工艺线数据文件，在固化复合材料蒙皮结构的非贴模面生成机加工艺线的投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽，按机加工艺线投影图形在固化复合材料蒙皮结构的非贴模面加工制作出机加工艺线。
2.如权利要求1所述的一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，其特征在于，复合材料蒙皮结构是指至少附带装配孔或减重孔中一种机加结构的蒙皮结构、加筋壁板的蒙皮结构或者梁结构。
3.如权利要求1所述的一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，其特征在于，机加工艺线是指外围轮廓线、减重孔边界线或装配孔边界线中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，其特征在于，在附带固化复合材料蒙皮结构的复合材料蒙皮结构成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标的数量M≥4，且激光定位靶标中心间距H≤1m。
5.如权利要求1所述的一种复合材料蒙皮结构机加工艺线的制备方法，其特征在于，调整机加工艺线投影图形的线宽，线宽M满足0.2mm≤M≤0.6mm。
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