CN107297910B - 利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法。该制备方法的特征在于，借助激光铺层定位系统，制备附带定位线与机加工艺赋型线的复合材料工艺盖板，利用工艺盖板在复合材料蒙皮结构非贴模面制作机加工艺线。该工艺方法设计合理，简单易行，对于普通钢模具所成型的复合材料蒙皮结构，尤其是附带众多装配孔以及减重孔等机加结构的大尺寸复合材料蒙皮结构，具有一定的工程应用价值。

Description

利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法

技术领域

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种利用工艺盖板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以及减重孔等机加结构的大尺寸复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法。

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机加出外围轮廓、装配孔以及减重孔，机加工艺线通常包括外围轮廓线，装配孔边界线以及减重孔边界线。

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，开发一种利用工艺盖板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以及减重孔等机加结构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，制作机加工艺线激光定位投影数据文件，依据复合材料蒙皮结构数模，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附带激光定位靶标孔，利用复合材料蒙皮结构数模、复合材料蒙皮结构成型模具数模以及复合材料蒙皮结构数模的外围轮廓交付状态要求，借助激光铺层定位数据制作软件，制作机加工艺线激光定位投影数据文件，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两部分；

其次，制作附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板，利用复合材料蒙皮结构的成型模具制备复合材料蒙皮结构假件，复合材料蒙皮结构假件非贴模面与复合材料蒙皮结构内型面完全一致，复合材料蒙皮结构假件固化完成后不进行脱模工序，在复合材料蒙皮结构的成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统，利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料蒙皮结构假件非贴模面生成机加工艺线投影图形，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复合材料蒙皮结构假件非贴模面加工制作出赋型线，以附带赋型线的复合材料蒙皮结构假件非贴模面作为复合材料工艺盖板赋型面，制作复合材料工艺盖板，复合材料工艺盖板固化完成后不进行脱模工序，再次在复合材料蒙皮结构的成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统，再次利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料工艺盖板非贴模面生成机加工艺线投影图形，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复合材料工艺盖板非贴模面加工制作出定位线，将复合材料工艺盖板与复合材料蒙皮结构假件脱模，得到附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板；

最后，复合材料蒙皮结构机加工艺线制备，利用复合材料蒙皮结构的成型模具制备复合材料蒙皮结构预浸料坯体，并在复合材料蒙皮结构的成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统，利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料蒙皮结构预浸料坯体非贴模面生成机加工艺线投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽，按照机加工艺线投影图形安装附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板，附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板的定位线与机加工艺线投影图形相重合，并经工艺组合、固化等工序后，得到制备于复合材料蒙皮结构非贴模面的机加工艺线。

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。

所述的调整机加工艺线投影图形的线宽a，0.2mm≤a≤0.6mm，按机加工艺线投影图形在复合材料蒙皮结构假件非贴模面加工制作出赋型线，赋型线的深度b和宽度c，其中，0.1mm≤b≤0.3mm,0.2mm≤c≤0.6mm，以及复合材料工艺盖板定位线的宽度d，0.2mm≤d≤0.6mm。

本发明的优点与有益之处是，本方法中机加工艺线赋型线加工制备于复合材料工艺盖板赋型面，而非普通钢模具的赋型面，复合材料热膨胀系数低，机加工艺线位置精度获得了保证；为保证机加工艺线位置精度，复合材料工艺盖板非赋型面还同时制备了定位线，且复合材料工艺盖板的定位线与机加工艺线赋型线制备，均是借助激光铺层定位投影系统，且是在复合材料蒙皮结构假件以及复合材料工艺盖板连续不脱模的状态下进行，保证了激光定位靶标-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性，确保了复合材料工艺盖板的定位线与机加工艺线赋型线制备位置的精确性，以及后续复合材料工艺盖板安装时定位的准确性。同时，为保证上述机加位置的高精度，本方法还优化给出了机加工艺线投影图形、复合材料工艺盖板的定位线宽度以及机加工艺线赋型线的宽度和深度数据，进一步保证了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制备方法流程图。

具体实施方式

首先，依据复合材料蒙皮结构数模，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数模、复合材料蒙皮结构成型模具数模以及复合材料蒙皮结构数模的外围轮廓交付状态要求，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与减重孔边界线，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扩展，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BB.CAL与机加工艺线数据文件JJGYX.PLY；

其次，利用复合材料蒙皮结构的成型模具制备复合材料蒙皮结构假件3，复合材料蒙皮结构假件非贴模面4与复合材料蒙皮结构内型面完全一致，复合材料蒙皮结构假件3固化完成后不进行脱模工序，在激光定位靶标孔2位置安装激光定位靶标5，借助激光铺层定位投影系统，利用前述的机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料蒙皮结构假件非贴模面4生成机加工艺线投影图形6，调整机加工艺线投影图形6的宽度a满足0.2mm≤a≤0.6mm，按该机加工艺线投影图形6在复合材料蒙皮结构假件非贴模面4加工制作出赋型线7，赋型线7的深度b满足0.1mm≤b≤0.3mm，且赋型线7线宽c满足0.2mm≤c≤0.6mm，以附带赋型线7的复合材料蒙皮结构假件非贴模面4作为复合材料工艺盖板赋型面，制作复合材料工艺盖板8，复合材料工艺盖板8固化完成后不进行脱模工序，再次在激光定位靶标孔2位置安装激光定位靶标5，借助激光铺层定位投影系统，利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料工艺盖板非贴模面9生成机加工艺线投影图形6，调整机加工艺线投影图形的线宽a满足0.2mm≤a≤0.6mm，按该机加工艺线投影图形6在复合材料工艺盖板非贴模面9加工制作出定位线10，定位线10的宽度d满足0.2mm≤d≤0.6mm，将复合材料工艺盖板与复合材料蒙皮结构假件脱模，得到附带定位线10与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板8；

最后，利用复合材料蒙皮结构的成型模具制备复合材料蒙皮结构预浸料坯体11，并在复合材料蒙皮结构的成型模具激光定位靶标孔2位置安装激光定位靶标5，借助激光定位铺层投影系统，利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料蒙皮结构预浸料坯体11非贴模面生成机加工艺线投影图形6，调整机加工艺线投影图形的线宽a满足0.2mm≤a≤0.6mm，按照机加工艺线投影图形6安装附带定位线10与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板8，附带定位线10与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板8的定位线10与机加工艺线投影图形6相重合，并经工艺组合、固化，得到制备于复合材料蒙皮结构12非贴模面的机加工艺线13。

具体实施例：CCF300/5228A蒙皮结构，长度为11m，具有2个Φ100mm装配孔边界线，6个280mm×200mm减重孔边界线，另外围轮廓交付状态要求1mm余量。

首先，依据CCF300/5228A蒙皮结构数模，采用Q235普通钢材料设计并制造CCF300/5228A蒙皮结构的成型模具，CCF300/5228A蒙皮结构的成型模具赋型面附带27个激光定位靶标孔，利用CCF300/5228A蒙皮结构数模以及CCF300/5228A蒙皮结构成型模具数模，提取CCF300/5228A蒙皮结构数模中第1个完整铺层PLY1的2个Φ100mm装配孔边界线和6个280mm×200mm减重孔边界线，提取CCF300/5228A蒙皮结构数模中铺层PLY1的净外围轮廓线，并将该净外围轮廓线按CCF300/5228A蒙皮结构外围轮廓交付状态要求的1mm余量作出外延扩展，获得满足外围轮廓交付状态要求的1mm余量的外围轮廓线，利用CCF300/5228A蒙皮结构成型模具数模中27个激光定位靶标孔的位置数据获取27个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1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重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BB.CAL与机加工艺线数据文件JJGYX.PLY；

其次，利用CCF300/5228A蒙皮结构成型模具制备CCF300/5228A蒙皮结构假件，CCF300/5228A蒙皮结构假件非贴模面与CCF300/5228A蒙皮结构内型面完全一致，CCF300/5228A蒙皮结构假件固化完成后不进行脱模工序，在27个激光定位靶标孔位置均安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统VIRTEK，利用机加工艺线激光定位投影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CCF300/5228A蒙皮结构假件非贴模面生成包括外围轮廓交付状态要求1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重孔边界线的机加工艺线投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽为0.5mm，按机加工艺线包括外围轮廓交付状态要求1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重孔边界线的投影图形在CCF300/5228A蒙皮结构假件非贴模面加工制作出赋型线，赋型线线的深度为0.2mm，且赋型线7线宽为0.3mm，以附带赋型线的CCF300/5228A蒙皮结构假件非贴模面作为SW280/5222工艺盖板赋型面，制作SW280/5222工艺盖板，SW280/5222工艺盖板固化完成后不进行脱模工序，再次在27个激光定位靶标孔位置全部激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统VIRTEK，利用机加工艺线激光定位投影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SW280/5222工艺盖板非贴模面生成包括外围轮廓交付状态要求1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重孔边界线的机加工艺线投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽至0.5mm，按包括外围轮廓交付状态要求1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重孔边界线的机加工艺线投影图形在SW280/5222工艺盖板非贴模面加工制作出定位线，定位线的宽度为0.3mm，将SW280/5222工艺盖板与CCF300/5228A蒙皮结构假件脱模，得到附带定位线与机加工艺线赋型线的SW280/5222工艺盖板；

最后，利用CCF300/5228A蒙皮结构的成型模具制备CCF300/5228A蒙皮结构预浸料坯体，并在CCF300/5228A蒙皮结构的成型模具的27个激光定位靶标孔位置安装全部激光定位靶标，借助激光定位铺层投影系统VIRTEK，利用机加工艺线激光定位投影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CCF300/5228A蒙皮结构预浸料坯体非贴模面生成包括外围轮廓交付状态要求1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重孔边界线的机加工艺线投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽至0.5mm，按照机加工艺线投影图形安装附带定位线与机加工艺线赋型线的SW280/5222工艺盖板，附带定位线与机加工艺线赋型线的SW280/5222工艺盖板的定位线与机加工艺线投影图形相重合，并经工艺组合、固化，得到制备于CCF300/5228A蒙皮结构非贴模面的机加工艺线，包括外围轮廓交付状态要求1mm余量的外围轮廓线、2个Φ100mm装配孔边界线以及6个280mm×200mm减重孔边界线。

Claims (4)

1.一种利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法，其特征在于，具体制备方法如下：

首先，制作机加工艺线激光定位投影数据文件，依据复合材料蒙皮结构数模，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附带激光定位靶标孔，利用复合材料蒙皮结构数模、复合材料蒙皮结构成型模具数模以及复合材料蒙皮结构数模的外围轮廓交付状态要求，借助激光铺层定位数据制作软件，制作机加工艺线激光定位投影数据文件，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两部分；

其次，制作附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板，利用复合材料蒙皮结构的成型模具制备复合材料蒙皮结构假件，复合材料蒙皮结构假件非贴模面与复合材料蒙皮结构内型面完全一致，复合材料蒙皮结构假件固化完成后不进行脱模工序，在复合材料蒙皮结构的成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统，利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料蒙皮结构假件非贴模面生成机加工艺线投影图形，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复合材料蒙皮结构假件非贴模面加工制作出赋型线，以附带赋型线的复合材料蒙皮结构假件非贴模面作为复合材料工艺盖板赋型面，制作复合材料工艺盖板，复合材料工艺盖板固化完成后不进行脱模工序，再次在复合材料蒙皮结构的成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统，再次利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料工艺盖板非贴模面生成机加工艺线投影图形，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复合材料工艺盖板非贴模面加工制作出定位线，将复合材料工艺盖板与复合材料蒙皮结构假件脱模，得到附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板；

最后，复合材料蒙皮结构机加工艺线制备，利用复合材料蒙皮结构的成型模具制备复合材料蒙皮结构预浸料坯体，并在复合材料蒙皮结构的成型模具的激光定位靶标孔位置安装激光定位靶标，借助激光铺层定位投影系统，利用机加工艺线激光定位投影数据文件，在复合材料蒙皮结构预浸料坯体非贴模面生成机加工艺线投影图形，调整机加工艺线投影图形的线宽，按照机加工艺线投影图形安装附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板，附带定位线与机加工艺线赋型线的复合材料工艺盖板的定位线与机加工艺线投影图形相重合，并经工艺组合、固化工序后，得到制备于复合材料蒙皮结构非贴模面的机加工艺线。

2.根据权利要求1所述的一种利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法，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.根据权利要求1所述的一种利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法，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.根据权利要求1所述的一种利用工艺盖板制备复合材料蒙皮结构机加工艺线的方法，其特征在于，所述的调整机加工艺线投影图形的线宽a，0.2mm≤a≤0.6mm，按机加工艺线投影图形在复合材料蒙皮结构假件非贴模面加工制作出赋型线，赋型线的深度b和宽度c，其中，0.1mm≤b≤0.3mm,0.2mm≤c≤0.6mm，以及复合材料工艺盖板定位线的宽度d，0.2mm≤d≤0.6mm。