CN109340230B - 一种粘接试样加压固化夹具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘接试样加压固化夹具，它包括固定夹具和活动夹具，固定夹具包括支撑板和导向板，导向板的一端与支撑板固接，导向板上设有自非固定端向固定端开设的多阶调压槽；活动夹具包括压板、推板、弹性构件和调压构件，弹性构件的一端与压板相连、另一端与推板相连，调压构件设置于推板上能够插入各阶调压槽中；固定夹具和活动夹具左右放置，通过水平方向的相对运动提供固化压力，免除了夹具自重的影响，减小了固化压力误差；调压构件插入相应阶的调压槽内实现固化压力的保持，即通过调压构件和调压槽的配合实现固化压力的分级调定。确保固化过程中所施加的固化压力精准可控，提高了粘接效果。
Description
技术领域
本发明属于试样粘接领域，特别是涉及一种粘接试样加压固化夹具及方法。
背景技术
轻量化设计是现代航空工业和汽车工业发展不断追求的目标。除了广泛采用如铝、镁等轻量化材料以降低汽车车身或飞行器机身重量以外，以胶接代替传统的焊接与铆接，实现不同零件之间的可靠性连接也是有效实现车(机)身减重的重要手段。
粘接是借助胶粘剂在固体表面上所产生的粘合力，将同种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。粘接由于不需要预制连接孔、无孔边应力集中，因而能有效防止不同金属之间的电化学腐蚀。粘接件具有很高的强度/重量比与刚度/重量比，而且易于修复，不仅能有效减轻结构重量(较铆接结构减轻10％～30％)，而且能有效提高连接结构的疲劳寿命(铝合金薄板胶接件的疲劳寿命比点焊结构高约20倍，比铆接结构高15倍。
铝合金粘接的一般工艺流程如下(ASTM D3393)：
其中，表面除油、碱液浸泡、自来水漂洗、酸液浸泡是为了除尘、脱油、脱脂、彻底去除铝表面的自然氧化膜；砂纸打磨是为了形成粘接工艺所需要的界面形貌；阳极化处理是为了在金属表面形成一层多孔性蜂窝状氧化膜结构，提高粘接表面的吸附能力。
将结构胶胶层铺放(或涂抹)在所需粘接金属试样的表面上，通过夹具以恒定的压力固定胶接接头，然后放置到固化炉中加热保温一定时间后实现试样的粘接，其中固化压力是影响粘接效果的一个重要参数。
而目前常用的夹具不能实现固化压力的分级调节和保持，操作不便，并且没有考虑夹具本身重力对固化压力的影响，造成固化压力误差较大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种既能实现固化压力分级调定，又能降低固化压力误差的粘接试样加压固化夹具及方法。
本发明提供的这种粘接试样加压固化夹具，它包括固定夹具和活动夹具，固定夹具包括支撑板和导向板，导向板的一端与支撑板固接，导向板上设有自非固定端向固定端开设的多阶调压槽；活动夹具包括压板、推板、弹性构件和调压构件，弹性构件的一端与压板相连、另一端与推板相连，调压构件设置于推板上能够插入各阶调压槽中；压板与支撑板平行设置，推板压缩弹性构件使压板与支撑板之间形成固化压力，调压构件插入不同阶的调压槽中实现固化压力的分级调定。
在一个具体实施方式中，使所述固定夹具为整体件，其形状为L型，所述支撑板和导向板均为矩型板，多阶调压槽为沿导向板长度方向设置的多阶三角形凹槽。
为了便于固化压力的调节，使所述弹性构件为沿导向板长度方向布置的弹簧；所述压板为T型整体件，其头部为矩型板、杆部为能够套入弹簧内的圆柱杆；所述推板为T型整体件，其头部为矩型板、杆部为能够套入弹簧内的圆柱杆；压板和推板分别以其杆部的圆柱杆插入弹簧的两端，压板贴近所述支撑板。
为了提高运动的稳定性，在所述压板的头部两端设有一对对称布置的导向杆和一对对称布置的定位杆，导向杆为光杆，定位杆为螺纹杆。
相配套的，在所述导向板上对应所述导向杆位置处设有一对导向套，导向杆插入导向套内。
为了提高导向效果，使所述导向套包括中部的圆弧段和两侧的直线段，导向套以其两侧的直线段固接于所述导向板外；所述导向杆的截面为半圆形截面，导向杆穿过导向套，其平面侧与导向板贴合。
在一个基体实施方式中，在所述推板的头部外扣接有U型槽，所述调压构件为能够插入U型槽内的L型插销，调压构件的端面为匹配于所述调压槽的斜面。
为了提高固化压力保持的可靠性，在所述推板上设有一对用于所述定位杆穿过的通孔，定位杆伸出推板外的杆部上设有保压螺母。
为了便于观测分级调定范围外的固化压力值，在所述导向板上设有用于测量所述导向杆位移的测量尺。
本发明还提供了一种粘接试样加压固化方法，该方法利用上述固化夹具进行固化，包括以下步骤：
步骤一，将胶膜铺放在经过表面处理的粘接件和粘接件之间，形成待粘接试样；
步骤二，将活动夹具与固定夹具相对侧向布置，使其相对运动不受自重影响，将待粘接试样放置在活动夹具与固定夹具之间，使待粘接试样的一侧与固定夹具的支撑板贴合、另一侧与活动夹具的压板贴合；
步骤三，控制推板朝向压板运动，弹性构件受压提供实际固化压力；
步骤四，控制推板的运动调节实际固化压力，至实际固化压力符合胶膜材料手册或者粘接标准上所规定的固化压力P范围；
步骤五，推动调压构件插入相应阶的调压槽内实现固化压力的保持。
本发明一方面将固定夹具和活动夹具左右放置，通过水平方向的相对运动提供固化压力，免除了夹具自重的影响，减小了固化压力误差；另一方面，在施加固化压力时控制推板朝向压板运动，弹性构件受压提供实际固化压力，并通过调压构件插入相应阶的调压槽内实现固化压力的保持，即通过调压构件和调压槽的配合实现固化压力的分级调定。确保固化过程中所施加的固化压力精准可控，提高了粘接效果。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例的轴测示意图。
图2为图1的侧视示意图。
图3为图2中A-A处的剖视示意图。
图示序号：
1—固定夹具，11—支撑板，12—导向板，13—导向套，14—调压槽；
2—活动夹具，21—压板，22—推板，23—弹性构件，24—调压构件，25—光杆，26—螺纹杆，27—保压螺母，28—U型槽；
3—直尺。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例提供的这种粘接试样加压固化夹具，它包括固定夹具1和活动夹具2。
如图1—3所示，固定夹具1为L型的整体件，它包括支撑板11和导向板12，支撑板11和导向板12均矩型板，导向板12上近支撑板位置处设有一对关于其宽度方向中心面对称布置的导向套13，导向套13包括中部的圆弧段和两侧的直线段，导向套以其两侧的直线段固接于导向板外，导向板的板壁上远离支撑板位置处设有多阶呈阶梯布置的调压槽14，调压槽14设计为沿导向板长度方向并列布置的多个三角形凹槽，通过调压槽保持活动夹具2与固定夹具1的相对位移，即保持固化压力。
如图1—3所示，活动夹具2包括压板21、推板22、弹性构件23和调压构件24。其中压板21为T型整体件，其头部为矩型板、杆部为圆柱杆，压板的头部上设有一对关于其长度方向中心面对称布置的光杆25作为导向杆，光杆的截面为半圆形截面，其平面侧与导向板贴合提高导向效果，压板的头部上还设有一对关于其长度方向中心面对称布置的螺纹杆26作为定位杆，螺纹杆的外端穿过推板22。推板22为T型整体件，其头部为矩型板、杆部为圆柱杆，推板的头部两侧设有用于螺纹杆26穿过的通孔，螺纹杆位于推板外的螺纹段上螺纹连接有相配套的保压螺母27，通过保压螺母的设置能够防止当插销意外断裂时推板出现回退的现象，提高施压的稳定性和可靠性，推板头部的长度方向中心位置处设有倒扣的U型槽28。弹性构件23为弹簧，其两端分别套于压板和推板的圆柱杆外与矩型板接触。调压构件24为能够插于U型槽内的L型插销，其插接面为匹配于三角形凹槽的斜面。导向杆、导向套以及定位杆能够在活动夹具的运动过程中起到的导向作用，确保压板在弹簧力的作用下左右施压时，不发生偏斜，进而保证施加在胶接接头上固化压力的均匀。
另外，本实施例为了提高适用范围，在导向板12上设置有直尺3作为测量尺，以便于观测分级调定范围外的固化压力值。
本实施例在开设多阶调压槽时：首先计算所设计的胶接接头面积A，A＝l×W，其中l为粘接接头的长度和W为胶膜宽度，依据胶膜材料手册或者相关粘接标准，确定固化压力P的范围；其次依据固化炉炉膛尺寸，估算压板的期望运行距离x0；然后依据公式和期望运行距离x0,由公式：P＝(K×x0)/(L×W)，选定弹簧的刚度系数K，根据弹簧刚度系数K，依据公式，P＝(K×x)/(L×W)精确确定压板的运行范围x；接着依据夹具的几何尺寸，选定弹簧的初始长度L0根据弹簧初始长度L0，所需夹持的试样总厚度L1，确定底板三角形凹槽至支撑板之间间距L＝L0+L1；再根据所期望的固化压力调节范围ΔP，以及弹簧的刚度系数K，确定弹簧的总压缩长度Δx：Δx＝ΔP/K；再根据需要调定的压力级数n，确定各级压力下对应的弹簧的运动距离：Δxi＝i×Δx/n,(i＝1,2,…n)；最后以距支撑板L处位置为起点，向着弹簧压缩的方向，在导向板上制作出n阶三角形凹槽即可。
本实施例在投入使用后按照如下步骤进行粘接，
步骤一、将胶膜铺放在经过表面处理的粘接件和粘接件之间，形成待粘接试样；
步骤二、将活动夹具与固定夹具相对侧向布置，使其相对运动不受自重影响，将待粘接试样放置在活动夹具与固定夹具之间，使待粘接试样的一侧与固定夹具的支撑板贴合、另一侧与活动夹具的压板贴合；
步骤三、控制推板朝向压板运动，弹簧受压提供实际固化压力；
步骤四、控制推板的运动调节实际固化压力，至实际固化压力符合胶膜材料手册或者粘接标准上所规定的固化压力P范围；
步骤五、推动调压构件插入相应阶的调压槽内实现对应固化压力的保持；
步骤六、旋转保压螺母至其与推板贴合，实现保压，防止插销意外断裂后推板回退。
本发明在导向板上设计制作不同阶数的三角形凹槽，使得调压用的插销落于不同的凹槽中，实现不同级别固化压力的调定；在使用时加压固化夹具横向摆放，加压时固化压力不会受到夹具本身重力的影响，提高了压力施加的准确性；使用过程中通过导向杆、导向套配合，确保上压板左右运动时不偏斜，确保固化压力的均匀；通过直尺可以实现当欲施加的固化压力不在夹具可分级调定的范围内时，也可通过观测导向杆在直尺上位置的变化确定固化的压力。
Claims (8)
1.一种粘接试样加压固化夹具，其特征在于：它包括固定夹具和活动夹具，固定夹具包括支撑板和导向板，导向板的一端与支撑板固接，导向板上设有自非固定端向固定端开设的多阶调压槽；活动夹具包括压板、推板、弹性构件和调压构件，弹性构件的一端与压板相连、另一端与推板相连，调压构件设置于推板上能够插入各阶调压槽中；压板与支撑板平行设置，推板压缩弹性构件使压板与支撑板之间形成固化压力，调压构件插入不同阶的调压槽中实现固化压力的分级调定；所述压板的头部两端设有一对对称布置的导向杆和一对对称布置的定位杆，导向杆为光杆，定位杆为螺纹杆；所述导向板上对应所述导向杆位置处设有一对导向套，导向杆插入导向套内；所述推板上设有一对用于所述定位杆穿过的通孔。
2.如权利要求1所述的粘接试样加压固化夹具，其特征在于：所述固定夹具为整体件，其形状为L型，所述支撑板和导向板均为矩型板，多阶调压槽为沿导向板长度方向设置的多阶三角形凹槽。
3.如权利要求2所述的粘接试样加压固化夹具，其特征在于：所述弹性构件为沿导向板长度方向布置的弹簧；所述压板为T型整体件，其头部为矩型板、杆部为能够套入弹簧内的圆柱杆；所述推板为T型整体件，其头部为矩型板、杆部为能够套入弹簧内的圆柱杆；压板和推板分别以其杆部的圆柱杆插入弹簧的两端，压板贴近所述支撑板。
4.如权利要求1所述的粘接试样加压固化夹具，其特征在于：所述导向套包括中部的圆弧段和两侧的直线段，导向套以其两侧的直线段固接于所述导向板外；所述导向杆的截面为半圆形截面，导向杆穿过导向套，其平面侧与导向板贴合。
5.如权利要求1所述的粘接试样加压固化夹具，其特征在于：所述推板的头部外扣接有U型槽，所述调压构件为能够插入U型槽内的L型插销，调压构件的端面为匹配于所述调压槽的斜面。
6.如权利要求5所述的粘接试样加压固化夹具，其特征在于：定位杆伸出推板外的杆部上设有保压螺母。
7.如权利要求1所述的粘接试样加压固化夹具，其特征在于：所述导向板上设有用于测量所述导向杆位移的测量尺。
8.一种粘接试样加压固化方法，该方法利用权利要求1—7中任意一项所述的固化夹具进行固化，包括以下步骤：步骤一，将胶膜铺放在经过表面处理的粘接件和粘接件之间，形成待粘接试样；步骤二，将待粘接试样放置在活动夹具与固定夹具之间，使待粘接试样的一侧与固定夹具的支撑板贴合、另一侧与活动夹具的压板贴合；步骤三，控制推板朝向压板运动，弹性构件受压提供实际固化压力；步骤四，控制推板的运动调节实际固化压力，至实际固化压力符合胶膜材料手册或者粘接标准上所规定的固化压力P范围；步骤五，推动调压构件插入相应阶的调压槽内实现固化压力的保持。
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