CN111098507A - 卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法 - Google Patents

卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，包括如下步骤：步骤1：根据桁架结构及接口，设计、制造原位胶接装配工装；步骤2：将桁架零部件在原位胶接装配工装上进行装配和固定；步骤3：利用原位胶接装配工装上的钻模孔在桁架零部件上打孔；步骤4：利用原位胶接装配工装的定位孔定位桁架装配零部件以及桁架零部件内的埋件，进行桁架的装配定位、胶接和固化。本发明能够实现桁架所有安装孔在同一基准下进行打孔、定位、胶接和固化，能够有效降低复合材料零部件的修配，提高装配精度。本发明有效避免了复合材料外形偏差带来的机加工基准误差，避免了复合材料零部件无法设置精确机加工基准带来的加工问题。

Description

卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法
技术领域
本发明涉及复合材料结构件装配领域，具体地，涉及一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法。
背景技术
复合材料桁架是卫星及空间飞行器一种常用的承载结构，一般采用碳纤维复合材料零件及金属埋件通过胶接装配制造，以复合材料提供载荷支撑，以复合材料中的金属埋件提供卫星载荷接口。因此，桁架结构对接口位置的孔位及平面度要求较高，而对复合材料杆件、接头的外形尺寸要求相对较低。
目前常规的桁架装配及加工多采用传统方式进行，即复合材料零件状态进行打孔、预装修配、胶接埋件、在工装上定位胶接桁架，该方式存在以下几方面问题：
1、复合材料零件成型后，其外形精度相对较差，在打孔过程中，难以找到准确的基准进行加工；
2、由于零件单独加工孔，孔位累积误差容易导致在工装上难以完全适配，增加修配的工作量且影响孔位精度，同时对复合材料过度的修配导致零件的报废率升高；
3、整个桁架研制生产过程中，复合材料均经过机床加工，且加工无法完全满足后续装配要求，成本高且效率低下。
为解决零件打孔及装配过程中的误差，采用复合材料零件及金属埋件预加工工艺孔的方式，避免上述的问题，但是复合材料零件及金属零件均需要进行第二次加工，增加成本且降低了产品的装配效率。
公开号为CN106785314A的专利文献公开了一种多层复杂桁架结构装配成型方法，包括如下步骤：将多层复杂桁架以多通接头为装配基准划分单层装配关系；以划分好的单层桁架为主体进行相应的装配顺序确认及工装设计生产，待工装齐备后按照相关碳纤维桁架的胶接规范进行各层桁架结构胶接装配，待固化后脱模；将已完成胶接的单层桁架进行多层装配，最终完成一体成型；将桁架整体进行同一基准下的精度加工。但是该方法在复合材料零件状态进行打孔、预装修配、胶接埋件，复合材料零件成型后，其外形精度相对较差，在打孔过程中，难以找到准确的基准进行加工；且由于零件单独加工孔，孔位累积误差容易导致在工装上难以完全适配，增加修配的工作量且影响孔位精度，同时对复合材料过度的修配导致零件的报废率升高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法。
根据本发明提供的一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，包括如下步骤：
步骤1：根据桁架结构及接口，设计、制造原位胶接装配工装；
步骤2：将桁架零部件在原位胶接装配工装上进行装配和固定；
步骤3：利用原位胶接装配工装上的钻模孔在桁架零部件上打孔；
步骤4：利用原位胶接装配工装的定位孔定位桁架装配零部件以及桁架零部件内的埋件，进行桁架的装配定位、胶接和固化。
优选地，所述步骤1设计制造的原位胶接装配工装上设置有与桁架零部件上安装孔对应的钻模孔、定位孔，所述钻模孔、定位孔与桁架零部件上安装孔的孔径一致，钻模孔、定位孔的深度不低于桁架零部件接口上安装孔的深度；桁架零部件上的安装孔均能够通过原位胶接装配工装实现打孔或定位。
优选地，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：以桁架零部件外形为装配基准对埋件进行预装，桁架零部件配合间隙为0.1～0.3mm；
步骤2.2：对无法满足配合间隙的桁架零部件通过打磨、贴补的方式进行修配；
步骤2.3：按桁架装配图预装桁架零部件，并使桁架零部件之间无强制力，支撑点高度通过螺纹、修挫、贴片中的任一种或任多种的方式进行调整；
步骤2.4：将预装状态下的桁架零部件固定到原位胶接装配工装上，并使得桁架零部件与原位胶接装配工装定位面贴合间隙≤0.2mm，桁架零部件采用绑带、C型夹、工装附件中任一种或任多种形式固定到原位胶接装配工装上。
优选地，所述步骤2中的工装附件包括定位销钉、定位螺钉、定位销螺钉，定位销钉、定位螺钉、定位销螺钉的定位段与原位胶接装配工装上的定位孔孔径一致。
优选地，所述步骤3中根据钻模孔孔径选取相应的钻头，通过钻孔工具以原位胶接装配工装上的钻模孔为基准配打桁架零部件上的安装孔；
所述配打的安装孔的形状和尺寸通过调整钻模上的钻模孔或更换钻模进行调整。
优选地，所述钻孔工具采用手枪钻或吸铁钻；钻头选用复合材料专用磨削钻头。
优选地，采用吸铁钻钻孔时，在原位胶接装配工装外侧设置吸铁钻吸附平面，吸铁钻吸附平面与钻孔的垂直度小于0.1mm。
优选地，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：在原位胶接装配工装的产品接触面、定位螺钉、定位销钉、定位销螺钉上涂覆脱模剂；
步骤4.2：在桁架零部件、埋件的胶接面上涂覆粘胶装配，通过原位胶接装配工装定位孔定位，无安装孔的桁架零部件通过C型夹或绑带与原位胶接装配工装固定；
步骤4.3：待粘胶固化后脱模并清理残胶完成桁架胶接。
优选地，所述埋件与桁架零部件的胶接、桁架零部件之间的胶接同步进行；或者先进行埋件与桁架零部件的胶接，再进行桁架零部件之间的胶接。
优选地，所述步骤2、步骤4中，桁架零部件的安装孔与原位胶接装配工装上的定位孔的孔位相同但孔径不同时，通过孔套实现相同孔位的不同孔径的孔之间的定位和固定。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够实现桁架所有安装孔在同一基准下进行打孔、定位、胶接和固化，能够有效降低复合材料零部件的修配，提高装配精度。
2、本发明有效避免了复合材料外形偏差带来的机加工基准误差，避免了复合材料零部件无法设置精确机加工基准带来的加工问题。
3、本发明能够有效减少零部件的工艺流转流程，减少机加设备的使用，同时不新增工装，可以有效降本增效。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本发明公开了一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，包括以下步骤：根据桁架结构及接口设计原位胶接装配工装；将桁架的零部件在原位胶接装配工装上进行装配和固定；根据原位胶接装配工装上的钻模孔在复合材料零部件上打孔；利用原位胶接装配工装的定位孔定位复合材料零部件内的埋件和其它零部件，进行桁架的整体装配定位、胶接和固化。使用该胶接装配方法，可以消除复合材料零部件外形精度低带来的零部件孔位加工偏差影响，优化桁架胶接装配工艺流程，使桁架的复合材料零部件打孔、埋件定位、整体胶接装配均使用同样的孔进行操作，提高了装配效率和装配精度。
根据本发明提供的一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：根据桁架结构及接口，设计、制造原位胶接装配工装；设计制造的原位胶接装配工装上设置有与桁架零部件上安装孔对应的钻模孔、定位孔，所述钻模孔、定位孔与桁架零部件上安装孔的孔径一致，钻模孔、定位孔的深度不低于桁架零部件接口上安装孔的深度；桁架零部件上的安装孔均能够通过原位胶接装配工装实现打孔或定位；
步骤2：将桁架零部件在原位胶接装配工装上进行装配和固定；具体包括如下步骤：
步骤2.1：以桁架零部件外形为装配基准对桁架零部件进行预装，桁架零部件配合间隙为0.1～0.3mm；
步骤2.2：对无法满足配合间隙的桁架零部件通过打磨、贴补的方式进行修配；
步骤2.3：按桁架装配图预装桁架零部件，并使桁架零部件之间无强制力，支撑点高度通过螺纹、修挫、贴片中的任一种或任多种的方式进行调整；
步骤2.4：将预装状态下的桁架零部件固定到原位胶接装配工装上，并使得桁架零部件与原位胶接装配工装定位面贴合间隙≤0.2mm，桁架零部件采用绑带、C型夹、工装附件中任一种或任多种形式固定到原位胶接装配工装上；所述工装附件包括定位销钉、定位螺钉、定位销螺钉，定位销钉、定位螺钉、定位销螺钉的定位段与原位胶接装配工装上的定位孔孔径一致；所述定位销螺钉具有螺纹段和非螺纹段；
步骤3：利用原位胶接装配工装上的钻模孔在桁架零部件上打孔；根据钻模孔孔径选取相应的钻头，通过钻孔工具以原位胶接装配工装上的钻模孔为基准配打桁架零部件上的安装孔；所述配打的安装孔的形状和尺寸通过调整钻模上的钻模孔或更换钻模进行调整；所述钻孔工具采用手枪钻或吸铁钻；钻头选用复合材料专用磨削钻头；采用吸铁钻钻孔时，在原位胶接装配工装外侧设置吸铁钻吸附平面，吸铁钻吸附平面与钻孔的垂直度小于0.1mm(优于0.1mm)；
步骤4：利用原位胶接装配工装的定位孔定位桁架装配零部件以及桁架零部件内的埋件，进行桁架的装配定位、胶接和固化，具体包括如下步骤：
步骤4.1：在原位胶接装配工装的产品接触面、定位螺钉、定位销钉、定位销螺钉上涂覆脱模剂；
步骤4.2：在桁架零部件、埋件的胶接面上涂覆粘胶装配，通过原位胶接装配工装定位孔定位，无安装孔的桁架零部件通过C型夹或绑带与原位胶接装配工装固定；
步骤4.3：待粘胶固化后脱模并清理残胶完成桁架胶接；
所述埋件与桁架零部件的胶接、桁架零部件之间的胶接同步进行；或者先进行埋件与桁架零部件的胶接，再进行桁架零部件之间的胶接；桁架零部件的安装孔与原位胶接装配工装上的定位孔的孔位相同但孔径不同时，通过孔套实现相同孔位的不同孔径的孔之间的定位和固定。
优选实施例：
一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，包括如下步骤：
S1、根据桁架结构及接口设计、制造原位胶接装配工装；
S2、将桁架的零部件在原位胶接装配工装上进行装配和固定；
S3、利用原位胶接装配工装上的钻模孔在零部件上打孔；
S4、利用原位胶接装配工装的定位孔定位复合材料零部件内的埋件和其它零部件，进行桁架的整体装配定位、胶接和固化，即可。
所述步骤S1具体包括如下步骤：
设计桁架结构及接口原位胶接装配工装，所有接口均设计相应的钻模孔和定位孔，即零部件产品所有的螺纹孔、销孔等安装孔均可以在工装上实现打孔或定位。零部件产品螺纹孔对应工装的钻模孔孔径与螺纹孔大径(≈(A+0.5)mm，A为螺纹中径)尺寸保持一致，设置孔径公差为(+0.05～+0.1)，销孔的定位孔孔径与零部件产品孔径一致，设置孔径公差为(+0.05～+0.1)，同时设计定位销螺钉及定位销钉，其定位段与工装上的孔径一致，设置定位销段直径公差为(-0.05～0)，钻模及定位孔深度不低于零部件产品接口的孔深度。优选地，钻模及定位孔深为零部件产品接口孔深度2倍。设计并制造零部件固定专用附件。
所述步骤S2中以桁架外形为装配基准，通过控制桁架外形或装配应力进行各零部件在原位胶接装配工装上的固定。所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21、零部件配合间隙保证0.1～0.3mm的情况下，对各零部件进行预装，优选地，对装配干涉的零部件进行修配，零部件单边配合间隙0.1～0.2mm；
S22、对无法满足配合间隙的零部件通过打磨、贴补的方式进行修配；
S23、按桁架装配图预装各零部件，确保各零部件无强制力，优选地，支撑点高度可以通过螺纹调节、修挫或贴片的方式进行调整；检查装配应力情况，要求圆杆能够自由转动，方杆在杆件断面间隙允许范围内能够自由移动；
S24、将各零部件在预装状态下用固定到工装上，保证零部件与工装定位面贴合间隙优于0.2mm，零部件在工装上固定可采用绑带、C型夹、工装附件等形式，优选地，以工装附件形式固定零部件；优选地，将各零部件通过C型夹固定到工装内型面，各零部件与工装贴合间隙≤0.15mm。
所述步骤S3具体包括如下步骤：
根据钻模孔径选取相应的钻头，通过钻孔工具以工装上的钻模孔为基准配打复合材料零部件上的孔。钻孔工具可选择手枪钻、吸铁钻等，优选地，钻头选用复合材料专用磨削钻头，用吸铁钻对零部件进行配打孔，钻孔时工装外侧设置吸铁钻吸附平面，平面与孔垂直度优于0.1mm，平面数量吸铁钻悬臂范围内能够覆盖所有配打孔。原位胶接装配工装可通过更换部件等方式调整孔径大小在同一位置实现不同孔径或孔型的打孔和定位。原位胶接装配工装的钻模孔、定位孔均根据桁架该处孔的类型配备相应的定位销钉、定位螺钉或定位销螺钉以及钻模套等配件。
所述步骤S4具体包括如下步骤：
先进行埋件与复合材料零部件的组件级胶接，并通过工装进行定位，固化后，所有桁架结构的零组件继续以工装的定位孔为基准进行整体胶接装配。优选地，拆除预装的所有零部件，在埋件、零部件胶接面涂J-133胶；定位销螺钉、销钉涂PMR脱模剂，将所有埋件、零部件通过工装用定位销螺钉、销钉定位，无螺钉的零部件通过C型夹与工装固定；粘胶固化24小时后脱模，清理残胶，完成胶接装配。埋件胶接与桁架胶接可同步进行，也可以先进行埋件与复合材料零部件的组件级胶接再进行桁架整体胶接。
所述步骤S3、S4钻孔及定位孔的孔位相同，可以通过孔套等方式实现相同孔位的不同孔径的匹配。
本发明在原位胶接装配工装上实现了零部件的定位、配打孔和胶接装配，使所有零部件的孔加工状态与装配状态保持一致，消除了复合材料零部件外形及平面偏差带来的零部件机加工误差影响，降低了传统桁架装配对机加工的依赖性，提高了装配精度，同时减少了反复修配，使复合材料桁架的装配效率和精度均得到提高。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据桁架结构及接口，设计、制造原位胶接装配工装；
步骤2：将桁架零部件在原位胶接装配工装上进行装配和固定；
步骤3：利用原位胶接装配工装上的钻模孔在桁架零部件上打孔；
步骤4：利用原位胶接装配工装的定位孔定位桁架装配零部件以及桁架零部件内的埋件，进行桁架的装配定位、胶接和固化。
2.根据权利要求1所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述步骤1设计制造的原位胶接装配工装上设置有与桁架零部件上安装孔对应的钻模孔、定位孔，所述钻模孔、定位孔与桁架零部件上安装孔的孔径一致，钻模孔、定位孔的深度不低于桁架零部件接口上安装孔的深度；桁架零部件上的安装孔均能够通过原位胶接装配工装实现打孔或定位。
3.根据权利要求1所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：以桁架零部件外形为装配基准对埋件进行预装，桁架零部件配合间隙为0.1～0.3mm；
步骤2.2：对无法满足配合间隙的桁架零部件通过打磨、贴补的方式进行修配；
步骤2.3：按桁架装配图预装桁架零部件，并使桁架零部件之间无强制力，支撑点高度通过螺纹、修挫、贴片中的任一种或任多种的方式进行调整；
步骤2.4：将预装状态下的桁架零部件固定到原位胶接装配工装上，并使得桁架零部件与原位胶接装配工装定位面贴合间隙≤0.2mm，桁架零部件采用绑带、C型夹、工装附件中任一种或任多种形式固定到原位胶接装配工装上。
4.根据权利要求3所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述步骤2中的工装附件包括定位销钉、定位螺钉、定位销螺钉，零部件定位销钉、定位螺钉、定位销螺钉的定位段与原位胶接装配工装上的定位孔孔径一致。
5.根据权利要求1所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述步骤3中根据钻模孔孔径选取相应的钻头，通过钻孔工具以原位胶接装配工装上的钻模孔为基准配打桁架零部件上的安装孔；所述配打的安装孔的形状和尺寸通过调整钻模上的钻模孔或更换钻模进行调整。
6.根据权利要求5所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述钻孔工具采用手枪钻或吸铁钻；钻头选用复合材料专用磨削钻头。
7.根据权利要求6所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，采用吸铁钻钻孔时，在原位胶接装配工装外侧设置吸铁钻吸附平面，吸铁钻吸附平面与钻孔的垂直度小于0.1mm。
8.根据权利要求1所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：在原位胶接装配工装的产品接触面、定位螺钉、定位销钉、定位销螺钉上涂覆脱模剂；
步骤4.2：在桁架零部件、埋件的胶接面上涂覆粘胶装配，通过原位胶接装配工装定位孔定位，无安装孔的桁架零部件通过C型夹或绑带与原位胶接装配工装固定；
步骤4.3：待粘胶固化后脱模并清理残胶完成桁架胶接。
9.根据权利要求8所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述埋件与桁架零部件的胶接、桁架零部件之间的胶接同步进行；或者先进行埋件与桁架零部件的胶接，再进行桁架零部件之间的胶接。
10.根据权利要求1所述的卫星复合材料桁架原位胶接装配的方法，其特征在于，所述步骤2、步骤4中，桁架零部件的安装孔与原位胶接装配工装上的定位孔的孔位相同但孔径不同时，通过孔套实现相同孔位不同孔径的孔之间的定位和固定。
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