CN111923454B - 一种复材加筋壁板的筋条定位工装及筋条偏移量测算方法 - Google Patents

一种复材加筋壁板的筋条定位工装及筋条偏移量测算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及加筋壁板制造技术领域，具体公开了一种复材加筋壁板的筋条定位工装，包括框架定位销、筋条定位销、定位框架、筋条成型模、蒙皮成型模；所述定位框架与筋条成型模通过框架定位销定位连接，且所述筋条成型模与定位框架通过筋条定位销定位连接；所述定位框架上设置多个筋条定位孔；所述筋条定位销从筋条定位孔贯穿定位框架并伸入筋条成型模中。本发明通过定位工装控制筋条定位精度，使其符合筋条安装定位精度的设计要求。

Description

一种复材加筋壁板的筋条定位工装及筋条偏移量测算方法
技术领域
本发明涉及加筋壁板制造技术领域，具体的说，是一种复材加筋壁板的筋条定位工装。
背景技术
复合材料加筋壁板零件由复材蒙皮与筋条两部分组成，通常采用预先固化蒙皮，然后再使用结构胶膜将已固化的蒙皮与筋条坯料一起共胶接来成型复合材料加筋壁板。作为一种整体化的结构形式，复合材料加筋壁板在飞行器结构上的应用量日趋增加，且在飞行器结构的装配过程中，复合材料加筋壁板的装配关系越来越复杂，从简单的壁板蒙皮与骨架连接发展到壁板上的筋条需与骨架上的框梁进行连接。筋条参与到构件的装配过程中，对加筋壁板成型过程中筋条的定位精度提出了较高的要求，部分加筋壁板零件要求筋条的轴向位置偏差不大于±0.5mm。
发明内容
本发明针对现有技术难以满足当前筋条定位精度要求的问题，提供了一种复材加筋壁板的筋条定位工装，通过定位工装控制筋条定位精度，使其符合筋条安装定位精度的设计要求。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供了一种复材加筋壁板的筋条定位工装，包括框架定位销、筋条定位销、定位框架、筋条成型模、蒙皮成型模；所述定位框架与蒙皮成型模通过框架定位销定位连接，且所述筋条成型模与定位框架通过筋条定位销定位连接；所述定位框架上设置多个筋条定位孔；所述筋条定位销从筋条定位孔贯穿定位框架并伸入筋条成型模中。
所述筋条定位销在定位框架中的有效定位长度为h1；
所述筋条定位销在筋条成型模中的有效定位长度为h3；
所述筋条定位销位于定位框架和筋条成型模之间的预留长度为h2；
所述筋条成型模沿筋条定位销伸入方向未被筋条定位销穿透的剩余长度为h4；
所述筋条成型模沿筋条定位销伸入方向的总高度为H，满足H＝h3+h4；
所述筋条定位销与定位框架之间的间隙为x1；
所述筋条定位销与筋条成型模之间的间隙为x2；
因间隙x1导致的筋条定位销的偏移量为x11；
因筋条定位销的偏移量x11导致的筋条成型模的偏移量为δ1；
因间隙x2导致的筋条成型模的偏移量为δ2；
所述筋条成型模的整体偏移量为δ，且δ＝δ1+δ2。
所述筋条成型模的整体偏移量δ不大于设计要求中规定的筋条成型模偏移量。
本发明还针对上述的复材加筋壁板的筋条定位工装，提供了一种筋条偏移量测算方法，所述筋条定位工装的筋条偏移量测算方法包括以下步骤：
步骤S1：通过长度h1、长度h2、长度h3、间隙x1计算偏移量x11；
步骤S2：由偏移量x11、总高度H、长度h3计算偏移量δ1；
步骤S3：由间隙x2、总高度H、长度h3计算偏移量δ2；
步骤S4：由偏移量δ1和偏移量δ2计算整体偏移量δ。
所述步骤S1具体是指，将长度h1、长度h2、长度h3之和与长度h1的比值作为系数，乘以间隙x1得到偏移量x11；
即：
Figure GDA0003006937210000021
所述步骤S2具体是指，将总高度H与长度h3的比例作为系数，乘以偏移量x11得到偏移量δ1；
即：
Figure GDA0003006937210000022
所述步骤S3具体是指，将总高度H与长度h3的比例作为系数，乘以间隙x2得到偏移量δ2；
即：
Figure GDA0003006937210000023
所述步骤S4具体是指，将偏移量δ1和偏移量δ2求和，得到零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ；
即：δ＝δ1+δ2 公式(4)。
由公式(2)、公式(3)、公式(4)及“H＝h3+h4”整合形成公式(5)：
Figure GDA0003006937210000024
本发明还针对上述的复材加筋壁板的筋条定位工装及对应的筋条偏移量测算方法，提供了一种复材加筋壁板筋条定位工装的优化设计方法。
先确定筋条定位销与定位框架之间的间隙x1、筋条定位销与筋条成型模之间的间隙x2、筋条定位销位于定位框架和筋条成型模之间的预留长度h2、筋条成型模沿筋条定位销伸入方向未被筋条定位销穿透的剩余长度h4四项参数；
然后根据公式(5)对筋条定位销在定位框架中的有效定位长度h1、筋条定位销在筋条成型模中的有效定位长度h3两项参数进行优化调整，直至零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ满足设计要求中关于筋条成型模偏移量的设计要求；
Figure GDA0003006937210000031
最后，将最终优化调整后的长度h1、长度h2、长度h3、长度h4、间隙x1、间隙x2六项结构参数应用到复材加筋壁板筋条定位工装的设计/制造中。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果。
(1)本发明提供的一种复材加筋壁板的筋条定位工装，通过控制筋条定位工装的结构参数即可控制筋条安装精度；
(2)本发明提供的一种筋条偏移量测算方法，可用于分析筋条定位销在定位框架中的有效定位长度h1、筋条定位销位于定位框架和筋条成型模之间的预留长度h2、筋条定位销在筋条成型模中的有效定位长度h3、筋条成型模沿筋条定位销伸入方向未被筋条定位销穿透的剩余长度h4、筋条定位销与定位框架之间的间隙x1、筋条定位销与筋条成型模之间的间隙x2两项结构参数对最终筋条安装精度的影响。
(3)本发明提供的一种复材加筋壁板筋条定位工装的优化设计方法，可通过对筋条定位工装中六项结构参数的优化设计，提高最终筋条安装精度。
附图说明
本发明结合下面附图和实施例作进一步说明，但并不将此限制在本发明所述的实施范围内，本发明所有构思创新应视为所公开内容和本发明保护范围：
图1为一种基于框架定位的筋条定位工装的立体结构示意图；
图2为一种基于框架定位的筋条定位工装的简化示意图；
其中，1、筋条定位销；2、定位框架；3、筋条成型模；4、蒙皮成型模。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例提供了一种复材加筋壁板的筋条定位工装，如图1所示，包括框架定位销、筋条定位销1、定位框架2、筋条成型模3、蒙皮成型模4；所述定位框架2与蒙皮成型模4通过框架定位销定位连接，且所述筋条成型模3与定位框架2通过筋条定位销1定位连接；所述定位框架2上设置多个筋条定位孔；所述筋条定位销1从筋条定位孔贯穿定位框架2并伸入筋条成型模3中。
本实施例提供的筋条定位工装是一种基于框架定位的复材加筋壁板的筋条定位工装。采用框架定位的工装结构成型加筋壁板时，如图1所示，包括框架定位销、筋条定位销1、定位框架2、筋条成型模3、蒙皮成型模4；所述定位框架2与蒙皮成型模4通过框架定位销定位连接，且所述筋条成型模3与定位框架2通过筋条定位销1定位连接；所述定位框架2上设置多个筋条定位孔；所述筋条定位销1从筋条定位孔贯穿定位框架2并伸入筋条成型模3中。
所述筋条定位工装可用于成型单向及纵横多向等复杂结构的加筋壁板零件，筋条结构可以是“L”型、“T”型、“J”型、“Π”型等多种结构形式。采用框架定位结构的筋条定位工装成型加筋壁板的过程中，首先在蒙皮成型模4表面固化蒙皮，其次采用框架定位销将定位框架2与蒙皮成型模4连接定位，最后采用筋条定位销1将带有筋条坯料的筋条成型模3与定位框架2连接定位。零件成型过程中，筋条的位置精度主要受筋条定位销1与定位框架2的配合间隙、筋条定位销1与筋条成型模3的配合间隙、定位销的有效定位长度、筋条成型模3的高度等多个结构参数的影响。因此，可通过控制筋条定位工装的结构参数控制筋条位置精度。
如图2所示，为了方便描述，记：
所述筋条定位销1在定位框架2中的有效定位长度为h1；
所述筋条定位销1在筋条成型模3中的有效定位长度为h3；
所述筋条定位销1位于定位框架2和筋条成型模3之间的预留长度为h2；
所述筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向未被筋条定位销1穿透的剩余长度为h4；
所述筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向的总高度为H，满足H＝h3+h4；
所述筋条定位销1与定位框架2之间的间隙为x1；
所述筋条定位销1与筋条成型模3之间的间隙为x2；
因间隙x1导致的筋条定位销1的偏移量为x11；
因间隙x11筋条定位销1的偏移导致的筋条成型模3的偏移量为δ1；
因间隙x2导致的筋条成型模3的偏移量为δ2；
所述筋条成型模3的整体偏移量为δ，且δ＝δ1+δ2。
所述筋条成型模3的整体偏移量δ不大于设计要求中规定的筋条成型模3偏移量。
实施例2：
为提升加筋壁板零件成型过程中筋条的位置定位精度，本实施例针对实施例1中复材加筋壁板的筋条定位工装，分析了使用框架定位的筋条定位工装成型复材加筋壁板过程中各结构参数对筋条位置偏移量的影响，由此提供了一种复材加筋壁板筋条定位工装的优化设计方法，可用于指导、优化“L”型、“T”型、“J”型、“Π”型等多种筋条结构形式的复材加筋壁板零件的成型工装的设计与制造。
首先，按图1所示的筋条定位工装结构建立筋条定位模型，筋条定位模型进行简化示意后如图2所示。
其次，为了方便描述结构关系，对各结构参数进行如下定义：
所述筋条定位销1在定位框架2中的有效定位长度为h1；
所述筋条定位销1在筋条成型模3中的有效定位长度为h3；
所述筋条定位销1位于定位框架2和筋条成型模3之间的预留长度为h2；
所述筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向未被筋条定位销1穿透的剩余长度为h4；
所述筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向的总高度为H，满足H＝h3+h4；
所述筋条定位销1与定位框架2之间的间隙为x1；
所述筋条定位销1与筋条成型模3之间的间隙为x2；
因间隙x1导致的筋条定位销1的偏移量为x11；
因间隙x11筋条定位销1的偏移导致的筋条成型模3的偏移量为δ1；
因间隙x2导致的筋条成型模3的偏移量为δ2；
所述筋条成型模3的整体偏移量为δ，且δ＝δ1+δ2。
然后，对筋条定位模型中筋条整体偏移量δ的推导计算过程如下：
步骤S1：通过长度h1、长度h2、长度h3、间隙x1计算偏移量x11；
Figure GDA0003006937210000051
即将长度h1、长度h2、长度h3之和与长度h1的比值作为系数，乘以间隙x1得到偏移量x11；
步骤S2：由偏移量x11、总高度H、长度h3计算偏移量δ1；
Figure GDA0003006937210000052
即将总高度H与长度h3的比例作为系数，乘以偏移量x11得到偏移量δ1；
步骤S3：由间隙x2、总高度H、长度h3计算偏移量δ2；
Figure GDA0003006937210000053
即将总高度H与长度h3的比例作为系数，乘以间隙x2得到偏移量δ2；
步骤S4：由偏移量δ1和偏移量δ2计算整体偏移量δ；
δ＝δ1+δ2 公式(4)；
即将偏移量δ1和偏移量δ2求和，得到零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ；
由公式(2)、公式(3)、公式(4)及“H＝h3+h4”整合形成公式(5)：
Figure GDA0003006937210000061
从公式(5)可以看出，一种基于框架定位的复材加筋壁板的筋条定位模型，在零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ与筋条定位销1与定位框架2之间的间隙x1、筋条定位销1与筋条成型模3之间的间隙x2、筋条定位销1位于定位框架2和筋条成型模3之间的预留长度(后续操作所必要的筋条定位销1的预留长度)h2、筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向未被筋条定位销1穿透的剩余长度h4四项结构参数成绝对正相关的关系，与筋条定位销1在定位框架2中的有效定位长度h1、筋条定位销1在筋条成型模3中的有效定位长度h3有关，但非绝对关系。
由此，为减小甚至消除零件成型过程中筋条的整体位置偏移量，在设计/制造筋条定位工装时，应最大化的减小筋条定位销1与定位框架2之间的间隙x1、筋条定位销1与筋条成型模3之间的间隙为x2；在满足操作空间要求的情况下，应最大化的减小筋条定位销1位于定位框架2和筋条成型模3之间的预留长度为h2；在保证筋条零件的成型质量及满足工装刚度要求的情况下，应最大化的筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向的总高度为H或筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向未被筋条定位销1穿透的剩余长度为h4。
为模拟测算加筋壁板零件成型过程中筋条位置的整体偏移量是否满足理论要求，需运用公式(5)对筋条定位工装结构中各部分的结构参数进行模拟测算。模拟测算过程中，偏移量x1、偏移量x2、长度h2、长度h4四项结构参数数据选用已优化后的最大值，对筋条定位销1在定位框架2中的有效定位长度h1、筋条定位销1在筋条成型模3中的有效定位长度h3两项结构参数进行调整优化，直至零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ满足要求时，确定长度h1与长度h3两项参数的数值。
将经公式(5)测算后的偏移量x1、偏移量x2、长度h1、长度h2、长度h3及长度h4六项数据应用到框架定位的筋条定位工装结构的设计/制造中，可确保加筋壁板零件成型过程中筋条的位置偏移量满足要求。
也就是说，一种复材加筋壁板筋条定位工装的优化设计方法的具体内容如下：
先确定筋条定位销1与定位框架2之间的间隙x1、筋条定位销1与筋条成型模3之间的间隙x2、筋条定位销1位于定位框架2和筋条成型模3之间的预留长度h2、筋条成型模3沿筋条定位销1伸入方向未被筋条定位销1穿透的剩余长度h4四项参数；
然后根据公式(5)对筋条定位销1在定位框架2中的有效定位长度h1、筋条定位销1在筋条成型模3中的有效定位长度h3两项参数进行优化调整，直至零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ满足设计要求中关于筋条成型模3偏移量的设计要求；
Figure GDA0003006937210000071
最后，将最终优化调整后的长度h1、长度h2、长度h3、长度h4、间隙x1、间隙x2六项参数应用到复材加筋壁板筋条定位工装的设计/制造中。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种复材加筋壁板的筋条定位工装的筋条偏移量测算方法，用于测算复材加筋壁板的筋条定位工装的筋条偏移量；
所述筋条定位工装包括框架定位销、筋条定位销(1)、定位框架(2)、筋条成型模(3)、蒙皮成型模(4)；所述定位框架(2)与蒙皮成型模(4)通过框架定位销定位连接，且所述筋条成型模(3)与定位框架(2)通过筋条定位销(1)定位连接；所述定位框架(2)上设置多个筋条定位孔；所述筋条定位销(1)从筋条定位孔贯穿定位框架(2)并伸入筋条成型模(3)中；
其特征在于：
记：所述筋条定位销(1)在定位框架(2)中的有效定位长度为h1；
所述筋条定位销(1)在筋条成型模(3)中的有效定位长度为h3；
所述筋条定位销(1)位于定位框架(2)和筋条成型模(3)之间的预留长度为h2；
所述筋条成型模(3)沿筋条定位销(1)伸入方向的总高度为H；
所述筋条定位销(1)与定位框架(2)之间的间隙为x1；
所述筋条定位销(1)与筋条成型模(3)之间的间隙为x2；
因间隙x1导致的筋条定位销(1)的偏移量为x11；
因筋条定位销(1)的偏移量x11导致的筋条成型模(3)的偏移量为δ1；
因间隙x2导致的筋条成型模(3)的偏移量为δ2；
所述筋条成型模(3)的整体偏移量为δ；
所述筋条定位工装的筋条偏移量测算方法包括以下步骤：
步骤S1：通过长度h1、长度h2、长度h3、间隙x1计算偏移量x11；
步骤S2：由偏移量x11、总高度H、长度h3计算偏移量δ1；
步骤S3：由间隙x2、总高度H、长度h3计算偏移量δ2；
步骤S4：由偏移量δ1和偏移量δ2计算整体偏移量δ。
2.根据权利要求1所述的一种复材加筋壁板的筋条定位工装的筋条偏移量测算方法，其特征在于：所述步骤S1具体是指，将长度h1、长度h2、长度h3之和与长度h1的比值作为系数，乘以间隙x1得到偏移量x11。
3.根据权利要求1所述的一种复材加筋壁板的筋条定位工装的筋条偏移量测算方法，其特征在于：所述步骤S2具体是指，将总高度H与长度h3的比例作为系数，乘以偏移量x11得到偏移量δ1。
4.根据权利要求1所述的一种复材加筋壁板的筋条定位工装的筋条偏移量测算方法，其特征在于：所述步骤S3具体是指，将总高度H与长度h3的比例作为系数，乘以间隙x2得到偏移量δ2。
5.根据权利要求1所述的一种复材加筋壁板的筋条定位工装的筋条偏移量测算方法，其特征在于：所述步骤S4具体是指，将偏移量δ1和偏移量δ2求和，得到零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ。
6.一种复材加筋壁板筋条定位工装的优化设计方法，
所述筋条定位工装包括框架定位销、筋条定位销(1)、定位框架(2)、筋条成型模(3)、蒙皮成型模(4)；所述定位框架(2)与蒙皮成型模(4)通过框架定位销定位连接，且所述筋条成型模(3)与定位框架(2)通过筋条定位销(1)定位连接；所述定位框架(2)上设置多个筋条定位孔；所述筋条定位销(1)从筋条定位孔贯穿定位框架(2)并伸入筋条成型模(3)中；
所述复材加筋壁板筋条定位工装的优化设计方法，其特征在于：
针对筋条定位工装的结构，先确定筋条定位销(1)与定位框架(2)之间的间隙x1、筋条定位销(1)与筋条成型模(3)之间的间隙x2、筋条定位销(1)位于定位框架(2)和筋条成型模(3)之间的预留长度h2、筋条成型模(3)沿筋条定位销(1)伸入方向未被筋条定位销(1)穿透的剩余长度h4四项参数；
然后根据公式(5)对筋条定位销(1)在定位框架(2)中的有效定位长度h1、筋条定位销(1)在筋条成型模(3)中的有效定位长度h3两项参数进行优化调整，直至零件成型过程中筋条位置的整体偏移量δ满足设计要求中关于筋条成型模(3)偏移量的设计要求；
Figure FDA0003029122530000021
其中，所述筋条成型模(3)沿筋条定位销(1)伸入方向的总高度为H，满足H＝h3+h4；
最后，将最终优化调整后的长度h1、长度h2、长度h3、长度h4、间隙x1、间隙x2六项参数应用到复材加筋壁板筋条定位工装的设计/制造中。
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