CN112610574A - 陶瓷基复合材料支架用金属补强组件及支架装配方法 - Google Patents

陶瓷基复合材料支架用金属补强组件及支架装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及陶瓷基复合材料支架用金属补强组件及支架装配方法，以解决现有的陶瓷基复合材料支架中，陶瓷基复材零件与金属件之间采用胶粘方式进行连接存在可靠性差，金属件易脱落等缺点，采用螺栓进行连接存在重复安装定位精度无法保证等问题。该金属补强组件包括金属补强板、空心圆柱销、金属补强角盒。空心圆柱销垂直固连于金属补强板底面中部，金属补强板上设置有与空心圆柱销连通的通孔；金属补强角盒包括顶板、分别与顶板两侧边固连的两个连接侧板、分别与两个连接侧板固连的第一加强侧板；顶板中部设置有与空心圆柱销匹配的销孔，金属补强板、顶板以及两个连接侧板上均设置有至少一个螺栓连接孔。

Description

陶瓷基复合材料支架用金属补强组件及支架装配方法
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料支架用金属补强组件及支架装配方法。
背景技术
陶瓷基复合材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀、对裂纹不敏感，不发生灾难性毁损等特点，在航空、航天、核能、光伏等领域有着广泛的应用。
陶瓷基复合材料支架产品是用陶瓷基复材零件及高温合金补强盒体零件组装而成，陶瓷基复材零件与金属件之间的连接方式包括：1、采用传统的胶粘方式进行连接，存在可靠性差，金属件易脱落等缺点；2、采用螺栓进行连接，存在重复安装定位精度无法保证，可维修性较差，且经过化学气相沉积后的陶瓷基复材零件表面精度低，整体装配质量难以满足卫星产品的各项性能指标要求。因此，亟需采取一定措施来提升陶瓷基复合材料支架的整体装配质量。
发明内容
本发明的目的是解决现有的陶瓷基复合材料支架中，陶瓷基复材零件与金属件之间采用传统的胶粘方式进行连接存在可靠性差，金属件易脱落等缺点，采用螺栓进行连接存在重复安装定位精度无法保证，可维修性较差，且经过化学气相沉积后的陶瓷基复材零件表面精度低，整体装配质量难以满足卫星产品的各项性能指标要求的问题，而提供了陶瓷基复合材料支架用金属补强组件及支架装配方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特殊之处在于：
包括金属补强板、空心圆柱销、金属补强角盒；
所述空心圆柱销垂直固连于金属补强板底面中部；
所述金属补强板上设置有与空心圆柱销连通的通孔；
所述金属补强角盒包括顶板、分别与顶板两侧边固连的两个连接侧板、分别与两个连接侧板固连的第一加强侧板；
所述顶板中部设置有与空心圆柱销匹配的销孔；
所述金属补强板、顶板以及两个连接侧板上均设置有至少一个螺栓连接孔。
进一步地，所述金属补强角盒还包括两个第二加强侧板；
所述第二加强侧板分别与顶板以及一个连接侧板固连。
进一步地，所述金属补强板及顶板上对应设置有设备安装孔。
一种陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特殊之处在于：
包括金属补强板、空心圆柱销、金属补强角盒；
所述金属补强角盒包括底板、分别与底板两侧边固连的两个连接侧板、分别与两个连接侧板及底板固连的至少一个加强侧板；
所述空心圆柱销垂直固连于底板底面中部，其外侧设置有外螺纹；
所述底板上设置有与空心圆柱销连通的通孔；
所述金属补强板中部设置有与空心圆柱销匹配的销孔；
所述两个连接侧板上均设置有至少一个螺栓连接孔。
进一步地，所述加强侧板的数量为一个或两个。
进一步地，所述金属补强板上还设置有设备安装孔。
一种陶瓷基复合材料支架装配方法，基于陶瓷基复合材料支架用金属补强组件的连接，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)加工陶瓷基复合材料支架的零件及金属补强组件；
2)将陶瓷基复合材料支架的零件装配在一起形成支架构件；
3)对支架构件装配面及金属补强组件装配面进行精加工，保证装配面平面度及装配间隙合格；
4)加工支架构件的装配孔预制孔，再利用金刚石涂层铰刀对装配孔预制孔进行超精加工，形成装配孔；
5)将金属补强组件安装到支架构件上，且空心圆柱销与装配孔配合；
6)使用金属螺栓、螺母连接支架构件与金属补强组件。
进一步地，还包括步骤7)和步骤8)：
7)使用树脂胶对产品整体外观进行涂抹；
8)对产品整体外观进行抛光处理，对上下端面进行刮研处理，保证上下端面平面度合格。
进一步地，步骤3)中，所述装配面平面度误差＜0.05mm；所述装配间隙＜0.05mm；
步骤4)中，所述装配孔预制孔的孔径公差为
Figure BDA0002834347460000031
所述装配孔的孔径公差为
Figure BDA0002834347460000032
步骤8)中，所述上下端面平面度误差＜0.002mm。
进一步地，所述步骤6)中，使用金属螺栓、螺母连接支架构件与金属补强组件后，使用机床对金属补强组件的端面进行平磨加工。
本发明相比现有技术的有益效果是：
(1)本发明提供的陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，通过将空心圆柱销垂直固连于金属补强板底面中部，或者将空心圆柱销垂直固连于金属补强角盒底板的底面中部，有利于陶瓷基复合材料支架与金属补强组件之间的快速定位，以及金属补强组件装配过程中的快速定位，且有利于在装配空间狭小等特殊工况下使用；使用该金属补强组件与支架连接，可靠性好，装配精度较高，且便于拆装；
(2)空心圆柱销的空心结构便于后期装配完成后与其他设备接口通过螺栓或销钉定位连接；此外，空心结构可以最大程度减轻产品整体重量，提升飞行器有效飞行载荷；
(3)本发明提供的陶瓷基复合材料支架装配方法，使用上述金属补强组件进行连接装配，支架构件上的装配孔先通过数控机床加工装配孔预制孔，再利用金刚石涂层铰刀对装配孔预制孔进行超精加工，得到装配孔，可有效保证与金属补强组件的空心圆柱销配合安装精度；
(4)装配时，先通过空心圆柱销进行定位安装，再使用螺栓、螺母进行固定连接，有效解决了采用胶粘方式连接存在的可靠性差等问题，以及仅采用螺栓连接存在的重复安装定位精度无法保证等问题；使用树脂胶对产品整体外观进行涂抹，从而将支架构件与金属补强组件之间的微小装配间隙进行封灌，进一步提高了支架构件与金属补强组件的连接可靠性。
附图说明
图1是本发明金属补强组件与支架构件的装配结构示意图；
图1中，01-支架构件；
图2是图1中A处的局部拆分图；
图2中，11-金属补强板，12-空心圆柱销，13-金属补强角盒，131-顶板，132-连接侧板，133-第一加强侧板，134-第二加强侧板，14-通孔，15-销孔，16-螺栓连接孔，17-设备安装孔；
图3是图1中B处的局部拆分图；
图3中，21-金属补强板，22-空心圆柱销，23-金属补强角盒，231-底板，232-连接侧板，233-加强侧板，24-通孔，25-销孔，26-螺栓连接孔，27-设备安装孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供的两种金属补强组件与陶瓷基复合材料支架构件的装配结构如图1所示，第一种金属补强组件装配在支架构件01的上支角处，第二种金属补强组件装配在支架构件01的下支角处。
具体来说，第一种金属补强组件如图2所示，包括金属补强板11、空心圆柱销12、金属补强角盒13。
空心圆柱销12垂直固连于金属补强板11底面中部，金属补强板11上设置有与空心圆柱销12连通的通孔14，从而形成传感器通道。
该金属补强角盒13为六面角盒，包括顶板131、分别与顶板131两侧边固连的两个连接侧板132、分别与两个连接侧板132固连的第一加强侧板133、分别与顶板131以及一个连接侧板132固连的两个第二加强侧板134。
顶板131中部设置有与空心圆柱销12匹配的销孔15；金属补强板11、顶板131以及两个连接侧板132上均设置有至少一个螺栓连接孔16，用于通过螺栓与支架构件01固定连接；金属补强板11及顶板131上对应设置有设备安装孔17。
第二种金属补强组件如图3所示，包括金属补强板21、空心圆柱销22、金属补强角盒23。
该金属补强角盒23为四面角盒，包括底板231、分别与底板231两侧边固连的两个连接侧板232、分别与两个连接侧板232及底板231固连的加强侧板233。
空心圆柱销22垂直固连于底板231底面中部，其外侧设置有外螺纹，用于装配后通过螺母固定；底板231上设置有与空心圆柱销22连通的通孔24，从而形成传感器通道。
金属补强板21中部设置有与空心圆柱销22匹配的销孔25；两个连接侧板232上均设置有至少一个螺栓连接孔26，用于通过螺栓与支架构件01固定连接；金属补强板21上还设置有设备安装孔27。
本发明提供的陶瓷基复合材料支架装配方法，基于陶瓷基复合材料支架用金属补强组件的连接，包括以下步骤：
1)加工陶瓷基复合材料支架的零件及金属补强组件；
2)将陶瓷基复合材料支架的零件装配在一起形成支架构件；
3)通过数控机床对支架构件装配面及金属补强组件装配面进行精加工，保证装配面平面度及装配间隙合格，具体来说，装配面平面度误差＜0.05mm，装配间隙＜0.05mm；
4)通过数控机床加工支架构件的装配孔预制孔，保证装配孔预制孔的孔径公差为
Figure BDA0002834347460000061
再利用金刚石涂层铰刀对装配孔预制孔进行超精加工，形成装配孔，并保证装配孔的孔径公差为
Figure BDA0002834347460000062
5)将金属补强组件安装到支架构件上，且空心圆柱销与装配孔配合；
6)使用金属螺栓、螺母连接支架构件与金属补强组件，并使用机床对金属补强组件的端面进行平磨加工，保证产品安装精度；
7)装配完成后，使用毛刷蘸取树脂胶对产品整体外观进行涂抹；
8)对产品整体外观进行抛光处理，对上下端面进行刮研处理，保证上下端面平面度误差＜0.002mm。

Claims (10)

1.一种陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特征在于：
包括金属补强板(11)、空心圆柱销(12)、金属补强角盒(13)；
所述空心圆柱销(12)垂直固连于金属补强板(11)底面中部；
所述金属补强板(11)上设置有与空心圆柱销(12)连通的通孔(14)；
所述金属补强角盒(13)包括顶板(131)、分别与顶板(131)两侧边固连的两个连接侧板(132)、分别与两个连接侧板(132)固连的第一加强侧板(133)；
所述顶板(131)中部设置有与空心圆柱销(12)匹配的销孔(15)；
所述金属补强板(11)、顶板(131)以及两个连接侧板(132)上均设置有至少一个螺栓连接孔(16)。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特征在于：
所述金属补强角盒(13)还包括两个第二加强侧板(134)；
所述第二加强侧板(134)分别与顶板(131)以及一个连接侧板(132)固连。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特征在于：
所述金属补强板(11)及顶板(131)上对应设置有设备安装孔(17)。
4.一种陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特征在于：
包括金属补强板(21)、空心圆柱销(22)、金属补强角盒(23)；
所述金属补强角盒(23)包括底板(231)、分别与底板(231)两侧边固连的两个连接侧板(232)、分别与两个连接侧板(232)及底板(231)固连的至少一个加强侧板(233)；
所述空心圆柱销(22)垂直固连于底板(231)底面中部，其外侧设置有外螺纹；
所述底板(231)上设置有与空心圆柱销(22)连通的通孔(24)；
所述金属补强板(21)中部设置有与空心圆柱销(22)匹配的销孔(25)；
所述两个连接侧板(232)上均设置有至少一个螺栓连接孔(26)。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料支架用金属补强组件，其特征在于：
所述加强侧板(233)的数量为一个或两个。
6.根据权利要求4或5所述的陶瓷基复合材料用金属补强组件，其特征在于：
所述金属补强板(21)上还设置有设备安装孔(27)。
7.一种陶瓷基复合材料支架装配方法，基于陶瓷基复合材料支架用金属补强组件的连接，其特征在于，包括以下步骤：
1)加工陶瓷基复合材料支架的零件及金属补强组件；
2)将陶瓷基复合材料支架的零件装配在一起形成支架构件；
3)对支架构件装配面及金属补强组件装配面进行精加工，保证装配面平面度及装配间隙合格；
4)加工支架构件的装配孔预制孔，再利用金刚石涂层铰刀对装配孔预制孔进行超精加工，形成装配孔；
5)将金属补强组件安装到支架构件上，且空心圆柱销与装配孔配合；
6)使用金属螺栓、螺母连接支架构件与金属补强组件。
8.根据权利要求7所述的陶瓷基复合材料支架装配方法，其特征在于，还包括步骤7)和步骤8)：
7)使用树脂胶对产品整体外观进行涂抹；
8)对产品整体外观进行抛光处理，对上下端面进行刮研处理，保证上下端面平面度合格。
9.根据权利要求8所述的陶瓷基复合材料支架装配方法，其特征在于：
步骤3)中，所述装配面平面度误差＜0.05mm；所述装配间隙＜0.05mm；
步骤4)中，所述装配孔预制孔的孔径公差为
Figure FDA0002834347450000031
所述装配孔的孔径公差为
Figure FDA0002834347450000032
步骤8)中，所述上下端面平面度误差＜0.002mm。
10.根据权利要求7至9任一所述的陶瓷基复合材料支架装配方法，其特征在于：
所述步骤6)中，使用金属螺栓、螺母连接支架构件与金属补强组件后，使用机床对金属补强组件的端面进行平磨加工。
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