CN112810165B - 一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装及设计方法。该组合工装包括工装平台、以所述工装平台为定位基准进行定位连接的装配定位座、以所述工装平台为定位基准进行定位连接的分段工装和以所述工装平台或分段工装为基准进行定位连接的附属定位工装。该发明通过一套组合工装满足多个零件的成型需求，同时保证零件之间、与其它零件间的装配精度要求，采用该工装可以显著节约生产成本、降低工艺复杂程度、缩短生产周期，具有较好的市场应用前景。

Description

一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装及设计方法

技术领域

本发明属于复合材料零件成型/装配工装设计技术领域，涉及一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装及设计方法。

背景技术

复合材料由于其比强度高、比刚度高、结构一体化程度高等优异特性，广泛应用于先进的飞机结构中，尤其在襟翼、副翼、升降舵、方向舵等部件已有着广泛应用。这类动部件受结构尺寸及功能性的要求通常设计为多段结构，通过接头互相连接成整段后与机翼或尾翼连接，对装配定位精度有着较高的要求。

目前这类零件的制造一般采用成型工装+装配工装的形式进行制造，先通过每段零件的成型工装完成零件成型，再通过装配工装进行定位、修配、连接。其缺点是每段零件需要单独成型，所需成型工装数量多，消耗较多资金、空间、人员等各类资源；每段零件各自的制造误差会累计到装配工装上，为保证装配质量常常需带余量装配，导致装配过程繁琐、修配量大，需要反复调整零件位置以达到装配要求；成型过程与装配过程仅通过数字化模型相关联，复合材料零件成型过程中的热力学变形无法得到有效控制，增加装配难度。

因此，发明人提供了一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装及设计方法，可以有效解决上文提到的现有装备方式消耗工装数量多、资源消耗多，装配过程繁琐、修配量大的缺点，并通过成型过程中的定位限制了复合材料零件的热力学变形。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装及设计方法，通过一套工装满足多个零件的成型需求，同时保证零件之间、与其它零件间的装配精度要求。采用该工装可以达到节约生产成本、降低工艺复杂程度、缩短生产周期的效用。

(2)技术方案

第一方面，本发明提出了一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装，包括：工装平台，所述工装平台尺寸和结构需要根据装配的每个复合材料零件的尺寸进行设计；以所述工装平台为定位基准进行定位连接的装配定位座，所述装配定位座需要根据装配连接关系和需要装配的每个复合材料零件位置、尺寸进行分别设计；以所述工装平台为定位基准进行定位连接的分段工装，所述分段工装需要根据多个复合材料零件的结构外形进行设计；以所述工装平台或分段工装为基准进行定位连接的附属定位工装。

进一步地，所述工装平台设有的多个基准定位孔，用以定位连接所述装配定位座、分段工装和附属定位工装；

所述装配定位座底部设有与所述工装平台定位连接的装配定位孔，所述装配定位座设有满足装配精度要求的多个装配连接孔，用以定位连接多个复合材料零件接头，可以保证装配关系定位的精准性；

所述分段工装上有多个分段定位孔和分段连接孔；所述分段定位孔与所述工装平台基准定位孔相连用以精准定位，也可与所述附属定位工装进行定位连接；所述分段连接孔用于蒙皮、边肋、中肋、梁等零件的连接；

所述附属定位工装上有多个附属定位孔和附属连接孔，所述附属定位孔通过与所述工装平台基准定位孔连接或所述分段工装的分段定位孔连接实现精准定位，所述附属连接孔用于梁、肋等零件的连接。

进一步地，所述附属定位工装包括但不限于边肋定位工装、中肋定位工装、梁定位工装。

进一步地，所述工装平台设有真空接口、导气槽、预埋热电偶等用于复合材料热压罐成型所需的相关装置，满足复合材料成型需求。

进一步地，所述工装平台作为组合型工装的定位连接基准，满足刚度、强度、气密性要求。

进一步地，每个所述分段工装均可在所述工装平台上单独拆装，可满足单个复合材料零件的成型需求。

进一步地，所述工装平台采用面板+框架的结构，材料选择Q345钢，可以保证工装的刚强度及使用要求。

第二方面，提供了一种复合材料零件装配成型的组合工装的设计方法，该方法包括以下步骤：

第一，需要根据装配的每个复合材料零件的尺寸进行设计工装平台的尺寸和结构；所述工装平台的长度方向的两端需预留边肋定位工装的位置尺寸及导气槽、封装边缘等空间；宽度方向的一端需留出装配定位座的位置尺寸及导气槽、封装边缘等空间；高度上满足操作需求及成型过程中热传导的需求；

第二，根据装配连接关系和需要装配的每个复合材料零件位置、尺寸进行分别设计装配定位座；

第三，根据多个复合材料零件的结构外形进行设计分段工装；

第四，根据单个复合材料零件的形状、尺寸和装配关系设计附属定位工装。

第三方面，提供了一种采用第一方面的复合材料零件装配成型的组合工装的使用方法，该方法包括以下步骤：

①将所述装配定位座、分段工装与工装平台相连接，所有复合材料零件的待胶接表面预先铺覆胶接用材料，所述胶接用材料包括但不限于胶膜、发泡胶；

②通过所述装配定位座的装配连接孔定位连接每个待胶接复合材料零件接头；

③通过分段工装定位连接下蒙皮与后缘条；

④将待胶接复合材料零件的边肋、中肋、梁与其对应的附属定位工装连接后，定位连接至工装平台与分段工装；

⑤在所述边肋、中肋、梁、后缘条围成的空间内放入芯材；

⑥通过所述附属定位工装上的附属连接孔定位连接上蒙皮；

⑦在所述工装平台上完成真空封装，检查工装真空度是否满足成型要求；

⑧通过烘箱或热压罐完成多个复合材料零件的热成型；

⑨成型后，拆除固定零件用的连接钉，依次去除装配定位座、附属定位工装，将零件从分段工装上拿起，将组合工装复位，成型工装结束。

进一步地，所述附属定位工装包括梁定位工装、边肋定位工装、中肋定位工装；步骤⑨的拆除顺序为：固定零件用的连接钉、装配定位座、梁定位工装、边肋定位工装、中肋定位工装。

(3)有益效果

综上，本发明通过设计组合式工装平台，将成型工装+装配工装融合为一个过程，与传统的“成型工装+装配工装”的工装形式相比，可以大大减少工装制造费用及使用维护费用，实现低成本制造；同时在装配关系下多个零件共同成型，可以节约装配资源，提升装配质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种复合材料零件装配成型的组合工装的总体结构示意图；

图2是图1所示复合材料零件装配成型的组合工装的局部放大图；

图3是装配定位座的结构示意图；

图4是本发明实施例的一种复合材料零件装配扰流板的组合工装的总体结构示意图；

图5是图4所示的对应零件的结构示意图。

图中：

1-工装平台；2-装配定位座；3-分段工装；4-边肋定位工装；5-中肋定位工装；6-梁定位工装；7-主操纵接头；8-辅助操纵接头；9-下蒙皮；10-蜂窝芯材；11-上蒙皮；12-边肋；13-中肋；14-梁；15-后缘条。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

图1是本发明实施例的一种复合材料零件装配成型的组合工装的总体结构示意图；图2是图1所示的复合材料零件装配成型的组合工装的局部放大图；图3是装配定位座的结构示意图。如图1-3所示，包括：工装平台1，所述工装平台1的尺寸和结构需要根据装配的每个复合材料零件的尺寸进行设计；以所述工装平台1为定位基准进行定位连接的装配定位座2，所述装配定位座2需要根据装配连接关系和需要装配的每个复合材料零件位置、尺寸进行分别设计；以所述工装平台1为定位基准进行定位连接的分段工装3，所述分段工装3需要根据多个复合材料零件的结构外形进行设计；以所述工装平台1或分段工装3为基准进行定位连接的附属定位工装4，所述附属定位工装包括边肋定位工装4、中肋定位工装5、梁定位工装6。

所述工装平台1设有的多个基准定位孔，用以定位连接所述装配定位座2、分段工装3和附属定位工装4；

所述装配定位座2底部设有与所述工装平台1定位连接的装配定位孔，所述装配定位座2设有满足装配精度要求的多个装配连接孔，用以定位连接多个复合材料零件接头，可以保证装配关系定位的精准性；

所述分段工装3上有多个分段定位孔和分段连接孔；所述分段定位孔与所述工装平台1基准定位孔相连用以精准定位，也可与所述附属定位工装4进行定位连接；所述分段连接孔用于蒙皮、边肋、中肋、梁的连接；

所述附属定位工装4上有多个附属定位孔和附属连接孔，所述附属定位孔通过与所述工装平台1基准定位孔连接或所述分段工装3的分段定位孔连接实现精准定位，所述附属连接孔用于梁、肋等零件的连接。

进一步地，所述工装平台1设有真空接口、导气槽、预埋热电偶等用于复合材料热压罐成型所需的相关装置，满足复合材料成型需求和刚度、强度、气密性要求。

进一步地，每个所述分段工装3均可在所述工装平台1上单独拆装，可满足单个复合材料零件的成型需求。

进一步地，所述工装平台1采用面板+框架的结构，材料选择Q345钢，可以保证工装的刚强度及使用要求。

实施例2

图4是本发明实施例的一种复合材料零件装配扰流板的组合工装的总体结构示意图；图5是图4所示的对应零件的结构示意图。结合图1-5，以某型飞机单侧内襟翼扰流板的成型工装设计为实施例介绍用于复合材料零件装配成型的组合工装的设计方法。

首先介绍下扰流板基本情况：该扰流板的最大尺寸约为长7130mm×宽880mm×高220mm。扰流板为分段式结构，共分为4件，每件扰流板的结构设计方法为：

第一、根据该扰流板的总尺寸设计工装平台1，工装平台1的长度方向的两端需预留边肋定位工装的空间及导气槽、封装边缘等空间；宽度方向的一端需留出装配定位座的空间及导气槽、封装边缘等空间；高度上不受零件尺寸的影响，但考虑到操作需求及成型过程中热传导的需求，采用面板+框架的结构，材料选择Q345钢，可以保证工装的刚强度及使用要求。最终设计工装平台1的尺寸为长7750mm×宽1140mm×高630mm，其中面板厚度为30mm，设有与装配定位座2、分段工装3、边肋定位工装4、中肋定位工装5、梁定位工装6等定位连接的基准定位孔(以连接螺纹孔、定位销孔等形式存在)；

第二、根据扰流板结构和装配连接关系设计多个复合材料零件的装配定位座2。装配定位座2底部设有与工装平台1定位连接的装配定位孔，并以主操纵接头7、辅助操纵接头8的装配连接孔为基准设计装配定位连接孔，通过销钉与主操纵接头7、辅助操纵接头8定位连接。材料选择Q345钢并淬火硬化处理，可以保证对装配关系定位的准确性。

第三、根据4件扰流板零件的结构外形设计分段工装3。分段工装3的型面与对应的下蒙皮9的外型面一致，四周设有与工装平台1的定位连接的分段定位孔，并互不干涉，可单独拆装；四周还设有定位连接孔位用于定位连接下蒙皮9、边肋12、中肋13、梁14、后缘条15。

第四、根据4件扰流板零件的结构外形设计其附属定位工装(边肋定位工装4、中肋定位工装5、梁定位工装6。所述边肋定位工装4、中肋定位工装5、梁定位工装6的外型面与对应的边肋12、中肋13、梁14相同，四周设有附属连接孔用于上蒙皮11、边肋12、中肋13、梁14的连接。分段工装(3)及其附属定位工装的材料选择Q345钢，可以保证工装的刚强度及使用要求。

实施例3

以下结合图1-图5，以某型飞机单侧内襟翼扰流板的成型工装设计为实施例介绍一种复合材料零件装配成型的组合工装的装配方法。

主要包括以下步骤：

①将工装各部分清理干净，将装配定位座2、分段工装3与工装平台1相连接，各复合材料零件的待胶接表面预先铺覆胶膜、发泡胶等胶接用材料；

②通过装配定位座2定位连接主操纵接头7及辅助操纵接头8；

③通过分段工装3定位连接下蒙皮9与后缘条15；

④将边肋12、中肋13、梁14与其对应的边肋定位工装4、中肋定位工装5、梁定位工装6连接后，定位连接至工装平台1与分段工装3；

⑤在边肋12、中肋13、梁14、后缘条15围成的空间内放入蜂窝芯材10；

⑥通过边肋定位工装4、中肋定位工装5、梁定位工装6上的定位孔定位连接上蒙皮11；

⑦在工装平台1上完成真空封装，检查工装真空度是否满足成型要求；

⑧通过烘箱/热压罐等设备完成多个复合材料零件的热成型。

⑨成型后，拆除固定零件用的连接钉，依次去除装配定位座2、梁定位工装6、边肋定位工装4、中肋定位工装5，将零件从分段工装3上拿起，将工装复位，成型工装使用完毕。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种复合材料零件成型及装配定位的组合工装，其特征在于，包括：

工装平台，所述工装平台尺寸和结构根据装配的每个复合材料零件的尺寸进行设计；

以所述工装平台为定位基准进行定位连接的装配定位座，所述装配定位座需要根据装配连接关系和需要装配的每个复合材料零件位置、尺寸进行分别设计；

以所述工装平台为定位基准进行定位连接的分段工装，所述分段工装需要根据多个复合材料零件的结构外形进行设计；

以所述工装平台或分段工装为基准进行定位连接的附属定位工装；

所述工装平台设有多个基准定位孔，用以定位连接所述装配定位座、分段工装和附属定位工装；

所述装配定位座的底部设有与所述工装平台定位连接的装配定位孔，所述装配定位座设有满足装配精度要求的多个装配连接孔，用以定位连接多个复合材料零件接头；

所述分段工装上有多个分段定位孔和分段连接孔；所述分段定位孔与所述工装平台基准定位孔相连用以精准定位，也可与所述附属定位工装进行定位连接；所述分段连接孔用于零件的连接，所述零件包括蒙皮、边肋、中肋、梁；

所述附属定位工装上有多个附属定位孔和附属连接孔，所述附属定位孔与所述工装平台基准定位孔连接或与所述分段工装的分段定位孔连接实现精准定位，所述附属连接孔用于梁、肋零件的连接。

2.根据权利要求1所述的复合材料零件成型及装配定位的组合工装，其特征在于，所述附属定位工装包括边肋定位工装、中肋定位工装、梁定位工装。

3.根据权利要求2所述的复合材料零件成型及装配定位的组合工装，其特征在于，所述工装平台设有用于复合材料热压罐成型所需的相关装置,包括真空接口、导气槽、预埋热电偶。

4.根据权利要求3所述的复合材料零件成型及装配定位的组合工装，其特征在于，所述工装平台作为组合型工装的定位连接基准，满足刚度、强度、气密性要求。

5.根据权利要求4所述的复合材料零件成型及装配定位的组合工装，其特征在于，每个所述分段工装均可在所述工装平台上单独拆装，可满足单个复合材料零件的成型及装配定位需求。

6.根据权利要求5所述的复合材料零件成型及装配定位的组合工装，其特征在于，所述工装平台采用面板+框架结构，材料选择Q345钢。

7.根据权利要求1-6任一所述的复合材料零件成型及装配定位的组合工装的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一，需要根据装配的每个复合材料零件的尺寸进行设计工装平台的尺寸和结构；所述工装平台的长度方向的两端需预留边肋定位工装的位置尺寸及导气槽、封装边缘空间；宽度方向的一端需留出装配定位座的位置尺寸及导气槽、封装边缘空间；高度上满足操作需求及成型过程中热传导的需求；

第二，根据装配连接关系和需要装配的每个复合材料零件位置、尺寸进行分别设计装配定位座；

第三，根据多个复合材料零件的结构外形分别设计分段工装；

第四，根据单个复合材料零件的形状、尺寸和装配关系分别设计附属定位工装。

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