CN113650200A - 一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，包括底部支撑组件、小端封头定位组件、筒段定位组件和大端封头定位组件，底部支撑组件包括底板、底部支撑柱、底部定位圆盘以及N个限位隔板，小端封头定位组件包括小端连接板、小端支撑柱、小端定位卡盘以及小端压盘，筒段定位组件包括筒段连接板、筒段支撑柱、筒段定位圆盘以及筒段压盘，大端封头定位组件包括大端连接板、大端支撑柱、大端连接圆盘、大端定位卡盘以及大端压盘。在胶接分体式复合材料芯模零部件时，有效利用小端封头、筒段和大端封头各分瓣模一端尺寸相同的特点，采用同一底部支撑组件进行定位紧固，避免因不同零件间尺寸、位置及表面质量的差异造成误差，提高胶接精度。

Description

一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机壳体制造领域，具体涉及的是一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装。

背景技术

分体式复合材料芯模是制造固体火箭发动机壳体的模具，壳体成型过程中芯模要承受来自纤维缠绕的压力以及固化过程中的交变高温载荷。因此，必须确保分体式复合材料芯模整体结构的稳定性。

分体式复合材料芯模包括同轴安装的大端封头、筒段、小端封头、金属连接支撑件和芯轴系。其中，大端封头、筒段和小端封头是由多个复合材料分瓣模构成；金属连接支撑件包括与大端封头、筒段、和小端封头适配且将三者连接的第一大端连接支撑件、第二大端连接支撑件、楔形连接支撑件、第一筒段连接支撑件、第二筒段连接支撑件、第一小端连接支撑件和第二小端连接支撑件。大端封头、筒段和小端封头的各个分瓣模通过共胶接技术与各个金属连接支撑件连接，即在复合材料件与金属连接支撑件之间预置胶模再经高温固化制成。

目前，在复合材料件和金属连接支撑件之间预置胶模后再采用G型夹夹紧来保证胶接的精度。然而，在高温环境下，复合材料件、金属连接支撑件以及G型夹之间的热膨胀系数的差异以及胶模受热后的软化行为，会导致复合材料件与金属连接支撑件相对位置出现偏差，甚至在固化完成后G型夹与制成的分瓣模之间存在一定的间隙。上述这种固定方式无法保证复合材料件与金属连接支撑件之间的胶接精度，给分体式复合材料芯模的装配工作带来很大困难，影响装配效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有胶接方法无法确保复合材料件与金属连接支撑件之间的胶接精度，从而影响分体式复合材料芯模装配的问题，而提供一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特殊之处在于：包括底部支撑组件、小端封头定位组件、筒段定位组件和大端封头定位组件；小端封头定位组件、筒段定位组件和大端封头定位组件共用所述底部支撑组件；

所述底部支撑组件包括底板、底部支撑柱、底部定位圆盘以及N个限位隔板；

所述底部支撑柱的两端分别与底板和底部定位圆盘的中心垂直连接；所述底部定位圆盘沿周向被N个限位隔板隔开，形成N个胶接工位，每个胶接工位的底部定位圆盘上均设置有与分体式复合材料芯模各分瓣模下端金属支撑连接件安装孔配合的定位孔，两者之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位；所述限位隔板与和分体式复合材料芯模各分瓣模下端接触面相互配合，其尺寸由小端封头、筒段和大端封头各分瓣模下端的尺寸决定；

所述小端封头定位组件包括小端连接板、小端支撑柱、小端定位卡盘以及小端压盘；小端封头定位组件通过小端连接板可拆卸式地安装在所述底部定位圆盘上表面(例如：小端连接板上设置有螺纹孔与销孔，其与底部定位圆盘之间通过螺栓连接以及定位销定位)；其中，小端支撑柱的两端分别与小端连接板和小端定位卡盘的中心垂直连接；小端定位卡盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模小端封头分瓣模上端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线，且小端定位卡盘的内部环形曲面与小端封头各分瓣模上端金属支撑连接件的环形曲面相匹配，小端压盘位于小端定位卡盘上方，并于小端支撑柱连接(同样，可通过相互配合的螺纹孔与销孔及相应的紧固件)；

在胶接小端封头各分瓣模及对应的金属支撑连接件时，小端封头各分瓣模下端金属支撑连接件的下表面与底部定位圆盘的上表面配合，通过紧固件实现连接和定位，小端封头各分瓣模上端金属支撑连接件由小端定位卡盘及其上的刻线实现定位；小端封头各分瓣模通过限位隔板及小端封头各分瓣模两端的金属支撑连接件之间的配合实现定位，由小端压盘实现紧固；

所述筒段定位组件包括筒段连接板、筒段支撑柱、筒段定位圆盘以及筒段压盘，筒段定位组件通过筒段连接板可拆卸式地安装在所述底部定位圆盘上表面(例如：筒段连接板上设置有螺纹孔与销孔，其与底部定位圆盘之间通过螺栓连接以及定位销定位)；其中，筒段支撑柱的下端与筒段连接板中心垂直连接，筒段定位圆盘同轴套设在筒段支撑柱的上端，并通过位于筒段定位圆盘上方的筒段压盘将筒段定位圆盘与筒段支撑柱连接(即筒段压盘同时与筒段定位圆盘与筒段支撑柱连接，进而将两者连接，比如：筒段支撑柱、筒段定位圆盘上分别设有与筒段压盘相互配合的螺纹孔与销孔)；筒段定位圆盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模筒段各分瓣模上端金属支撑连接件安装孔配合的定位孔；

对于筒段各分瓣模及对应的金属连接件，所述筒段封头各分瓣模下端金属支撑连接件的上表面与底部定位圆盘的下表面配合，通过紧固件实现连接和定位，筒段封头各分瓣模上端金属支撑连接件的下表面与筒段定位圆盘的上表面配合，通过紧固件实现连接和定位；筒段各分瓣模通过限位隔板及筒段各分瓣模两端的金属支撑连接件之间的配合实现定位；

所述大端封头定位组件包括大端连接板、大端支撑柱、大端定位卡盘、大端连接圆盘以及大端压盘；大端封头定位组件通过大端连接板可拆卸式地安装在所述底部定位圆盘上表面(例如：大端连接板上设置有螺纹孔与销孔，其与底部定位圆盘之间通过螺栓连接以及定位销定位)；其中，大端支撑柱的下端与大端连接板中心垂直连接，大端定位卡盘同轴套设在大端支撑柱的上端，并通过位于大端定位圆盘上方的大端连接圆盘将大端定位卡盘与大端支撑柱连接(即大端连接圆盘和大端支撑柱之间、大端连接圆盘和大端定位卡盘之间以及大端压盘和大端连接板之间设置有相互配合的螺纹孔和销孔)；大端定位卡盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模大端封头分瓣模上端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线，且大端定位卡盘的内部环形曲面与分体式复合材料芯模大端封头各分瓣模上端金属支撑连接件的环形曲面相匹配；

对于大端封头各分瓣模及对应的金属连接件，所述大端封头各分瓣模下端金属支撑连接件的上表面与底部定位圆盘的下表面配合，通过紧固件实现连接和定位，大端封头各分瓣模上端金属支撑连接件由大端定位卡盘及其上的轮廓刻线实现定位；大端封头各分瓣模通过限位隔板及大端封头各分瓣模两端的金属支撑连接件之间的配合实现定位。

进一步地，为了确保精准预定位，提升胶接效率和精度，所述底部定位圆盘上设有与小端封头、筒段和大端封头上各分瓣模下端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线。

进一步地，所述N个限位隔板和底部定位圆盘上均设置有安装孔，限位隔板通过紧固件(比如铰制孔螺栓)安装在底部定位圆盘上，实现连接与定位，且限位隔板与分体式复合材料芯模各分瓣模的接触面相互配合。

进一步地，为了确保精准预定位，提升胶接效率和精度，所述筒段定位圆盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模筒段分瓣模上端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线。

进一步地，所述底部支撑柱分别与底板、底部定位圆盘之间焊接；所述小端支撑柱分别与小端连接板、小端定位卡盘之间焊接；所述筒段连接板与筒段支撑柱之间焊接；所述大端连接板与大端支撑柱之间焊接；上述组件由于使用频率以及后期并不需要拆卸，最好采用焊接，以提高作业效率及延长使用寿命，当然，也可根据实际需要采用其他方法固连。

进一步地，底部支撑柱、小端支撑柱、筒段支撑柱和大端支撑柱均采用空心金属，小端压盘和大端压盘内部进行挖空设计，减轻了胶接工装整体的重量。

本发明还提供了利用上述胶接工装对分体式复合材料芯模各分瓣模进行胶接的方法，分别如下：

一、小端封头各分瓣模胶接的方法包括以下步骤：

1)组装小端封头胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；即依次安装底板、底部支撑柱、底部定位圆盘和限位隔板；

1.2)在底部支撑组件上安装小端封头定位组件，组装好小端封头胶接工装；即依次安装小端连接板、小端支撑柱、小端定位卡盘；

2)将小端封头各分瓣模预置在小端封头胶接工装上

2.1)在底部定位圆盘和小端定位卡盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将小端封头各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件分别与小端封头分瓣模夹紧；

需要注意的是，由于下端金属支撑连接件的下表面为定位面，因此与底部定位圆盘上表面配合的是下端金属支撑连接件的下表面。此时下端金属支撑连接件与底部定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，上端金属支撑连接件由小端定位卡盘和及其上的刻线实现定位，小端分瓣模通过限位隔板及其与下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件之间的配合实现定位；

2.3)安装小端压盘，并采用紧固件将小端压盘和小端支撑柱进行连接，实现对预置完成的小端封头各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装小端封头各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对小端封头各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装小端封头各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温；

4.2)依次拆卸小端压盘、G型夹以及下端金属支撑连接件上的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的小端封头分瓣模。

重复该方法，可完成对所有小端封头各分瓣模的胶接。

二、筒段各分瓣模胶接的方法包括以下步骤：

1)组装筒段胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；即依次安装底板、底部支撑柱、底部定位圆盘和限位隔板；

1.2)在底部支撑组件上安装筒段定位组件，组装好筒段胶接工装；即依次安装筒段连接板、筒段支撑柱和筒段定位圆盘；

2)将筒段各分瓣模预置在筒段胶接工装上；

2.1)在底部定位圆盘和筒段定位圆盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将筒段各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上分别与筒段分瓣模夹紧；

需要注意的是，由于下端金属支撑连接件的上表面和上端金属支撑连接件的下表面是定位面，因此与底部定位圆盘下表面配合的是下端金属支撑连接件的上表面，与筒段定位圆盘上表面配合的是上端金属支撑连接件的下表面。此时下端金属支撑连接件与底部定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，上端金属支撑连接件与筒段定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，复合材料件通过限位隔板及其与下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件之间的配合实现定位；

2.3)安装筒段压盘，并采用紧固件将筒段压盘与筒段支撑柱及筒段定位圆盘进行连接，实现对预置完成的筒段各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装筒段各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对筒段各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装筒段各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温，

4.2)依次拆卸筒段压盘、G型夹、下端金属支撑连接件上和上端金属支撑连接件的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的筒段分瓣模。

重复该方法，可完成对所有筒段各分瓣模的胶接。

三、大端封头各分瓣模胶接的方法包括以下步骤：

1)组装大端封头胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；即依次安装底板、底部支撑柱、底部定位圆盘和限位隔板；

1.2)在底部支撑组件上安装大端封头定位组件，组装好大端封头胶接工装；即依次安装大端连接板、大端支撑柱、大端定位卡盘和大端连接圆盘；

2)将小端封头各分瓣模预置在小端封头胶接工装上

2.1)在底部定位圆盘和大端定位卡盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将大端封头各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件分别与大端封头各分瓣模夹紧。

需要注意的是，由于下端金属支撑连接件的上表面为定位面，因此与底部定位圆盘上表面配合的是下端金属支撑连接件的上表面。此时下端金属支撑连接件与底部定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，上端金属支撑连接件由大端定位卡盘和及其上的刻线实现定位，复合材料件通过限位隔板及其与下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件之间的配合实现定位；

2.3)安装大端压盘，并采用紧固件将大端压盘和大端连接板进行连接，实现对预置完成的大端封头各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装大端封头各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对大端封头各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装大端封头各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温；

4.2)依次拆卸大端压盘、G型夹以及下端金属支撑连接件上的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的大端封头分瓣模。

需要注意的是，此时由于下端金属支撑连接件的上表面与底部定位圆盘下表面配合，上端金属支撑连接件的环形曲面与大端定位卡盘内部的环形曲面相互配合，无法直接拆卸。此时需分别拆卸大端连接圆盘与大端支撑柱、大端定位卡盘之间的螺钉和定位销，然后拆卸大端连接圆盘，然后大端定位卡盘与大端连接圆盘分开后掉落到底部定位圆盘上，再拆卸大端封头各个分瓣模。

重复该方法多次，可完成对所有大端封头各分瓣模的胶接。

本发明的优点是：

1.本发明在胶接分体式复合材料芯模零部件时，有效利用小端封头、筒段和大端封头各个分瓣模一端尺寸相同的共同点，采用同一底部支撑组件对其进行定位和紧固，避免了因不同零件之间尺寸、位置以及表面质量的差异造成的误差，从而提高了胶接精度。

2.本发明在与分体式复合材料各个分瓣模接触处采用和接触轮廓相互配合的刻线，将各分瓣模预置在胶接工装时通过参考刻线位置对其进行初步定位，同时利用铰制孔螺栓将胶接工装和各个分瓣模的金属连接支撑件连接，利用G型夹将各个分瓣模的金属连接支撑件和复合材料件连接，保证了各个分瓣模与胶接工装之间的装配精度。

3.本发明充分考虑到大端封头各分瓣模特殊的结构特点，即大端封头各分瓣模下端金属连接支撑件的上表面与底部定位圆盘下表面配合，上端金属连接支撑件的环形曲面与大端定位卡盘内部的环形曲面相互配合，导致无法直接拆卸，在设计大端封头定位组件时引入大端连接圆盘，拆卸大端连接圆盘后大端定位卡盘会掉落在底部定位圆盘上，从而实现对大端封头各分瓣模的拆卸。

4.本发明的底部、小端、筒段和大端的支撑柱均采用空心金属，小端压盘和大端压盘内部进行挖空设计，减轻了胶接工装整体的重量。

5.本发明具有便于拆装、可重复使用、维护成本低以及定位精度高等优点，可提高胶接精度，以及分体式复合材料芯模的装配效率。

附图说明

图1为分体式复合材料芯模的结构示意图；

图2为图1沿的B-B截面的剖视图；

图3为分体式复合材料芯模各个连接处的结构示意图；

图1-图3中的附图标号如下：

01-大端封头；02-筒段；03-小端封头；04-连接支撑组件；05-芯轴系；06-大端锁紧螺母；07-大端接头压盖；08-大端接头；09-大端钩盘；010-大端定位环；011-小端锁紧螺母；012-小端接头压盖；013-小端接头；014-小端平键；015-小端限位套；016-芯轴；017-第一大端连接支撑件；018-第二大端连接支撑件；019-楔形连接支撑件；020-第一筒段连接支撑件；021-第二筒段连接支撑件；022-第一小端连接支撑件；023-第二小端连接支撑件；024-第三小端连接支撑件。

图4为本发明底部支撑组件与小端封头定位组件的结构示意图；

图5为本发明底部支撑组件与小端封头定位组件的主视图；

图6为本发明底部支撑组件与小端封头定位组件的剖视图；

图7为本发明底部支撑组件与小端封头定位组件的俯视图；

图8为本发明底部支撑组件与筒段定位组件的结构示意图；

图9为本发明底部支撑组件与筒段定位组件的主视图；

图10为本发明底部支撑组件与筒段定位组件的剖视图；

图11为本发明底部支撑组件与筒段定位组件的俯视图；

图12为本发明底部支撑组件与大端封头定位组件的结构示意图；

图13为本发明底部支撑组件与大端封头定位组件的主视图；

图14为本发明底部支撑组件与大端封头定位组件的剖视图；

图15为本发明底部支撑组件与大端封头定位组件的俯视图。

图4-图15中的附图标号如下：

1-底板，2-底部支撑柱，3-底部定位圆盘，4-小端连接板，5-限位隔板，6-小端支撑柱，7-小端定位卡盘，8-小端压盘，9-第一定位孔，10-第一销孔，11-第一螺纹孔，12-第二销孔，13-第二螺纹孔，14-第三销孔，15-第三螺纹孔，16-小端封头分瓣模金属连接支撑件，17-小端封头各分瓣模，18-筒段连接板，19-筒段支撑柱，20-筒段定位圆盘，21-筒段压盘，22-第四销孔，23-第四螺纹孔，24-第五销孔，25-第五螺纹孔，26-第六销孔，27-第六螺纹孔，28-第二定位孔，29-筒各分瓣模，30-筒段分瓣模金属连接支撑件，31-筒段各分瓣模，32-大端连接板，33-大端支撑柱，34-大端定位卡盘，35-大端连接圆盘，36-大端压盘，37-第七销孔，38-第七螺纹孔，39-第八销孔，40-第八螺纹孔，41-第九销孔，42-第九螺纹孔，43-大端封头分瓣模金属连接支撑件，44-大端封头分瓣模，47-小端封头各分瓣模上端金属连接支撑件，48-小端封头各分瓣模下端金属连接支撑件，49-筒段各分瓣模上端金属连接支撑件，50-筒段各分瓣模下端金属连接支撑件，51-大端封头各分瓣模上端金属连接支撑件，52-大端封头各分瓣模下端金属连接支撑件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

图1-图3为本发明胶接工具应用的分体式复合材料芯模，包括同轴安装的大端封头、筒段、小端封头、连接支撑组件和芯轴系；大端封头、筒段、小段封头均由树脂基复合材料制成，且分别沿环向分割为11个可通过大端极孔顺利进出的分瓣模，各组件的分辨模中均至少有一个横截面(横截面与芯模回转轴垂直)内圆弧长大于外圆弧长的分瓣模，以保证芯模的可拆卸性；

连接支撑组件由金属材料制成，包括第一大端连接支撑件、第二大端连接支撑件、楔形连接支撑件、第一筒段连接支撑件、第二筒段连接支撑件、第一小端连接支撑件和第二小端连接支撑件；为了便于安装和拆卸，第一大端连接支撑件、第二大端连接支撑件沿环向分割为与大端封头各个分瓣模内型面适配连接的分块；第一筒段连接支撑件、第二筒段连接支撑件沿环向分割为与筒段各个分瓣模内型面适配连接的分块；第一小端连接支撑件和第二小端连接支撑件沿环向分割为与小端封头的各个分瓣模内型面适配连接的分块；楔形连接支撑件的厚度沿径向由内向外逐渐减小，两个端面均形成斜面，其沿环向分割为11个分块，其中至少有一个分块的横截面内圆弧长大于外圆弧长；拆卸该分块后其他分块才能拆卸，以保证楔形连接支撑件的可拆卸性；芯轴系包括大端封头安装组件、小段封头安装组件以及芯轴；大端封头安装组件与第一大端连接支撑件相互适配连接，将大端封头安装在芯轴的一端；小端封头安装组件与第一小端连接支撑件相互适配连接，将小端封头安装在芯轴的另一端；楔形连接支撑件分别与第二大端连接支撑件及第一筒段连接支撑件相互适配连接(即第二大端连接支撑件各分块、第一筒段连接支撑件各分块的斜面分别与楔形连接支撑件的上下斜面相互配合；楔形连接支撑件在径向的环形曲面分别与第二大端连接支撑件、第一筒段连接支撑件在径向环形曲面相互配合，且两者之间为间隙配合)，将大端封头与筒段的一端进行连接；第二小端连接支撑件和第二筒段连接支撑件相互适配连接，将小端封头与筒段的另一端连接，形成外周面光滑完整的芯模。为了降低安装难度，第一大端连接支撑件、第二大端连接支撑件分别与大端封头之间胶接；第一筒段连接支撑件、第二筒段连接支撑件分别与筒段之间胶接；第一小端连接支撑件、第二小端连接支撑件分别与小端封头之间胶接；可在安装之前先完成胶接，确保安装时大端封头与筒段之间，筒段与小端封头之间可靠连接。

基于此，为了提升胶接精度，本发明提供了如图4-图15所示的胶接工具，完成上述胶接工作。

本发明用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装包括底部支撑组件、小端封头定位组件、筒段定位组件和大端封头定位组件。

底部支撑组件包括底板1、底部支撑柱2、底部定位圆盘3以及限位隔板5；小端封头定位组件包括小端连接板4、小端支撑柱6、小端定位卡盘7以及小端压盘8；筒段定位组件包括筒段连接板18、筒段支撑柱19、筒段定位圆盘20以及筒段压盘21；大端封头定位组件包括大端连接板32、大端支撑柱33、大端连接圆盘35、大端定位卡盘34以及大端压盘36。

底部支撑柱2分别与底板1、底部定位圆盘3之间焊接；底部定位圆盘3上设有与小端封头、筒段和大端封头上各分瓣模下端的螺纹孔相配合的定位孔，通过铰制孔螺栓实现对小端封头、筒段和大端封头上各分瓣模与底部定位圆盘3的连接与定位；底部定位圆盘3上设有与小端封头、筒段和大端封头上各分瓣模接触处轮廓相互配合的刻线；限位隔板5上设有与底部定位圆盘3相配合的第一定位孔9，与底部定位圆盘3之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位；限位隔板5将相邻分瓣模限位并隔开，其尺寸由小端封头、筒段和大端封头各分瓣模下端的尺寸决定。

小端连接板4与小端支撑柱6之间焊接；小端连接板4上设置有第二螺纹孔13与第二销孔12，且与底部定位圆盘3之间通过螺栓连接以及定位销定位；小端定位卡盘7与小端支撑柱6之间焊接，其内部的环形曲面与小端封头各分瓣模上端金属连接支撑件(对应分体式复合材料芯模第一小端连接支撑件)的环形曲面相互配合，小端定位卡盘7与小端封头各分瓣模17接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线，实现对小端封头各分瓣模的定位；小端压盘8上设有与小端支撑柱6相互配合的第一螺纹孔11与第一销孔10，小端封头各分瓣模下端金属连接支撑件48(对应分体式复合材料芯模第二小端连接支撑件)的下表面是定位面，与底部定位圆盘3的上表面之间相互配合；小端封头各分瓣模17预置完成后通过螺钉连接以及定位销定位，实现对小端封头各分瓣模17的紧固。

筒段连接板18与筒段支撑柱19之间焊接；筒段连接板18上设置有第四螺纹孔23与第四销孔22，且与底部定位圆盘3之间通过螺栓连接以及定位销定位；筒段定位圆盘20上设有筒段各分瓣模上端金属连接支撑件螺纹孔相配合的第二定位孔28，筒段各分瓣模上端金属连接支撑件49(对应分体式复合材料芯模第一筒段连接支撑件)的下表面是定位面，与筒段定位圆盘20的上表面之间相互配合，通过铰制孔螺栓实现对筒段各分瓣模31与筒段定位圆盘20连接与定位，筒段定位圆盘20上设有与筒段各分瓣模31接触处轮廓相互配合的刻线，实现对筒段各分瓣模31的定位；筒段压盘21上设有分别与筒段支撑柱19、筒段定位圆盘20上相互配合的第五销孔24、第五螺纹孔25、第六销孔26、第六螺纹孔27，筒段各分瓣模下端金属连接支撑件50(对应分体式复合材料芯模第二筒段连接支撑件)的上表面是定位面，与底部定位圆盘3的下表面之间相互配合；筒段各分瓣模31预置完成后通过螺钉连接以及定位销定位，实现对筒段各分瓣模31的紧固。

大端连接板32与大端支撑柱33之间焊接；大端连接板32上设置有第七螺纹孔38与第七销孔37，且与底部定位圆盘3之间通过螺栓连接以及定位销定位；大端定位卡盘34内部的环形曲面与大端封头各分瓣模上端金属连接支撑件(对应分体式复合材料芯模第一大端连接支撑件)的环形曲面相互配合，大端定位卡盘34与大端封头各分瓣模44接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线，实现对大端封头各分瓣模44的定位；大端连接圆盘35和大端支撑柱33之间、大端连接圆盘35和大端定位卡盘34之间以及大端压盘36和大端连接板32之间设置有相互配合的螺纹孔和销孔37～42；大端封头各分瓣模下端金属连接支撑件52(对应分体式复合材料芯模第二大端连接支撑件)的上表面是定位面，与底部定位圆盘3的下表面之间相互配合；大端封头各分瓣模44预置完成后通过螺栓连接以及定位销定位，实现对大端封头各分瓣模44的紧固。

底部支撑柱、小端支撑柱、筒段支撑柱和大端支撑柱均采用空心金属，小端压盘和大端压盘内部进行挖空设计，减轻了胶接工装整体的重量。

小端封头、筒段和大端封头的各个分瓣模为已经预置在胶接工装上的复合材料件与金属连接支撑件的组合件。

本发明的使用主要分为3个方面，即对小端封头、筒段和大端封头各分瓣模进行胶接。小端封头、筒段和大端封头各分瓣模的下端尺寸相同，且本实施例中均沿环向分割为11个分瓣模，因此可每次胶接5个分瓣模，9次便可完成所有分瓣模的胶接。下面分别介绍小端封头、筒段及大端封头各分瓣模的胶接步骤。

一、小端封头各分瓣模胶接的方法包括以下步骤：

1)组装小端封头胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；即依次安装底板、底部支撑柱、底部定位圆盘和限位隔板；

1.2)在底部支撑组件上安装小端封头定位组件，组装好小端封头胶接工装；即依次安装小端连接板、小端支撑柱、小端定位卡盘；

2)将小端封头各分瓣模预置在小端封头胶接工装上

2.1)在底部定位圆盘和小端定位卡盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将小端封头各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件分别与小端封头分瓣模夹紧；

需要注意的是，由于下端金属支撑连接件的下表面为定位面，因此与底部定位圆盘上表面配合的是下端金属支撑连接件的下表面。此时下端金属支撑连接件与底部定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，上端金属支撑连接件由小端定位卡盘和及其上的刻线实现定位，小端分瓣模通过限位隔板及其与下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件之间的配合实现定位；

2.3)安装小端压盘，并采用紧固件将小端压盘和小端支撑柱进行连接，实现对预置完成的小端封头各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装小端封头各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对小端封头各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装小端封头各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温；

4.2)依次拆卸小端压盘、G型夹以及下端金属支撑连接件上的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的小端封头分瓣模。

重复该方法3次，可完成对所有小端封头各分瓣模的胶接。

二、筒段各分瓣模胶接的方法包括以下步骤：

1)组装筒段胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；即依次安装底板、底部支撑柱、底部定位圆盘和限位隔板；

1.2)在底部支撑组件上安装筒段定位组件，组装好筒段胶接工装；即依次安装筒段连接板、筒段支撑柱和筒段定位圆盘；

2)将筒段各分瓣模预置在筒段胶接工装上；

2.1)在底部定位圆盘和筒段定位圆盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将筒段各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上分别与筒段分瓣模夹紧；

需要注意的是，由于下端金属支撑连接件的上表面和上端金属支撑连接件的下表面是定位面，因此与底部定位圆盘下表面配合的是下端金属支撑连接件的上表面，与筒段定位圆盘上表面配合的是上端金属支撑连接件的下表面。此时下端金属支撑连接件与底部定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，上端金属支撑连接件与筒段定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，复合材料件通过限位隔板及其与下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件之间的配合实现定位；

2.3)安装筒段压盘，并采用紧固件将筒段压盘与筒段支撑柱及筒段定位圆盘进行连接，实现对预置完成的筒段各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装筒段各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对筒段各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装筒段各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温，

4.2)依次拆卸筒段压盘、G型夹、下端金属支撑连接件上和上端金属支撑连接件的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的筒段分瓣模。

重复该方法3次，可完成对所有筒段各分瓣模的胶接。

三、大端封头各分瓣模胶接的方法包括以下步骤：

1)组装大端封头胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；即依次安装底板、底部支撑柱、底部定位圆盘和限位隔板；

1.2)在底部支撑组件上安装大端封头定位组件，组装好大端封头胶接工装；即依次安装大端连接板、大端支撑柱、大端定位卡盘和大端连接圆盘；

2)将小端封头各分瓣模预置在小端封头胶接工装上

2.1)在底部定位圆盘和大端定位卡盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将大端封头各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件分别与大端封头各分瓣模夹紧。

需要注意的是，由于下端金属支撑连接件的上表面为定位面，因此与底部定位圆盘上表面配合的是下端金属支撑连接件的上表面。此时下端金属支撑连接件与底部定位圆盘之间通过铰制孔螺栓实现连接与定位，上端金属支撑连接件由大端定位卡盘和及其上的刻线实现定位，复合材料件通过限位隔板及其与下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件之间的配合实现定位；

2.3)安装大端压盘，并采用紧固件将大端压盘和大端连接板进行连接，实现对预置完成的大端封头各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装大端封头各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对大端封头各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装大端封头各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温；

4.2)依次拆卸大端压盘、G型夹以及下端金属支撑连接件上的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的大端封头分瓣模。

需要注意的是，此时由于下端金属支撑连接件的上表面与底部定位圆盘下表面配合，上端金属支撑连接件的环形曲面与大端定位卡盘内部的环形曲面相互配合，无法直接拆卸。此时需分别拆卸大端连接圆盘与大端支撑柱、大端定位卡盘之间的螺钉和定位销，然后拆卸大端连接圆盘，然后大端定位卡盘与大端连接圆盘分开后掉落到底部定位圆盘上，再拆卸大端封头各个分瓣模。

重复该方法3次，可完成对所有大端封头各分瓣模的胶接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特征在于：包括底部支撑组件、小端封头定位组件、筒段定位组件和大端封头定位组件；小端封头定位组件、筒段定位组件和大端封头定位组件共用所述底部支撑组件；

所述底部支撑组件包括底板、底部支撑柱、底部定位圆盘以及N个限位隔板；

所述底部支撑柱的两端分别与底板和底部定位圆盘的中心垂直连接；所述底部定位圆盘沿周向被N个限位隔板隔开，形成N个胶接工位，每个胶接工位的底部定位圆盘上均设置有与分体式复合材料芯模各分瓣模下端金属支撑连接件安装孔配合的定位孔；所述限位隔板与和分体式复合材料芯模各分瓣模下端接触面相互配合；

所述小端封头定位组件包括小端连接板、小端支撑柱、小端定位卡盘以及小端压盘；小端封头定位组件通过小端连接板可拆卸式地安装在所述底部定位圆盘上表面；其中，小端支撑柱的两端分别与小端连接板和小端定位卡盘的中心垂直连接；小端定位卡盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模小端封头分瓣模上端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线，且小端定位卡盘的内部环形曲面与小端封头各分瓣模上端金属支撑连接件的环形曲面相匹配，小端压盘位于小端定位卡盘上方，并于小端支撑柱连接；

所述筒段定位组件包括筒段连接板、筒段支撑柱、筒段定位圆盘以及筒段压盘，筒段定位组件通过筒段连接板可拆卸式地安装在所述底部定位圆盘上表面；其中，筒段支撑柱的下端与筒段连接板中心垂直连接，筒段定位圆盘同轴套设在筒段支撑柱的上端，并通过位于筒段定位圆盘上方的筒段压盘将筒段定位圆盘与筒段支撑柱连接；筒段定位圆盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模筒段各分瓣模上端金属支撑连接件安装孔孔配合的定位孔；

所述大端封头定位组件包括大端连接板、大端支撑柱、大端定位卡盘、大端连接圆盘以及大端压盘；大端封头定位组件通过大端连接板可拆卸式地安装在所述底部定位圆盘上表面；其中，大端支撑柱的下端与大端连接板中心垂直连接，大端定位卡盘同轴套设在大端支撑柱的上端，并通过位于大端定位圆盘上方的大端连接圆盘将大端定位卡盘与大端支撑柱连接；大端定位卡盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模大端封头分瓣模上端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线，且大端定位卡盘的内部环形曲面与分体式复合材料芯模大端封头各分瓣模上端金属支撑连接件的环形曲面相匹配。

2.根据权利要求1所述用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特征在于：

所述底部定位圆盘上设有与小端封头、筒段和大端封头上各分瓣模下端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线。

3.根据权利要求2所述用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特征在于：

所述N个限位隔板和底部定位圆盘上均设置有定位孔，限位隔板通过紧固件安装在底部定位圆盘上，且限位隔板与分体式复合材料芯模各分瓣模的接触面相互配合。

4.根据权利要求3所述用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特征在于：

所述筒段定位圆盘上对应于所述胶接工位的位置设置有与分体式复合材料芯模筒段分瓣模上端接触处的两侧设有沿接触轮廓的刻线。

5.根据权利要求4所述用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特征在于：

所述底部支撑柱分别与底板、底部定位圆盘之间焊接；

所述小端支撑柱分别与小端连接板、小端定位卡盘之间焊接；

所述筒段连接板与筒段支撑柱之间焊接；

所述大端连接板与大端支撑柱之间焊接。

6.根据权利要求1-5任一所述用于分体式复合材料芯模制造的胶接工装，其特征在于：

底部支撑柱、小端支撑柱、筒段支撑柱和大端支撑柱均采用空心金属，小端压盘和大端压盘内部进行挖空设计。

7.利用权利要求1-6任一所述胶接工装对分体式复合材料芯模中小端封头各分瓣模进行胶接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)组装小端封头胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；

1.2)在底部支撑组件上安装小端封头定位组件，组装好小端封头胶接工装；

2)将小端封头各分瓣模预置在小端封头胶接工装上

2.1)在底部定位圆盘和小端定位卡盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将小端封头各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件分别与小端封头分瓣模夹紧；

2.3)安装小端压盘，并采用紧固件将小端压盘和小端支撑柱进行连接，实现对预置完成的小端封头各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装小端封头各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对小端封头各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装小端封头各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温；

4.2)依次拆卸小端压盘、G型夹以及下端金属支撑连接件上的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的小端封头分瓣模。

8.利用权利要求1-6任一所述胶接工装对分体式复合材料芯模中筒段各分瓣模进行胶接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)组装筒段胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；

1.2)在底部支撑组件上安装筒段定位组件，组装好筒段胶接工装；

2)将筒段各分瓣模预置在筒段胶接工装上；

2.1)在底部定位圆盘和筒段定位圆盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将筒段各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上分别与筒段分瓣模夹紧；

2.3)安装筒段压盘，并采用紧固件将筒段压盘与筒段支撑柱及筒段定位圆盘进行连接，实现对预置完成的筒段各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装筒段各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对筒段各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装筒段各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温，

4.2)依次拆卸筒段压盘、G型夹、下端金属支撑连接件上和上端金属支撑连接件的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的筒段分瓣模。

9.利用权利要求1-6任一所述胶接工装对分体式复合材料芯模中大端封头各分瓣模进行胶接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)组装大端封头胶接工装

1.1)在水平定位面上安装底部支撑组件；

1.2)在底部支撑组件上安装大端封头定位组件，组装好大端封头胶接工装；

2)将小端封头各分瓣模预置在小端封头胶接工装上

2.1)在底部定位圆盘和大端定位卡盘上分别预置下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件，并将胶模预置于下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件胶接面上；

2.2)将大端封头各分瓣模预置在相应的下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件上，并用G型夹将下端金属支撑连接件和上端金属支撑连接件分别与大端封头各分瓣模夹紧。

2.3)安装大端压盘，并采用紧固件将大端压盘和大端连接板进行连接，实现对预置完成的大端封头各分瓣模上端的紧固；

3)固化

将完成安装大端封头各分瓣模后的胶接工装放入已设置好固化工艺曲线的固化炉内，对大端封头各分瓣模进行胶接固化；

4)拆卸

4.1)固化完成后，将完成安装大端封头各分瓣模后的胶接工装从固化炉取出，冷却至室温；

4.2)依次拆卸大端压盘、G型夹以及下端金属支撑连接件上的紧固件，得到各个胶接有金属支撑连接件的大端封头分瓣模。

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