CN113650317B - 一种复合材料c型梁组件胶接装置及胶接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料C型梁组件胶接装置及胶接方法，胶接装置由框架模具、橡胶垫、成型挡块、复材定位板等组成。产品组件使用C型梁与立柱进行胶接组合成型。受复合材料C型梁自身结构的影响，固化后易发生“扭曲变形”和“收口变形”，称之为固化变形。本发明胶接装置中的橡胶垫可补偿梁缘条面的变化，使得C型梁一次固化变形后也能轻易放置于胶接装置上，胶接固化时橡胶垫抑制梁收口变形对C型梁起校型作用，同时避免C型梁胶接后二次固化变形无法脱模的问题；立柱采用定位板三点式卡槽定位，可保证胶接质量及定位精度。本胶接装置结构简单，能够解决因C型梁变形带来的安装、脱模问题及立柱定位、粘接质量等技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制造技术领域，具体的说，是一种用于复合材料C型梁与立柱胶接的装置及胶接方法。
背景技术
作为结构整体化实现的重要途径，胶接结构在复合材料应用领域占据重要地位。C型梁组件作为主承力结构件广泛应用于飞机关键部位，针对已固化C 型梁零件，按照组合时立柱零件固化状态的不同，胶接工艺可分为二次胶接和共胶接两类。
胶接工艺传统的方法是使用金属卡板定位，但对于次级件多、胶接区域结构复杂、胶接面积较大的结构，这种胶接夹具存在如下不足：结构复杂，给设计、制造及使用带来了诸多不便；使用金属卡板定位，以刚性配合的方式进行固化胶接，配合精度较差，影响胶接质量。
现有技术中公开了加筋壁板使用定位板定位长桁的方法，适用于柔性较大的长桁定位，但梁组件上的立柱较加筋壁板上的长桁结构尺寸小，刚性强，立柱定位比长桁定位更加困难，且C型梁因自身细长结构的影响，固化后更易发生“扭曲变形”及“收口变形”，给零件装卸及立柱定位均带来极大难度，因此加筋壁板定位方法不适用于梁组件。这就需要一种适用于C型梁胶接装置来减少胶接夹具用卡板数量，使结构简单、成本低、实用性强，同时克服变形带来的安装、脱模难问题，且能帮助立柱精确定位，保证胶接质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料C型梁组件的胶接装置及胶接方法，适用于已固化或未固化的立柱与已固化的C型梁胶接成型。提高立柱在胶接区域的胶接质量及其定位精度，减小C型梁胶接过程中缘条面变形及装卸操作困难的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种复合材料C型梁组件的胶接装置，包括框架模具、橡胶垫、复材定位板、成型挡块，C型梁放置在框架模具上表面，橡胶垫放置在C型梁和框架模具之间，位于框架模具的两侧缘条面圆角下R区，复材定位板压在C型梁上，复材定位板上开有立柱定位槽，销钉穿过C型梁将复材定位板固定在框架模具上表面，成型挡块放置在定位槽内立柱的两侧。立柱的截面形状可以为T型、L型、C型、工型，立柱可以是已固化的，也可以是未固化的。
橡胶垫厚度由下式计算：Lo＝Lt÷(1+△T×P)
式中：Lo表示橡胶垫厚度，Lt表示C型梁缘条面与框架模具之间的预留间隙，△T表示固化温度与室温的温度差，P表示橡胶的热膨胀系数。
复材定位板结构为C型复合材料板，其厚度为10mm-20mm，定位槽槽口内设有三处定位凸台，成型挡块距定位槽中两边预留1mm-5mm间隙，根据实际差补放置垫片，调整间隙大小。复材定位板采用碳纤维预浸料或与产品同一树脂体系材料，所述的橡胶垫为耐高温橡胶。
使用该胶接装置进行胶接的方法，包括如下步骤：
1橡胶垫位于框架模具两侧缘条面圆角下R区，通过胶黏剂粘接固定；
2复材定位板铣切至所需外形；
3将已固化的C型梁放置于框架模具上，使用聚四氟乙烯销棒进行定位；
4按立柱试样裁剪胶膜至所需尺寸；
5放置复材定位板，通过销钉固定复材定位板；
6在三点式定位槽中铺放裁剪好的胶膜；
7立柱放置成型挡块，将立柱与成型挡块作为一个整体放置在定位槽中，采用三点式卡槽定位成型挡块，非定位边根据实际差补放置垫片，调整间隙大小以保证精准定位；
8把所有装置均放置于真空袋内，进热压罐加热加压固化；
9拆除真空袋，将成型挡块、销钉、复材定位板依次取出；
10取出胶接后的产品组件。
本发明具有的优点和有益效果：1)本胶接装置减少了传统胶接夹具用卡板数量，设计合理，简单易行，成本低，实用性强；2)通过放置橡胶垫，补偿梁缘条面的变化，胶接固化时橡胶垫抑制梁收口变形对C型梁起校型作用，同时消除了C型梁固化变形带来的安装及脱模难的问题；3)通过采用定位板三点式卡槽定位立柱，固化过程中，可自适应于立柱位置调整，保证了立柱定位精度，同时采用复材定位板而不是金属卡板定位立柱，可避免立柱加压困难的问题，提高了胶接质量；4)定位板与C型梁组件材质相同，热膨胀系数接近，避免了组件胶接固化变形。
附图说明
图1：C型梁组件胶接装置结构示意图。
图2：C型梁组件胶接装置结构俯视图。
图3：复材定位板示意图。
图中编号说明：1-C型梁、2-框架模具、3-橡胶垫、4-复材定位板、5-成型挡块、6-销钉、7-聚四氟乙烯销棒、8-定位槽、9-立柱。
具体实施方式
以二次胶接工艺制造复合材料C型梁组件为例，一种复合材料C型梁组件的胶接装置，包括框架模具2、橡胶垫3、复材定位板4、成型挡块5，C型梁1 放置在框架模具2上表面，橡胶垫3放置在C型梁1和框架模具2之间，位于框架模具2的两侧缘条面圆角下R区，复材定位板4压在C型梁1上，复材定位板4上开有立柱9的定位槽8，销钉6穿过C型梁1将复材定位板4固定在框架模具2上表面，成型挡块5放置在定位槽内立柱9的两侧。立柱9的截面形状可以为T型、L型、C型、工型，立柱可以是已固化的，也可以是未固化的。
橡胶垫3厚度由下式计算：Lo＝Lt÷(1+△T×P)
式中：Lo表示橡胶垫厚度，Lt表示C型梁缘条面与框架模具2之间的预留间隙，△T表示固化温度与室温的温度差，P表示橡胶的热膨胀系数。
复材定位板4结构为C型复合材料板，其厚度为10mm-20mm，定位槽8槽口内设有三处定位凸台，成型挡块5距定位槽8中两边预留1mm-5mm间隙，根据实际差补放置垫片，调整间隙大小。复材定位板4采用碳纤维预浸料或与产品同一树脂体系材料，所述的橡胶垫为耐高温橡胶。
使用该胶接装置进行胶接的方法，包括如下步骤：
1橡胶垫3位于框架模具2两侧缘条面圆角下R区，通过胶黏剂粘接固定；
2复材定位板4铣切至所需外形；
3将已固化的C型梁1放置于框架模具2上，使用聚四氟乙烯销棒7进行定位；
4按立柱9试样裁剪胶膜至所需尺寸；
5放置复材定位板4，通过销钉6固定复材定位板4；
6在定位槽8中铺放裁剪好的胶膜；
7立柱9放置成型挡块5，将立柱9与成型挡块5作为一个整体放置在定位槽8中，8定位成型挡块5，非定位边根据实际差补放置垫片，调整间隙大小以保证精准定位；
8把所有装置均放置于真空袋内，进热压罐加热加压固化；
9拆除真空袋，将成型挡块5、销钉6、复材定位板4依次取出；
10取出胶接后的产品组件。
为了更好的实现本发明，橡胶垫为耐高温橡胶，优选AIRPAD无硅橡胶。。
成型挡块采用金属材料制成，能够有效的进行热传导。优选的成型挡块材质为铝。
Claims (4)
1.一种复合材料C型梁组件的胶接装置，其特征在于包括框架模具、橡胶垫、复材定位板、成型挡块，C型梁放置在框架模具上表面，橡胶垫放置在C型梁和框架模具之间，位于框架模具的两侧缘条面圆角下R区，复材定位板压在C型梁上，复材定位板上开有立柱定位槽，销钉穿过C型梁将复材定位板固定在框架模具上表面，成型挡块放置在定位槽内立柱的两侧；所述的橡胶垫厚度由下式计算：Lo= Lt÷（1+△T×P），式中： Lo表示橡胶垫厚度，Lt表示C型梁缘条面与框架模具之间的预留间隙，△T表示固化温度与室温的温度差，P表示橡胶的热膨胀系数；所述的复材定位板结构为C型复合材料板，其厚度为10mm-20mm，定位槽槽口内设有三处定位凸台，成型挡块距定位槽中两边预留1mm-5mm间隙，根据实际差补放置垫片，调整间隙大小。
2.根据权利要求1所述一种复合材料C型梁组件的胶接装置，其特征在于所述立柱的截面形状可以为T型、L型、C型、工型，立柱可以是已固化的，也可以是未固化的。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料C型梁组件的胶接装置，其特征在于所述的复材定位板采用碳纤维预浸料或与产品同一树脂体系材料，所述的橡胶垫为耐高温橡胶。
4.使用权利要求1所述的一种复合材料C型梁组件的胶接装置进行胶接的方法，其特征在于包括如下步骤：
4-1橡胶垫位于框架模具两侧缘条面圆角下R区，通过胶黏剂粘接固定；
4-2 复材定位板铣切至所需外形；
4-3 将已固化的C型梁放置于框架模具上，使用聚四氟乙烯销棒进行定位；
4-4 按立柱试样裁剪胶膜至所需尺寸；
4-5放置复材定位板，通过销钉固定复材定位板；
4-6 在三点式定位槽中铺放裁剪好的胶膜；
4-7 立柱放置成型挡块，将立柱与成型挡块作为一个整体放置在定位槽中，采用三点式卡槽定位成型挡块，非定位边根据实际差补放置垫片，调整间隙大小以保证精准定位；
4-8把所有装置均放置于真空袋内，进热压罐加热加压固化；
4-9拆除真空袋，将成型挡块、销钉、复材定位板依次取出；
4-10取出胶接后的产品组件。
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