CN114131947A - 一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，包括S1、设计与铝蜂窝夹层结构的尺寸相适配的成型固化工装，固化工装包括：工装底板、工装上板；铝蜂窝夹层结构包括：上铝面板、下铝面板和金属边框；S2、依次将下铝面板、镶嵌在金属边框中的铝蜂窝、上铝面板通过定位孔固定在工装底板和工装上板之间，完成铝蜂窝夹层结构与成型固化工装的定位安装；S3、进行加压固化操作。采用本发明的方法能够保证高温固化曲面蜂窝夹层结构的曲面轮廓度要求和耐高温需求，并能在一定程度上对铝面板外观质量进行防控，所制备的铝面板高温固化曲面蜂窝夹层结构质量温度、尺寸精度及性能满足设计要求。

Description

一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法

技术领域

本发明属于蜂窝夹层结构技术领域，具体涉及一种高温固化的铝面板高温固化曲面蜂窝夹层结构的成型制备方法。

背景技术

随着空间技术的发展,卫星结构日趋大型、复杂和柔性化，蜂窝夹层结构由于具有较高的比强度、比刚度,较好的抗疲劳性能,良好的阻尼减震性能,以及结构的可设计性等优点,被广泛的应用于航天结构件中。目前蜂窝夹层结构普遍使用的是中温固化体系胶膜，如耐温范围在-60℃～120℃的J-47系列，蜂窝夹层结构类型也是以平板类结构为主，随着航天技术的发展，对高温固化曲面结构和具有更高耐温范围的蜂窝夹层结构需求也变的越来越大。但由于曲面结构本身的尺寸精度较为难控制，高温固化会进一步会加剧产品变形量。因此如何控制高温固化曲面蜂窝夹层结构在高温固化后的尺寸精度变的越来越重要。

发明内容

本发明为了解决现有成型工艺上的缺陷，提出了一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，该方法是在现有的蜂窝夹层结构成型工艺基础上进行改进，通过对现有蜂窝夹层结构成型工艺进行改进和优化，保证了高温固化曲面蜂窝夹层结构的产品外观质量、尺寸精度、强度、刚度及高耐温需求。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，包括：其特征在于，包括：

S1、设计与铝蜂窝夹层结构的尺寸相适配的成型固化工装；其中，成型固化工装包括工装底板、工装上板，在工装底板、工装上板、上铝面板、下铝面板以及金属边框的相应位置处设置定位孔，定位孔用于确定工装底板、工装上板、上铝面板、下铝面板和金属边框的相对位置；

S2、依次将下铝面板、边缘与金属边框相内嵌的铝蜂窝夹层结构、上铝面板通过定位孔和紧固件固定在工装底板和工装上板之间，完成铝蜂窝夹层结构与成型固化工装的定位安装；

S3、对完成定位安装的铝蜂窝夹层结构与成型固化工装进行加压固化操作。

优选地，在步骤S1中，对成型固化工装的设计包括第一方面：

工装底板和工装上板均选择与铝蜂窝夹层结构的热胀系数相匹配的材料；

工装底板的一面的面型与铝蜂窝夹层结构的面型相同，工装底板的另一面设置加强肋；

工装上板的面型与铝蜂窝夹层结构的面型相同。

优选地，在步骤S1中，对成型固化工装的设计还包括第二方面：

金属边框为具有翻边结构的、无形变的铝合金边框；铝合金边框通过卡槽和胶粘剂实现金属边框的连接。

优选地，在步骤S1中，对成型固化工装的设计还包括第三方面：

上铝面板和下铝面板的单边尺寸均比工装底板的单边尺寸小0.3mm-0.8mm。

优选地，步骤S2包括以下步骤：

S21、将下铝面板置于工装底板上，利用定位孔进行定位；

S22、利用定位螺栓将镶嵌在金属边框中的铝蜂窝夹层结构与下铝面板和工装底板进行固定；

S23、利用预先加工的定位孔将上铝面板和工装上板进行固定；

S24、将固定好的上铝面板和工装上板放置到所述铝蜂窝夹层结构上，利用销钉将镶嵌在金属边框中的铝蜂窝夹层结构与上铝面板和工装上板固定。

优选地，步骤S22包括以下步骤：

S221、对铝蜂窝夹层结构的边缘，与金属边框连接的位置进行厚度修整，使铝蜂窝夹层结构边缘的厚度低于金属边框的翻边的内高度，使铝蜂窝夹层结构镶嵌在金属边框中；

S222、将与铝蜂窝夹层结构接触的上铝面板和下铝面板上的定位孔密封，并在对密封后的上铝面板和下铝面板的面上涂抹粘接剂。

优选地，粘接剂为J-116和/或J-60高温结构胶粘剂。

优选地，利用胶带对与铝蜂窝夹层结构接触的上铝面板和下铝面板上的定位孔进行密封，待粘接剂涂抹后成指干状态后拆除胶带。

优选地，还包括：

S25、利用预设厚度的钢板封堵铝蜂窝夹层结构的侧立面，对铝蜂窝夹层结构进行塌陷防护。

优选地，步骤S3包括：

设置固化温度为175±5℃/5h±5min，并在80±5℃时开始进行加压，完成铝蜂窝夹层结构的加压固化，加压方式为热压罐加压，加压压力为0.1Mpa。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明通过对成型固化工装设计确保了加压及成型定位的工艺需求。

2、本发明通过对表面质量控制方法优化，避免了侧面加压过程中造成的面板受压凹陷的发生的隐患，同时也避免了面板定位孔附件由于底胶涂抹流淌后的清理过程中引发的磷酸阳极化薄膜受损造成的面板色差问题。

3、本发明通过改进加压方式，确保了高温固化曲面蜂窝板的受压均匀问题。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法的流程图；

图2a是本发明一个实施例的上铝面板的结构示意图；

图2b是本发明一个实施例的下铝面板的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的成型固化工装的示意图；

图4是本发明一个实施例的金属框及连接形式示意图。

附图标记：

工装底板1、工装上板2、金属边框3、上铝面板4、下铝面板5、卡槽6。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法。下面将对本发明提供的一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，通过具体实施例来进行详细说明。

图1示出了本发明的一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备的流程，包括：

S1、设计与铝蜂窝夹层结构的尺寸相适配的成型固化工装；结合图2-图4，固化工装包括：工装底板1、工装上板2；铝蜂窝夹层结构包括：铝蜂窝、上铝面板4、下铝面板5和金属边框3。

以工装底板1为安装的基准面，依次向上安装下铝面板5、金属边框3、铝蜂窝、上铝面板4和工装上板2。

成型固化工装的设计方法包括如下几个方面：

第一方面，对工装底板和工装上板的设计。

在本发明的一个优选实施例中，工装底板和工装上板均选择与铝蜂窝夹层结构的热胀系数匹配的铝合金作为制作材料；

工装底板的一面设置为与铝蜂窝夹层结构的面型一致的弧面曲板，另一面设置加强肋，加强肋用于对工装底板的结构进行加强，使其更加稳固，同时作为成型固化工装的定位安装的基准面；

工装上板为弧面曲板，与铝蜂窝夹层结构的面型一致。工装上板无加强设计，刚度相对较弱，用以确保后续加压过程中工装上板能够贴实铝蜂窝夹层结构，在固化过程中充分传递加压压力。

第二方面，金属边框的可拆卸设计。

在本发明的一个优选实施例中，金属边框为由四个具有翻边结构的铝合金边框围成的铝蜂窝夹层结构的外轮廓框架。铝合金边框经过检测无变形，满足设计要求的尺寸精度。

铝合金边框相互通过胶粘剂和卡槽6进行连接紧固，卡槽6的设计增加了连接的可靠性；翻边结构的设计增加了与铝蜂窝夹层结构连接时的连接强度。

第三方面，上铝面板和下铝面板的设计。

在本发明的一个优选实施例中，分别将上铝面板和下铝面板定位到工装底板上进行修整，使两者的单边尺寸均比工装底板的单边尺寸小0.3mm-0.8mm，以确保金属边框在加压过程中不会导致上铝面板和下铝面板受压引起的面板凹陷，导致铝蜂窝夹层结构的上下面变形。

第四方面，工装底板、工装上板、上铝面板、下铝面板以及金属边框的定位连接设计。

在本发明的一个优选实施例中，在工装底板、工装上板、上铝面板、下铝面板以及金属边框的相应位置处均加工有一定数量的定位孔。

在本发明的另一个实施例中，利用金属边框现有的定位孔，在工装底板上对应位置设计定位孔，通过销钉将金属边框定位连接到工装底板上；在上铝面板和下铝面板上对应位置设计定位孔，通过螺栓将金属边框定位连接到上铝面板和下铝面板之间。同理，利用销钉将金属边框定位连接到工装上板上。

因此设计的成型固化工装兼具成型与定位功能，同时满足精度要求。

S2、依次将下铝面板、边缘与金属边框相内嵌的铝蜂窝、上铝面板通过定位孔固定在工装底板和工装上板之间，完成铝蜂窝夹层结构与成型固化工装的定位安装。

在本发明的一个优选实施例中，具体包括以下步骤：

S21、将下铝面板置于工装底板上，利用预先加工的定位孔进行定位；

S22、利用定位螺栓将镶嵌在金属边框中的铝蜂窝固定到下铝面板和工装底板上；

S23、利用预先加工的定位孔将上铝面板和工装上板进行固定；

S24、将固定好的上铝面板和工装上板放置到铝蜂窝上，利用销钉将镶嵌在金属边框中的铝蜂窝与上铝面板和工装上板固定。

其中，步骤S22具体还包括：S221如何对铝蜂窝夹层结构和金属边框进行镶嵌，以及S222对以上铝面板和下铝面板的预处理，具体如下：

S221、对铝蜂窝夹层结构的边缘，即与金属边框连接的位置进行厚度修整，使边缘的连接位置处的铝蜂窝夹层结构的厚度低于金属边框的翻边的内高度，使铝蜂窝夹层结构能够内嵌在金属边框中。

S222、将与铝蜂窝接触的上铝面板和下铝面板上的定位孔密封，并在对密封后的上铝面板和下铝面板的面上涂抹粘接剂；

在本发明的一个优选实施例中，将胶带粘在需要密封的定位孔上，确保粘接剂不会通过定位孔渗透到上铝面板和下铝面板的另一面。

选择J-116和/或J-60高温结构胶粘剂对与铝蜂窝接触的上铝面板和下铝面板的面进行涂抹，带粘接剂成指干状态后拆除定位空上的胶带。

在本发明的另一个优选实施例中，还包括步骤S25，利用预设厚度的钢板封堵铝蜂窝夹层结构的侧立面，对铝蜂窝夹层结构进行塌陷防护。

具体的，利用不小于4mm钢板封堵铝蜂窝夹层结构的侧立面，使铝蜂窝夹层结构在加压过程中避免直接受压造成塌陷。

S3、对完成定位安装的铝蜂窝夹层结构与成型固化工装进行加压固化操作。

在本发明的一个优选实施例中，采用热压罐加压工艺，使得加压更均匀。设置固化温度为175±5℃/5h±5min，并在80±5℃时开始进行加压，完成铝蜂窝夹层结构的加压固化，加压压力为0.1Mpa。

由于曲面蜂窝夹层结构受限于结构形式的原因，不是沿中面成对称结构，产品固化后由于残余应力较大会进一步加大型面变形，而固化温度越高、温差越大该现象越明显。目前普遍采用的胶膜为130℃固化的J-47系列胶膜，在一些特殊工作环境下，具有更高耐温等级的蜂窝夹层结构的需求也变的越来越大。

因此，采用本发明的方法能够保证高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的曲面轮廓度要求和耐高温需求，并能在一定程度上对铝面板外观质量进行防护，所制备的铝面板高温固化曲面蜂窝夹层结构质量温度、尺寸精度及性能满足设计要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，包括：

S1、设计与铝蜂窝夹层结构的尺寸相适配的成型固化工装；其中，所述成型固化工装包括工装底板、工装上板；铝蜂窝夹层结构包括铝蜂窝、上铝面板、下铝面板和金属边框；

在所述工装底板、所述工装上板设置定位孔，所述定位孔用于确定所述工装底板、所述工装上板、所述上铝面板、所述下铝面板和所述金属边框的相对位置；

S2、依次将所述下铝面板、边缘与所述金属边框相内嵌的所述铝蜂窝、所述上铝面板通过定位孔和紧固件固定在所述工装底板和所述工装上板之间，完成所述铝蜂窝夹层结构与所述成型固化工装的定位安装；

S3、对完成定位安装的所述铝蜂窝夹层结构通过所述成型固化工装进行加压固化操作。

2.根据权利要求1所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，在步骤S1中，对所述成型固化工装的设计包括第一方面：

所述工装底板和所述工装上板均选择与所述铝蜂窝夹层结构的热胀系数相匹配的材料；

所述工装底板的一面的面型与所述铝蜂窝夹层结构的面型相同，所述工装底板的另一面设置加强肋；

所述工装上板的面型与所述铝蜂窝夹层结构的面型相同。

3.根据权利要求1所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，在步骤S1中，对所述成型固化工装的设计还包括第二方面：

所述金属边框为具有翻边结构、无形变的铝合金边框；所述铝合金边框通过卡槽和胶粘剂实现所述金属边框的机械连接。

4.根据权利要求1所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，在步骤S1中，对所述成型固化工装的设计还包括第三方面：

所述上铝面板和所述下铝面板的单边尺寸均比所述工装底板的单边尺寸小0.3mm-0.8mm。

5.根据权利要求1所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S21、将所述下铝面板置于工装底板上，利用所述定位孔进行定位；

S22、将镶嵌在所述金属边框中的所述铝蜂窝与所述下铝面板和所述工装底板进行固定；

S23、利用预先加工的所述定位孔将所述上铝面板和所述工装上板进行固定；

S24、将固定好的所述上铝面板和所述工装上板放置到所述铝蜂窝上，利用销钉将镶嵌在所述金属边框中的铝蜂窝与所述上铝面板和所述工装上板固定。

6.根据权利要求5所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，步骤S22包括以下步骤：

S221、对所述铝蜂窝的边缘，与所述金属边框连接的位置进行厚度修整，使所述铝蜂窝的边缘的厚度低于所述金属边框的翻边的内高度，使所述铝蜂窝镶嵌在所述金属边框中；

S222、将与所述铝蜂窝接触的所述上铝面板和所述下铝面板上的定位孔密封，并在对密封后的所述上铝面板和所述下铝面板的面上涂抹粘接剂。

7.根据权利要求6所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，所述粘接剂为J-116和/或J-60高温结构胶粘剂。

8.根据权利要求6所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，利用胶带对所述与所述铝蜂窝接触的所述上铝面板和所述下铝面板上的定位孔进行密封，待所述粘接剂涂抹后成指干状态后拆除所述胶带。

9.根据权利要求5所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，还包括：

S25、利用预设厚度的钢板封堵所述铝蜂窝夹层结构的侧立面，对所述铝蜂窝夹层结构进行塌陷防护。

10.根据权利要求1所述的高温固化曲面铝蜂窝夹层结构的成型制备方法，其特征在于，步骤S3包括：

设置固化温度为175±5℃/5h±5min，并在80±5℃时开始进行加压，完成所述铝蜂窝夹层结构的加压固化。

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