CN114248947A - 一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法 - Google Patents

一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法 Download PDF

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袁正茂
杨超
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Abstract

本发明属于飞机装配协调技术、复材变形及回弹变形技术领域，涉及一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法。在产品未完成正式装配前，对预计存在变形的产品施加预先的反变形量，在此状态下完成装配，完成装配后的部件在完成应力释放变形后，使部件的外形能回复到部件外形的理论公差范围内。经过实际验证，采用该技术后的弱刚性复合材料部件变形纠正速度快，协调准确性好，极大地提高了弱刚性复合材料结构件的装配效率和装配质量，且能快速推广应用到相似复合材料结构件的装配中，具有极大的经济效益及社会价值。

Description

一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法
技术领域
本发明属于飞机装配协调技术、复材变形及回弹变形技术领域，涉及一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上不同材料通过一定的方式结合在一起的一种新材料，具有比强度高、比刚度高、良好的耐腐蚀性、耐高温性以及可优化设计等特点。近年来，复合材料越来越多的被应用于飞行器制造业中，且复合材料制件应用程度是飞行器先进性标志之一。但由于复合材料制件存在铺层误差导致曲变变形、回弹变形等变形，无法达到理论外形；且热成形的特性使零件、胶接件均存在很大的变形、回弹变形，导致装配的不协调，直接和间接地影响装配后复材部件的装配应力、外形质量。故复材部件的外形超差一直未得到有效的解决，严重影响了复合材料部件的外形质量，限制了复合材料在飞行器制造业中的推广应用。
发明内容
该发明创造的目的是采用新的装配协调方法及反变形装配方法，克服/减小因复合材料变形及零件不协调共同导致的部件装配变形，从而提高部件装配后的外形准确性。
本发明技术方案：一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，以产品理论外形及产品的变形数据为依据，以工装为基准，在预先取得产品实物变形数据后，对产品变形的反方向施加一定量的预先反变形，以改变装配零件之间的协调关系，在此状态下完成装配；具体步骤如下：
1)将产品置于装配工装中，安装配连接关系制出初孔，采用临时紧固件完成预连接，模拟出待装配零件或部件装配后的变形情况。
2)采用测量系统测量预装部件的外形，取得外形数据；
3)分析外形测量数据，确定预装部件的外形偏移部位、偏移方向及偏移量，找到最大偏移量T，并通过对应关系得到应给的反变形量-1.5T；
4)在装配工装中，对预装部件的变形部位施加反变形量-1.5T，使用工装抱紧预装部件，在此状态下完成装配，然后下架释放其变形。
所述初孔直径按小于终孔直径至少1mm制出，以便零件实施反变形后孔位错孔时仍有余量进行纠孔。
所述产品理论外形采用外形测量系统完成。
所述外形测量系统是指精度0.1mm以上的测量及分析工具，一般采用激光跟踪仪进行测量分析。
所述工装包括外形卡板或等效的理论外形定位器，以及具备可调节反变形量功能的反变形定位模块。
所述反变形定位模块包括螺旋器、刻度盘、支座；在支座上装有螺旋器，在螺旋器上装有刻度盘。
所述反变形定位模块包括带厚度值的垫片和理论卡板。
所述工装是指用于飞机部件或零件装配、测量的型架工具。
所述改变装配零件之间的协调关系是装配零件间的孔位关系与未施加反变形量的孔位关系发生了变化。
反变形技术原理：s为孔边距，零件A2边距为s1，零件B1边距为s2，依据几何学，理论状态下：s1＝s2，反变形状态下：s1＜s2，变形状态下：s1﹥s2；故当在反变形状态下制孔，使s1＜s2，完成状态后装配件朝变形方向变形时，零件A2与零件B1的连接孔位会存在错孔，从而会通过连接件给装配件施加反变形的力，两者中和，达到改善变形的目的。
本发明首次在飞机复合材料弱刚性部件装配中应用反变形装配方法，在产品未完成正式装配前，对预计存在变形的产品施加预先的反变形量，在此状态下完成装配，完成装配后的部件在完成应力释放变形后，使部件的外形能回复到部件外形的理论公差范围内。由于其测量精度高，变形量值可测及反变形量值可控，且施加的影响是在装配前进行，对产品无破坏，还不受产品尺寸及产品变形量大小的影响，具有准确、快速、直观、可控、通用性强的优点。经过实际验证，采用该技术后的弱刚性复合材料部件变形纠正速度快，协调准确性好，极大地提高了弱刚性复合材料结构件的装配效率和装配质量，且能快速推广应用到相似复合材料结构件的装配中，具有极大的经济效益及社会价值。
附图说明
图1反变形应用示意图
图2是使用该技术的一种典型实施例示意图。
具体实施方式
一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，以产品理论外形(数模)及产品的变形数据为依据，以工装为基准，在预先取得产品实物变形数据后，对产品变形的反方向施加一定量的预先反变形，以改变装配零件之间的协调关系，在此状态下完成装配，
使得装配零件的协调关系发生变化，如下图1所示(图中仅示出两个配合零件的关系)，施加反变形量后装配的部件，其配合零件间的孔位关系与未施加反变形量的孔位关系发生了变化，当完成装配后部件欲发生变形，必影响到施加反变形量的孔位关系，导致两零件通过连接件对变形施加一个反作用力，两个变形力中和，从而正面影响装配后产品实物的变形，达到消除/减小部件因零件变形及装配应力带来的变形/回弹变形的目的。
反变形技术原理：图中，s为孔边距，零件A2孔边距为s1，零件B1孔边距为s2，(在图1、图2中未完全对应，最好标识清楚)依据几何学，理论状态下：s1＝s2，反变形状态下：s1＜s2，变形状态下：s1﹥s2。故当在反变形状态下制孔，使s1＜s2，完成状态后装配件朝变形方向变形时，零件A2与零件B1的连接孔位会存在错空，从而会通过连接件给装配件施加反变形的力，两者中和，达到改善变形的目的。
本发明的系统包含飞机部件或零件、作为外形基准的工装及工装可调节变形量的反变形装置、外形测量系统3大部分。飞机部件或零件是指需要进行协调装配的部件或零件；工装是指用于飞机部件或零件装配、测量的型架工具，具有较高的制造精度，最好设有座标系基准点用于数字化测量；外形测量系统是指一套精度较高(精度0.1mm以上)的测量及分析工具，一般采用激光跟踪仪进行测量分析，如无此类数字化测量工具，也可以采用工装卡板等方法进行测量。在使用本系统进行装配时，使用步骤如下：
1.在完成装配前，将产品置于装配工装中，采用临时紧固件件模拟待装配零件/部件的装配协调关系；
2.采用测量系统测量(测量系统建议采用数字化测量系统，以便于数据拟合分析)预装部件的外形，取得外形数据；
3.分析外形测量数据，确定预装部件的外形偏移部位、偏移方向及偏移量，找到最大偏移量T，并通过对应关系得到应给的反变形量-1.5T(本文内容中的的“-”仅表示方向相反)；
4.在装配工装中，对预装部件的变形部位施加反变形量-1.5T，使用工装抱紧预装部件，在此状态下完成装配，然后下架释放其变形。
图2为一种在飞机弱刚性复合材料部件装配中使用该技术的一个实施例示意图。其实施方式为：
1)将待装配的产品置于装配工装中完成正常定位，按装配连接关系制出初孔(初孔直径按小于终孔直径至少1mm制出，以便零件实施反变形后孔位错孔时仍有余量进行纠孔)，使用临时紧固件如穿心夹或者工艺钉完成连接；
2)使预装好的部件处于测量状态，通过测量系统完成其外形测量，取得外形数据；
3)根据外形测量数据，找到变形位置、变形方向及最大变形量T；
4)在预装好的部件最大变形量处，施加与变形方向相反的预先反变形量-1.5T，在装配工装上维持此状态完成正常的装配连接；
5)将产品下架，使其应力释放，部件变形/回弹变形得到最终外形。

Claims (10)

1.一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，以产品理论外形及产品的变形数据为依据，以工装为基准，在预先取得产品实物变形数据后，对产品变形的反方向施加一定量的预先反变形，以改变装配零件之间的协调关系，在此状态下完成装配；具体步骤如下：
1)将产品置于装配工装中，安装配连接关系制出初孔，采用临时紧固件完成预连接，模拟出待装配零件或部件装配后的变形情况。
2)采用外形测量系统测量预装部件的外形，取得外形数据；
3)分析外形测量数据，确定预装部件的外形偏移部位、偏移方向及偏移量，找到最大偏移量T，并通过对应关系得到应给的反变形量-1.5T；
4)在装配工装中，对预装部件的变形部位施加反变形量-1.5T，使用工装抱紧预装部件，在此状态下完成装配，然后下架释放其变形。
2.如权利要求1所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述初孔直径按小于终孔直径至少1mm制出，以便零件实施反变形后孔位错孔时仍有余量进行纠孔。
3.如权利要求1所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述外形测量系统是指精度0.1mm以上的测量及分析工具。
4.如权利要求3所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述外形测量系统采用激光跟踪仪进行测量分析。
5.如权利要求1所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述工装包括外形卡板或等效的理论外形定位器，以及具备可调节反变形量功能的反变形定位模块。
6.如权利要求5所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述反变形定位模块包括螺旋器、刻度盘、支座；在支座上装有螺旋器，在螺旋器上装有刻度盘。
7.如权利要求5所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述反变形定位模块包括带厚度值的垫片和理论卡板。
8.如权利要求1所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述工装是指用于飞机部件或零件装配、测量的型架工具。
9.如权利要求1所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，所述改变装配零件之间的协调关系是使装配零件间的孔位关系与未施加反变形量的孔位关系发生了变化。
10.如权利要求1所述的一种弱刚性复合材料零件反变形装配方法，其特征在于，反变形技术原理：s为孔边距，零件A2边距为s1，零件B1边距为s2，依据几何学，理论状态下：s1＝s2，反变形状态下：s1＜s2，变形状态下：s1﹥s2；故当在反变形状态下制孔，使s1＜s2，完成状态后装配件朝变形方向变形时，零件A2与零件B1的连接孔位会存在错孔，从而会通过连接件给装配件施加反变形的力，两者中和，达到改善变形的目的。
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