CN114368173B - 一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺 - Google Patents

一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，包括以下步骤：(1)确定典型渐变台阶式双曲型层板结构的基本信息，(2)采用双斜坡打磨方式进行斜坡打磨；(3)对典型单向带渐变台阶式层板结构的贯穿性损伤，根据定位坐标，在损伤部件修理区域设置填充层和修理层，在铺设过程中采用真空压实法以压紧各铺层，然后连同修理模具一起固化即可，该修理工艺可对翼尖小翼典型贯穿性损伤进行修复。

Description

一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺
技术领域
本发明属于飞机维修技术领域，具体涉及一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺。
背景技术
典型渐变台阶式层板结构是一种广泛应用于飞机结构中的复合材料层板结构，其结构特点为采用复杂的渐变台阶式铺层结构，具有双曲面外形。此类结构在飞机上的典型应用为翼尖小翼结构。飞机在机场运行推出过程中，翼尖小翼后部存在与另一架飞机的水平尾翼擦碰的风险，易造成翼尖小翼蒙皮形成贯穿性损伤。此类典型渐变台阶式双曲层板结构，仅有最基本的结构制造图纸，在结构手册里没有任何修理参考。
其中典型渐变台阶式双曲型层板结构主要由连接梁以及设于所述连接梁两侧的上蒙皮板和下蒙皮板组成，所述上蒙皮板和所述下蒙皮板通过紧固件连接，所述上蒙皮板和所述下蒙皮板均分别设有内表面和外表面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，该修理工艺可对翼尖小翼典型贯穿性损伤进行修复。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现：一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，包括以下步骤：
(1)确定典型渐变台阶式双曲型层板结构的基本信息；
(2)切割去除双曲型层板结构上的贯穿性损伤，采用双斜坡打磨方式，对典型渐变台阶式双曲型层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板切割边的内表面和外表面分别进行斜坡打磨，所述双斜坡打磨方式包括：
(2.1)将每层按照固定宽度在层板结构切割边的内表面进行斜坡打磨；
(2.2)采用玻璃纤维和树脂从层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板的内表面一侧制作一个能保证上蒙皮板或下蒙皮板外表面外轮廓的背板，在背板上施加无孔分离膜，将背板分别安装在所述层板结构上蒙皮板或下蒙皮板的内表面上用于打磨支撑；
(2.3)将每层按照固定宽度在层板结构切割边的外表面进行斜坡打磨；
(3)对典型单向带渐变台阶式层板结构的贯穿性损伤，其铺层过程包括：
(3.1)模拟铺层工序，制定标准定位坐标和铺层模板；
(3.2)选取支撑胶膜施加在上蒙皮板或下蒙皮板损伤区域的外表面贴合面上；
(3.3)在损伤区域的外表面设置填充层和修理层；
(3.4)制作修理模具；
(3.5)在修理模具上施加无孔分离膜，将层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板的外表面安装固定在修理模具上；
(3.6)选取支撑胶膜并施加在损伤区域内表面的贴合面上；
(3.7)在损伤区域的内表面安装填充层和修理层；
(4)对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤进行分步铺层时，采用真空压实法以压紧各铺层，真空压实法为：
(4.1)每次铺设安装完填充层和修理层，安装真空袋材料，抽真空至设定压力值并保持设定时间以压紧铺层，抽真空过程中检查确认真空袋无泄漏；
(4.2)拆下真空袋材料，重复以上步骤直到安装完所有铺层；
(5)对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤进行分步铺层后，进行固化处理，即完成双曲型层板结构贯穿性损伤修复。
在上述典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺中：
优选的，步骤(1)中所述上蒙皮板和下蒙皮板主要由碳纤维铺层制成，由于碳纤维铺层层数很多，且原始厂家封锁铺层的铺设信息，因此对于上蒙皮板和下蒙皮板的贯穿性损伤，维修困难。
优选的，步骤(1)中确定典型渐变台阶式双曲型层板结构的基本信息包括：获取典型渐变台阶式双曲型层板结构的铺层材料和铺层形式信息，所述铺层材料为碳纤维单向带，其件号为ABS5377B0000；所述铺层形式信息包括铺层方向、铺层分界线和铺层搭接方式。
由于渐变台阶式双曲层板结构铺层具有超厚层板结构，且层与层间尺寸高度变化没有规律，因此采用常规的单斜坡打磨方式已经无法满足所有铺层的搭接尺寸要求，本发明通过试验发现，使用双斜坡打磨方式效果佳。
优选的，步骤(2.1)～(2.2)中所述固定宽度为每层约为0.25英寸的宽度，在层板结构切割边的内表面或外表面进行斜坡打磨。
优选的，步骤(2.2)中所述玻璃纤维为181型玻璃丝布，所述树脂为EA9396的环氧树脂，所述背板的厚度为0.1英寸至0.2英寸，所述无孔分离膜的件号为A5000NP。
在对层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板的内表面打磨结束后，要将层板结构翻转过来进行继续打磨另外一个侧面即上蒙皮板或下蒙皮板的外表面，此时需要采用背板进行支撑以免打磨好的内侧面有损伤，同时保持上蒙皮板或下蒙皮板的外表面的外形轮廓，背板可以采用四方形等平板结构。
也可以直接从层板结构所有零件上拓出部件外形型面，确立基准和定位点，再利用逆向工程设计和制作背板，用于起到支撑作用，防止因打磨后修理区域强度变弱而带来的可能性损伤。
优选的，步骤(3.1)中模拟铺层工序，制定标准定位坐标和铺层模板，包括选取损伤区域外一点作为原点，建立第一直角坐标系，然后采用第一分离膜拓出损伤区域处损伤情况，并在第一分离膜上建立第二直角坐标系，在第一分离膜上对损伤区域的每层铺层角度信息和尺寸信息进行标注；选取第二分离膜，将第一分离膜上标注的每层铺层角度信息和尺寸信息复制到第二分离膜上，制作铺层模板，用于损伤区域处铺层材料修复，所述第一分离膜或第二分离膜的材料为聚乙烯透明薄膜。
具体可以参阅申请号为201910635030.2，发明名称为“一种采用坐标转换法对飞机复合材料部件进行维修的方法”中的标准定位坐标和铺层模板制作方法。
优选的，步骤(3.2)和步骤(3.6)中所述的支撑胶膜为件号为EA9658。
优选的，步骤(3.3)和步骤(3.7)中所述填充层和修理层为碳纤维单向带预浸料，所述碳纤维单向带预浸料的件号为ABS5377B0000。
优选的，步骤(3.5)中所述无孔分离膜的件号为A5000NP。
铺设时，根据第二分离膜每层铺层角度信息和尺寸信息，按1∶1比例逐层裁剪出铺层材料(本发明中的填充层和修理层)作为修理铺层，将第一分离薄膜从损伤区域揭开并固定，在与所述损伤区域接触的第一分离膜的表面上逐层铺设修理铺层，然后将铺设有修理铺层的第一分离膜铺贴回原位置，并使第一直角坐标系和第二直角坐标系重合，以便于将修理铺层粘贴于损伤区域，完成修理铺层铺设后，去除第一分离膜即可。
优选的，步骤(3.4)中制作修理模具时，从典型渐变台阶式双曲型层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板贯穿性损伤区域外表面的所有零件上拓出损伤部件外形型面，确立基准和定位点，再利用逆向工程设计和标准模具制作工艺制作修理模具，所述修理模具的结构同典型渐变台阶式双曲型层板结构上蒙皮板或下蒙皮板的外表面结构相适配，用于支撑典型渐变台阶式双曲型层板结构上蒙皮板或下蒙皮板的内表面进行修复操作。
步骤(4.1)中每次铺设安装完填充层和修理层时，填充层和修理层每次最多施加6层。步骤(3.3)～步骤(3.7)中铺设安装填充层和修理层时也是如此。
优选的，步骤(4.1)中抽真空至22～26英寸-汞柱保持10分钟以压紧铺层。
优选的，步骤(5)中固化处理时，将修理模具连同层板结构一起，使用热压罐固化修理组件，固化温度为355°F±10°F，固化时间为120～180min，固化后移除真空袋材料，对修理组件和所有测试样件进行敲击检查和目视检查确认无缺陷。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本工艺修复工艺为典型渐变台阶式层板结构贯穿性损伤修理工艺，用于机体类似结构部件的修理，使翼尖小翼贯穿性损伤修理具备可行性，大幅度降低其维修成本；
(2)本工艺修复工艺可完成典型渐变台阶式层板结构贯穿性损伤修理，仅通过图纸和软件绘图等辅助手段确定材料信息和铺层结构信息；
(3)本工艺从所有零件上拓出部件外形型面，确立基准和定位点，再利用逆向工程设计和制作修理背板，用于起到支撑作用，防止因打磨后修理区域强度变弱而带来的可能性损伤；
(4)本工艺修复工艺开发了模拟铺层工序，制定了标准定位坐标，有效解决了损伤去除后无法精确定位铺层的难题。
(5)本工艺采用分步铺层真空压实工艺，压实叠层将铺层间的气泡排出，从而最大程度上解决了超厚层板结构固化质量无法保证的难题。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，包括以下步骤：
(1)确定典型单向带渐变台阶式双曲型层板结构的基本信息。
(1.1)确定修理材料和铺层形式：根据图纸信息获取维修所需材料的件号，原始铺层方向，原始铺层形式等信息。
(2)对渐变台阶式双曲型层板结构进行研究：确定修理铺层的方向、分界线、搭接方式等修理所需技术信息，渐变台阶式双曲层板结构铺层具有超厚层板结构，层与层间尺寸高度变化没有规律，采用常规的单斜坡打磨方式已经无法满足所有铺层的搭接尺寸要求，需要使用双斜坡打磨方式，其打磨工艺包括：
(2.1)按每层按照固定的宽度在层板结构切割边的内表面进行斜坡打磨；
(2.2)使用玻璃纤维和树脂从内表面一侧制作一个能保证蒙皮外表轮廓的背板，在背板上施加无孔分离膜，将背板安装在上蒙皮板或下蒙皮板的内表面上用于打磨支撑；
(2.3)按每层按照固定的宽度在切割边的外表面进行斜坡打磨，打磨完成后拆下背板；
(3)对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤，其铺层工艺包括：
(3.1)模拟铺层工序，制定了标准定位坐标和铺层模板，具体过程参阅申请号为201910635030.2，发明名称为“一种采用坐标转换法对飞机复合材料部件进行维修的方法”中的标准定位坐标和铺层模板制作方法；
(3.2)切割一层支撑胶膜并施加在损伤部件修理区域外表面贴合面上；
(3.3)在损伤部件修理区域的外表面安装填充层和修理层；
(3.4)从所有零件上拓出部件外形型面，确立基准和定位点，再利用逆向工程设计和标准模具制作工艺制作修理模具；
(3.5)在模具上施加无孔分离膜，将损伤部件安装定位并固定到修理模具上；
(3.6)切割一层支撑胶膜并施加在损伤部件修理区域内表面贴合面上；
(3.7)在损伤部件修理区域的内表面安装填充层和修理层；
(4)对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤，其分步铺层真空压实工艺包括：
(4.1)铺设安装填充层和修理层；
(4.2)安装真空袋材料，抽真空至一定的压力值并且保持一定的时间以压紧铺层。抽真空过程中检查确认真空袋无泄漏；
(4.3)拆下真空袋材料，重复以上步骤直到安装完所有铺层；
(5)对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤，其适用的固化程序包括：
(5.1)使用热压罐固化修理组件；
(5.2)固化后移除真空袋材料，对修理组件和所有测试样件进行敲击检查和目视检查确认无缺陷。
在本实施例典型渐变台阶式层板结构贯穿性损伤修理工艺中：
步骤(1.1)中所述的碳纤维单向带件号为ABS5377B0000。
步骤(2.1)中所述的固定宽度为每层0.25英寸的宽度在层板结构切割边的内表面进行斜坡打磨。
步骤(2.2)中使用181型玻璃丝布和型号为EA9396的环氧树脂制作修理背板，厚度0.1英寸至0.2英寸。
步骤(2.2)和(3.5)中所述的无孔分离膜件号为A5000NP。
步骤(3.2)和(3.7)中支撑胶膜件号为EA9658。
步骤(3.3)和(3.8)中填充层和修理层为碳纤维单向带预浸料，所述的碳纤维单向带预浸料为碳纤维单向带预浸料(预浸料件号：ABS5377B0000)。
步骤(4.1)铺设安装填充层和修理层时，每次最多施加6层铺层。
步骤(4.2)安装真空袋材料，抽真空至22-26英寸-汞柱保持10分钟以压紧铺层，抽真空过程中检查确认真空袋无泄漏。
步骤(5.1)中固化温度为355°F±10°F，固化时间为120～180min。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是包括以下步骤：
（1）确定典型渐变台阶式双曲型层板结构的基本信息，所述典型渐变台阶式双曲型层板结构主要由连接梁以及设于所述连接梁两侧的上蒙皮板和下蒙皮板组成，所述上蒙皮板和所述下蒙皮板通过紧固件连接，所述上蒙皮板和所述下蒙皮板均分别设有内表面和外表面；
（2）切割去除双曲型层板结构上的贯穿性损伤，采用双斜坡打磨方式，所述双斜坡打磨方式包括：
（2.1）将每层按照固定宽度在层板结构切割边的内表面进行斜坡打磨；
（2.2）采用玻璃纤维和树脂从层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板的内表面一侧制作一个能保证上蒙皮板或下蒙皮板外表面外轮廓的背板，在背板上施加无孔分离膜，将背板分别安装在所述层板结构上蒙皮板或下蒙皮板的内表面上用于打磨支撑，或从层板结构所有零件上拓出部件外形型面，确立基准和定位点，再利用逆向工程设计和制作背板；
（2.3） 将每层按照固定宽度在层板结构切割边的外表面进行斜坡打磨；
（3）对典型单向带渐变台阶式层板结构的贯穿性损伤，其铺层过程包括：
（3.1） 模拟铺层工序，制定标准定位坐标和铺层模板；
（3.2） 选取支撑胶膜施加在上蒙皮板或下蒙皮板损伤区域的外表面贴合面上；
（3.3）在损伤区域的外表面设置填充层和修理层；
（3.4）制作修理模具；
从典型渐变台阶式双曲型层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板贯穿性损伤区域外表面的所有零件上拓出损伤部件外形型面，确立基准和定位点，再利用逆向工程设计和标准模具制作工艺制作修理模具，所述修理模具的结构同典型渐变台阶式双曲型层板结构上蒙皮板或下蒙皮板的外表面结构相适配，用于支撑典型渐变台阶式双曲型层板结构上蒙皮板或下蒙皮板的内表面进行修复操作；
（3.5）在修理模具上施加无孔分离膜，将层板结构的上蒙皮板或下蒙皮板的外表面安装固定在修理模具上；
（3.6）选取支撑胶膜并施加在损伤区域内表面的贴合面上；
（3.7）在损伤区域的内表面安装填充层和修理层；
（4）对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤进行分步铺层时，采用真空压实法以压紧各铺层，真空压实法为：
（4.1）每次铺设安装完填充层和修理层，安装真空袋材料，抽真空至设定压力值并保持设定时间以压紧铺层，抽真空过程中检查确认真空袋无泄漏；
（4.2） 拆下真空袋材料，重复以上步骤直到安装完所有铺层；
（5）对典型单向带渐变台阶式层板结构贯穿性损伤进行分步铺层后，进行固化处理，即完成双曲型层板结构贯穿性损伤修复。
2.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（1）中确定典型渐变台阶式双曲型层板结构的基本信息包括：获取典型渐变台阶式双曲型层板结构的铺层材料和铺层形式信息，所述铺层材料为碳纤维单向带，其件号为ABS5377B0000；所述铺层形式信息包括铺层方向、铺层分界线和铺层搭接方式。
3.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（2.1）~（2.2）中所述固定宽度为每层 0.25 英寸的宽度，在层板结构切割边的内表面或外表面进行斜坡打磨。
4.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（2.2）中所述玻璃纤维为181型玻璃丝布，所述树脂为EA9396的环氧树脂，所述背板的厚度为0.1英寸至0.2英寸，所述无孔分离膜的件号为A5000NP。
5.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（3.1）中模拟铺层工序，制定标准定位坐标和铺层模板，包括选取损伤区域外一点作为原点，建立第一直角坐标系，然后采用第一分离膜拓出损伤区域处损伤情况，并在第一分离膜上建立第二直角坐标系，在第一分离膜上对损伤区域的每层铺层角度信息和尺寸信息进行标注；选取第二分离膜，将第一分离膜上标注的每层铺层角度信息和尺寸信息复制到第二分离膜上，制作铺层模板，用于损伤区域处铺层材料修复，所述第一分离膜或第二分离膜的材料为聚乙烯透明薄膜。
6.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（3.2）和步骤（3.6）中所述的支撑胶膜为件号为EA9658；步骤（3.3）和步骤（3.7）中所述填充层和修理层为碳纤维单向带预浸料，所述碳纤维单向带预浸料的件号为ABS5377B0000；步骤（3.5）中所述无孔分离膜的件号为A5000NP。
7.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（4.1）中每次铺设安装完填充层和修理层时，填充层和修理层每次最多施加6层。
8.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（4.1）中抽真空至 22~26 英寸汞柱保持10 分钟以压紧铺层。
9.根据权利要求1所述的典型渐变台阶式双曲型层板结构贯穿性损伤修理工艺，其特征是：步骤（5）中固化处理时，将修理模具连同层板结构一起，使用热压罐固化修理组件，固化温度为355℉±10℉，固化时间为120~180min，固化后移除真空袋材料，对修理组件和所有测试样件进行敲击检查和目视检查确认无缺陷。
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