CN115742375A - 一种盒段结构机翼成型工装及方法 - Google Patents

Abstract

一种盒段结构机翼成型工装及方法，属于航空复合材料成型领域。框架与型板固定连接组成工装底座，两个侧模放置在型板型腔左右两侧，两个侧模与型板定位并可拆卸固定连接，两个侧模顶面定位并可拆卸固定连接有盖板，型板上位于两个侧模左右两侧以及前后两端放置有多个挡块，多个挡块抵住两个侧模，多个挡块与型板定位并可拆卸固定连接，两个钻模定位并与型板可拆卸固定连接，两个钻模位于盖板前后两端，肋定位器组件横跨在两个侧模外侧，并与型板定位及可拆卸固定连接。方法步骤是：组装工装底座；糊制蒙皮和机翼梁；组装挡块和两个侧模；定位机翼肋；将型板以上的所有部件封装在真空袋内并抽真空，保温，保压，固化。本发明用于盒段结构机翼成型。

Description

一种盒段结构机翼成型工装及方法

技术领域

本发明属于航空复合材料成型领域，具体涉及一种盒段结构机翼成型工装及方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或者化学方法制成的，在宏观或者微观上组成具有新性能的材料。现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料在航空航天领域得到越来越广泛的应用，先进复合材料的用量已成为飞行器的先进性的重要指标。

由于盒段结构复合材料机翼较大，且形状复杂，采用现有分体成型工艺成型，需要每种复合材料零件分别制造，再进行铆接，零件使用数量多，增加机身重量。结构装配时需配备装配工装，工装使用量大，重量重，成本高，装配时间长。

发明内容

本发明的目的是为解决背景技术中存在的问题，提供一种盒段结构机翼成型工装及方法。

本发明通过采用整体固化成型工艺，能够加速盒段结构机翼成型技术的应用，进一步优化航空复合材料成型工艺，解决了盒段结构机翼装配过程繁琐等问题，使机翼减少铆接次数，使加工制造效率得到了极大的提高，加工费时费力得到极大的改善，制造周期显著缩短，成本大幅降低，更加轻量化，能够满足客户需求。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种盒段结构机翼成型工装，包括型板、框架、盖板、两个侧模、两个钻模、多个挡块及肋定位器组件；

框架顶部与型板固定连接组成工装底座；两个侧模放置在型板上并位于型板型腔左右两侧，两个侧模的型面相对设置，两个侧模与型板定位并可拆卸固定连接，两个侧模顶面放置有盖板，盖板与两个侧模顶面定位并可拆卸固定连接；型板上位于两个侧模左右两侧以及前后两端分别放置有多个挡块，多个挡块抵住两个侧模，多个挡块与型板定位并可拆卸固定连接；两个钻模放置在型板上并位于盖板前后两端，钻模与型板定位并可拆卸固定连接；肋定位器组件横跨在两个侧模外侧，肋定位器组件与型板定位并可拆卸固定连接。

进一步的是，框架左右两侧对称固定有四个角轮组件。

进一步的是，框架左右两侧对称固定有四个吊环。

进一步的是，侧模顶面设有多个圆形定位球，盖板底面与多个圆形定位球相对应位置设置有多个圆形凹槽，多个圆形定位球与多个圆形凹槽定位连接。

进一步的是，肋定位器组件包括多个肋定位器，每个肋定位器包括U形框架、连接板、定位板及两个底板；U形框架由方钢管围成，U形框架的横梁上下端面均为平面，U形框架的横梁的一侧面中部固定有连接板，定位板与连接板的外侧板面可拆卸固定连接，定位板的外侧板面为斜面，U形框架的两端各固定有一个底板。

进一步的是，挡块顶面的一侧设有倾斜面，挡块内固定有两个轴套，每个轴套内固定有定位销，挡块与型板通过两个定位销定位并通过两个螺钉与型板可拆卸固定连接。

一种盒段结构机翼成型的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：组装工装底座；先将框架移动到工作位置，再将型板和框架上端固定连接组成工装底座；

步骤二：在型板上糊制机翼一侧蒙皮；具体为：将复合材料铺贴在型板型腔的型面上，每铺贴两层糊制真空袋进行抽真空，预压实处理后去掉真空袋，直至铺贴至蒙皮所需要的厚度；

在两个侧模上糊制部分机翼梁；具体为：先将复合材料铺贴在两个侧模的型面上，每铺贴两层糊制真空袋进行抽真空，预压实处理后，去掉真空袋，直至铺贴至部分机翼梁所需要的厚度；

步骤三：将多个挡块放置在型板上并位于型板型腔周边外侧，多个挡块与型板定位并可拆卸固定连接，最后将两个侧模放置在型板型腔左右两侧，两个侧模的型面相对设置，两个侧模与型板定位并可拆卸固定连接，多个挡块抵住两个侧模，由型板型腔及两个侧模之间围成的空间构成工装型腔；

步骤四：在工装型腔内放置预成型好的另一部分机翼梁，该另一部分机翼梁与两个侧模上的部分机翼梁定位组成一个机翼梁组合，在机翼梁组合上表面铺贴复合材料至所需要的厚度，并压实，制成整体机翼梁；再将预成型好的机翼肋放置在整体机翼梁中间，放置完成后，将肋定位器组件横跨在两个侧模外侧，肋定位器组件与型板定位并可拆卸固定连接，利用肋定位器组件对机翼肋进行检查，最终使机翼肋调整定位到合适位置；

步骤五：机翼肋定位好后，拆卸肋定位器组件，然后将盖板与两个侧模顶面定位并可拆卸固定连接，将型板以上的所有部件均封装在糊制的真空袋内，抽真空，将工装送入热压罐内保温，保压，固化，制成盒段结构机翼毛坯；

步骤六：固化完成后，将工装转移至室内，通风冷却至室温；之后，去掉真空袋，将两个钻模放置在型板上并位于盖板前后两端，钻模与型板定位并可拆卸固定连接，利用钻模在盒段结构机翼毛坯的指定位置钻定位孔；定位孔钻好后，拆卸钻模；

步骤七：脱模；先依次拆卸盖板、多个挡块及两个侧模，然后将盒段结构机翼毛坯取出；

步骤八：脱模完成后，对盒段结构机翼毛坯的边界进行修剪与打磨，制成盒段结构机翼；

步骤九：对盒段结构机翼表面进行防潮、防腐处理，检验合格。

进一步的是，步骤五中，在抽真空过程中，要进行完全真空泄露检查，抽完全真空最小0.08MPa。

进一步的是，步骤五中，固化温度为120℃，固化压力为0.6Mpa，保温保压120-180分钟，检测真空度负压读数下降不超过0.017MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本工装采用挡块定位侧模(金属件)，实现一体化成型，减少零件并相应减少铆钉及工装使用数量，节约成本，减少装配时间。

2、本工装采用肋定位器组件定位机翼肋(复材件)，实现一体化成型，减轻重量，提高整体性能。

3、本工装采用分块式结构，方便外形复杂的机翼脱模。

4、本成型方法容易操作，利用本成型方法可以一次成型盒段结构机翼，避免了梁和肋的多次装配，工艺简单，能够保证成型质量和精度。

附图说明

图1是本发明的一种盒段结构机翼成型工装等轴测图；

图2是本发明的一种盒段结构机翼成型工装主视图；

图3是本发明的一种盒段结构机翼成型工装俯视图；

图4是本发明的一种盒段结构机翼成型工装左视图；

图5是型板俯视图；

图6是框架俯视图；

图7是盖板俯视图；

图8是两个侧模组合俯视图；

图9是钻模主视图；

图10是图9左视图；

图11是图9俯视图；

图12是挡块主视图；

图13是图12左视图；

图14是图12俯视图；

图15是角轮组件主视图；

图16是图15左视图；

图17是肋定位器组件俯视图；

图18是图17左视图；

图19是吊环主视图；

图20是图19左视图。

上述附图中涉及的部件名称及附图标记如下：

型板1、框架2、盖板3、侧模4、钻模5、挡块6、倾斜面6-1、角轮组件7、肋定位器组件8、U形框架8-1、连接板8-2、定位板8-3、底板8-4、斜面8-5、吊环9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1-图20所示；本实施方式披露了一种盒段结构机翼成型工装，包括型板1、框架2、盖板3、两个侧模4、两个钻模5(为现有技术)、多个挡块6及肋定位器组件8；

框架2(为整个成型工装的底座)顶部与型板1(通过焊接)固定连接组成工装底座(焊接需采用氩弧焊保证气密性，清理焊接接头的氧化物、焊接飞溅、切割焊渣等，保证焊口平顺且全部露出金属光泽；型板1型面按照盒段结构机翼底部型面进行加工，型板1上端面的三个角部设有缺口槽，缺口槽底面作为基准面，光平基准面作为装夹基准，用于工装找正加工，保证平面度不超过0.2mm。按数控加工程序粗、精加工均按照飞机数模型面，加工到位。加工后简单去除毛刺与飞边，避免转运过程中造成划伤)；

两个侧模4放置在型板1上并位于型板型腔左右两侧，两个侧模4的型面相对设置，两个侧模4与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接(两个侧模4用于成型盒段结构机翼左右轮廓。两个侧模4成型机翼左右轮廓的型面按数控加工程序进行粗、精加工)，两个侧模4顶面放置有盖板3，盖板3与两个侧模4顶面(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接(盖板3成型机翼上部轮廓的型面按数控加工程序进行粗、精加工)；

型板1上位于两个侧模4左右两侧以及前后两端分别放置有多个挡块6，多个挡块6抵住两个侧模4，多个挡块6与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接(优选的是，在两个侧模4左右两侧各布置3-4个挡块6，在每个侧模4两端各布置1个挡块6。挡块6的作用是：因为工装较重，不便于移动，因此，难于通过定位销与型板1定位。通过设置挡块6，给侧模4一个初始定位的位置，方便侧模4定位)；

两个钻模5放置在型板1上并位于盖板3前后两端，钻模5与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接(作用是在成型后的机翼毛坯预留的耳片上钻出定位孔，通过机翼上的该定位孔，使用插销实现机翼可重复高精度定位)；

肋定位器组件8横跨在两个侧模4外侧，肋定位器组件8与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接。

进一步的是，框架2左右两侧对称固定有四个角轮组件7。

进一步的是，框架2左右两侧对称固定有四个吊环9(计算好承重，通过四个吊环9起吊工装，用于工装转运和运输)。

进一步的是，侧模4顶面设有多个圆形定位球，盖板3底面与多个圆形定位球相对应位置设置有多个圆形凹槽，多个圆形定位球与多个圆形凹槽定位连接(实现盖板3与侧模4的初定位)。

进一步的是，肋定位器组件8包括多个肋定位器，每个肋定位器包括U形框架8-1、连接板8-2、定位板8-3及两个底板8-4；U形框架8-1由方钢管围成，U形框架8-1的横梁上下端面均为平面，U形框架8-1的横梁的一侧面中部固定有连接板8-2，定位板8-3(通过两个连接螺钉)与连接板8-2的外侧板面可拆卸固定连接，定位板8-3的外侧板面为斜面8-5(斜面8-5的主要作用是用于定位机翼肋)，U形框架8-1的两端各固定有一个底板8-4(用于与型板1连接)。

进一步的是，挡块6顶面的一侧设有倾斜面6-1(便于将机翼肋放置在工装型腔内)，挡块6内固定有两个轴套，每个轴套内固定有定位销，挡块6与型板1通过两个定位销定位并通过两个螺钉与型板1可拆卸固定连接。

具体实施方式二：如图1-图20所示，本实施方式披露了一种利用具体实施方式一至六中任一权利要求所述的工装进行盒段结构机翼成型的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：组装工装底座；先将框架2(通过角轮组件7或者吊环9)移动到工作位置，再将型板1和框架2上端(通过焊接)固定连接组成工装底座；

步骤二：在型板1上(手工)糊制机翼一侧蒙皮；具体为：将复合材料铺贴在型板型腔的型面上，每铺贴两层(手工)糊制真空袋进行抽真空，预压实处理(为现有工艺)后去掉真空袋，直至铺贴至蒙皮所需要的厚度；

在两个侧模4上(手工)糊制部分机翼梁；具体为：先将复合材料铺贴在两个侧模4的型面上，每铺贴两层(手工)糊制真空袋进行抽真空，预压实处理(为现有工艺)后，去掉真空袋，直至铺贴至部分机翼梁所需要的厚度；

步骤三：将多个挡块6放置在型板1上并位于型板型腔周边外侧，多个挡块6与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，最后将两个侧模4放置在型板型腔左右两侧，两个侧模4的型面相对设置，两个侧模4与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，多个挡块6抵住两个侧模4(两个侧模4通过多个挡块6限位)，由型板型腔及两个侧模4之间围成的空间构成工装型腔；

步骤四：在工装型腔内放置预成型好的另一部分机翼梁，该另一部分机翼梁与两个侧模4上的部分机翼梁(通过定位销或定位面)定位组成一个机翼梁组合，在机翼梁组合上表面铺贴复合材料至所需要的厚度，并压实，制成整体机翼梁；再将预成型好的机翼肋放置在整体机翼梁中间，放置完成后，将肋定位器组件8横跨在两个侧模4外侧，肋定位器组件8与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，利用肋定位器组件8对机翼肋进行检查，最终使机翼肋调整定位到合适位置(利用定位板8-3的斜面8-5检查机翼肋放置位置是否合适，若斜面8-5与机翼肋相贴靠，则放置位置合适；否则调整机翼肋位置，直至将机翼肋调整至合适位置，以避免放置错位)；

步骤五：机翼肋定位好后，拆卸肋定位器组件8，然后将盖板3与两个侧模4顶面(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，将型板1以上的所有部件(包括盖板3、两个侧模4及多个挡块6)均封装在(手工)糊制的真空袋内，抽真空，将工装送入热压罐内保温，保压，固化，制成盒段结构机翼毛坯；

步骤六：固化完成后，将工装转移至室内，通风冷却至室温；之后，去掉真空袋，将两个钻模5放置在型板1上并位于盖板3前后两端，钻模5与型板1(通过定位销)定位并(通过螺钉)可拆卸固定连接，利用钻模5在盒段结构机翼毛坯的指定位置钻定位孔；定位孔钻好后(清洁工装，防止工装上有异物出现)，拆卸钻模5；

步骤七：脱模；先依次拆卸盖板3、多个挡块6及两个侧模4，然后将盒段结构机翼毛坯取出(脱模要严格按照脱模方向进行脱模，以减少脱模时对盒段结构机翼成型毛坯造成损伤，脱模后对工装进行组装，涂油，防锈等一系列处理后，入库保存便于下次使用)；

步骤八：脱模完成后，对盒段结构机翼毛坯的边界进行修剪与打磨，制成盒段结构机翼；

步骤九：对盒段结构机翼表面进行防潮、防腐处理(为现有技术)，检验合格。

进一步的是，步骤五中，在抽真空过程中，要进行完全真空泄露检查，抽完全真空最小0.08MPa(在泄露检查前，真空袋与真空系统连接至少15分钟，之后，关掉真空系统，5分钟后真空表读数下降不超过0.017MPa)。

进一步的是，步骤五中，固化温度为120℃，固化压力为0.6Mpa，保温保压120-180分钟，检测真空度负压读数下降不超过0.017MPa。

型板1、框架2、盖板3、侧模4、挡块6及肋定位器组件8均采用金属Q235-A.F材料制成；钻模5采用金属6061-T651材料制成；角轮组件7和吊环9均选用标准件。

盒段结构机翼由蒙皮、机翼梁、机翼肋共固化在一起成型而成，通过型板1成型蒙皮及型面，通过盖板3和两个侧模4成型机翼梁及型面，通过肋定位器组件8定位机翼肋。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种盒段结构机翼成型工装，其特征在于：包括型板(1)、框架(2)、盖板(3)、两个侧模(4)、两个钻模(5)、多个挡块(6)及肋定位器组件(8)；

框架(2)顶部与型板(1)固定连接组成工装底座；两个侧模(4)放置在型板(1)上并位于型板型腔左右两侧，两个侧模(4)的型面相对设置，两个侧模(4)与型板(1)定位并可拆卸固定连接，两个侧模(4)顶面放置有盖板(3)，盖板(3)与两个侧模(4)顶面定位并可拆卸固定连接；型板(1)上位于两个侧模(4)左右两侧以及前后两端分别放置有多个挡块(6)，多个挡块(6)抵住两个侧模(4)，多个挡块(6)与型板(1)定位并可拆卸固定连接；两个钻模(5)放置在型板(1)上并位于盖板(3)前后两端，钻模(5)与型板(1)定位并可拆卸固定连接；肋定位器组件(8)横跨在两个侧模(4)外侧，肋定位器组件(8)与型板(1)定位并可拆卸固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种盒段结构机翼成型工装，其特征在于：框架(2)左右两侧对称固定有四个角轮组件(7)。

3.根据权利要求1或2所述的一种盒段结构机翼成型工装，其特征在于：框架(2)左右两侧对称固定有四个吊环(9)。

4.根据权利要求1所述的一种盒段结构机翼成型工装，其特征在于：侧模(4)顶面设有多个圆形定位球，盖板(3)底面与多个圆形定位球相对应位置设置有多个圆形凹槽，多个圆形定位球与多个圆形凹槽定位连接。

5.根据权利要求3所述的一种盒段结构机翼成型工装，其特征在于：肋定位器组件(8)包括多个肋定位器，每个肋定位器包括U形框架(8-1)、连接板(8-2)、定位板(8-3)及两个底板(8-4)；U形框架(8-1)由方钢管围成，U形框架(8-1)的横梁上下端面均为平面，U形框架(8-1)的横梁的一侧面中部固定有连接板(8-2)，定位板(8-3)与连接板(8-2)的外侧板面可拆卸固定连接，定位板(8-3)的外侧板面为斜面(8-5)，U形框架(8-1)的两端各固定有一个底板(8-4)。

6.根据权利要求1所述的一种盒段结构机翼成型工装，其特征在于：挡块(6)顶面的一侧设有倾斜面(6-1)，挡块(6)内固定有两个轴套，每个轴套内固定有定位销，挡块(6)与型板(1)通过两个定位销定位并通过两个螺钉与型板(1)可拆卸固定连接。

7.一种利用权利要求1-6中任一权利要求所述的工装进行盒段结构机翼成型的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：组装工装底座；先将框架(2)移动到工作位置，再将型板(1)和框架(2)上端固定连接组成工装底座；

步骤二：在型板(1)上糊制机翼一侧蒙皮；具体为：将复合材料铺贴在型板型腔的型面上，每铺贴两层糊制真空袋进行抽真空，预压实处理后去掉真空袋，直至铺贴至蒙皮所需要的厚度；

在两个侧模(4)上糊制部分机翼梁；具体为：先将复合材料铺贴在两个侧模(4)的型面上，每铺贴两层糊制真空袋进行抽真空，预压实处理后，去掉真空袋，直至铺贴至部分机翼梁所需要的厚度；

步骤三：将多个挡块(6)放置在型板(1)上并位于型板型腔周边外侧，多个挡块(6)与型板(1)定位并可拆卸固定连接，最后将两个侧模(4)放置在型板型腔左右两侧，两个侧模(4)的型面相对设置，两个侧模(4)与型板(1)定位并可拆卸固定连接，多个挡块(6)抵住两个侧模(4)，由型板型腔及两个侧模(4)之间围成的空间构成工装型腔；

步骤四：在工装型腔内放置预成型好的另一部分机翼梁，该另一部分机翼梁与两个侧模(4)上的部分机翼梁定位组成一个机翼梁组合，在机翼梁组合上表面铺贴复合材料至所需要的厚度，并压实，制成整体机翼梁；再将预成型好的机翼肋放置在整体机翼梁中间，放置完成后，将肋定位器组件(8)横跨在两个侧模(4)外侧，肋定位器组件(8)与型板(1)定位并可拆卸固定连接，利用肋定位器组件(8)对机翼肋进行检查，最终使机翼肋调整定位到合适位置；

步骤五：机翼肋定位好后，拆卸肋定位器组件(8)，然后将盖板(3)与两个侧模(4)顶面定位并可拆卸固定连接，将型板(1)以上的所有部件均封装在糊制的真空袋内，抽真空，将工装送入热压罐内保温，保压，固化，制成盒段结构机翼毛坯；

步骤六：固化完成后，将工装转移至室内，通风冷却至室温；之后，去掉真空袋，将两个钻模(5)放置在型板(1)上并位于盖板(3)前后两端，钻模(5)与型板(1)定位并可拆卸固定连接，利用钻模(5)在盒段结构机翼毛坯的指定位置钻定位孔；定位孔钻好后，拆卸钻模(5)；

步骤七：脱模；先依次拆卸盖板(3)、多个挡块(6)及两个侧模(4)，然后将盒段结构机翼毛坯取出；

步骤八：脱模完成后，对盒段结构机翼毛坯的边界进行修剪与打磨，制成盒段结构机翼；

步骤九：对盒段结构机翼表面进行防潮、防腐处理，检验合格。

8.根据权利要求7所述的盒段结构机翼成型的方法；其特征在于：步骤五中，在抽真空过程中，要进行完全真空泄露检查，抽完全真空最小0.08MPa。

9.根据权利要求7所述的盒段结构机翼成型的方法；其特征在于：步骤五中，固化温度为120℃，固化压力为0.6Mpa，保温保压120-180分钟，检测真空度负压读数下降不超过0.017MPa。

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