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CN115416392B - 一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法 - Google Patents

一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法 Download PDF

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闵世雄
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Abstract

本发明涉及一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，包括：在复合材料夹层结构梁一侧、端肋一侧和边肋一侧放置支撑芯模和定位挡块，复合材料夹层结构后边条一侧放置可滑动限位块，可滑动限位块通过双面胶带粘接在胶接工装上，在胶接过程中，可滑动限位块可以对复合材料夹层结构后边条一侧的变形进行限位控制，当变形应力超过界限可能导致蒙皮与芯材脱粘时，可滑动限位块可以发生位移，允许后边条变形以降低变形应力。本发明一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，能有效抑制复合材料夹层结构胶接的变形，不仅操作简单、效果明显，而且不会造成因外形过度抑制而产生的内部胶接缺陷，最终胶接成型的零件内部质量好、尺寸精度高。

Description

一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法
技术领域
本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，主要用于复合材料蜂窝或者泡沫夹层结构二次胶接过程的变形控制。
背景技术
复合材料由于其高比强度，高比刚度、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等优点，已成为当代最主要的航空结构材料之一。而复合材料夹层结构更是具有非常大的强度重量比的一种结构性材料，与实心材料相比，复合材料夹层结构使用的有效材料仅为被替代材料的1％～5％，它显然是一种用料省、耗能小的极具潜力的轻质材料。航空用复合材料夹层结构一般为泡沫夹芯结构或者蜂窝夹芯结构，常用于飞机升降舵、襟副翼等次承力部件，成功工艺以二次胶接成型为主。在二次胶接过程中，由于复合材料与芯材、胶膜、发泡胶等热膨胀系数不一致，会导致最终成型的复合材料夹层结构存在胶接变形。目前的二次胶接工艺，一般采用支撑芯模和定位挡块对夹层结构胶接变形进行抑制。若支撑芯模和定位挡块对夹层结构变形抑制不足，则胶接变形较大影响最终制件的装配及气动外形；若支撑芯模和定位挡块对夹层结构变形抑制过大，则容易造成胶接过程中零件翘曲从而造成脱粘等内部胶接缺陷。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，通过在复合材料夹层结构梁一侧、端肋一侧和边肋一侧放置支撑芯模和定位挡块，复合材料夹层结构后边条一侧放置可滑动限位块，可滑动限位块通过双面胶带粘接在胶接工装上，在胶接过程中，可滑动限位块可以对复合材料夹层结构后边条一侧的变形进行限位控制，当变形应力超过界限可能导致蒙皮与芯材脱粘时，可滑动限位块可以发生位移，允许后边条变形以降低变形应力。
本发明提供的一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，能有效抑制复合材料夹层结构胶接的变形，不仅操作简单、效果明显，而且不会造成因变形过度抑制而产生的内部胶接缺陷，最终胶接成型的零件内部质量好、尺寸精度高。
(2)技术方案
本发明的实施例提出了一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，在复合材料夹层结构梁一侧、端肋一侧和边肋一侧放置支撑芯模和定位挡块，复合材料夹层结构后边条一侧放置可滑动限位块，可滑动限位块通过双面胶带粘接在胶接工装上。
进一步，所述的可滑动限位块为玻璃纤维复合材料，数量为n个，n＝(L-2)/0.8，n取整数，其中L为复合材料泡沫夹层结构长度，单位为米。
进一步，所述的复合材料夹层结构上蒙皮、下蒙皮与后边条胶接一侧预留5mm-10mm余量，后边条与蒙皮预留同样余量，在复合材料泡沫夹层结构胶接成型后，再去除余量。
进一步，所述的双面胶带为耐温胶带，在胶接温度上限不发生失效，且粘接剪切强度在0.1MPa～2MPa之间。
进一步，所述的可滑动限位块在胶接过程中，可以对复合材料夹层结构后边条一侧的变形进行限位控制，当变形应力超过界限可能导致蒙皮与芯材脱粘时，可滑动限位块可以发生位移，允许后边条变形以降低变形应力。
(3)有益效果
本发明一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，能有效抑制复合材料夹层结构胶接的变形，不仅操作简单、效果明显，而且不会造成因外形过度抑制而产生的内部胶接缺陷，最终胶接成型的零件内部质量好、尺寸精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明复合材料夹层结构胶接定位示意图。
图2为本发明的复合材料夹层结构骨架示意图。
图3为本发明复合材料夹层结构垂直梁轴线剖面图。
图中：
1-复合材料夹层结构胶接工装主体；2-端肋支撑芯模；3-边肋支撑芯模；4-梁支撑芯模；5-端肋定位挡块；6-边肋定位挡块；7-梁定位挡块；8-可滑动限位块；9-复合材料夹层结构；10-端肋；11-边肋；12-梁；13-后边条；14-芯材；15-上蒙皮；16-下蒙皮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，复合材料夹层结构9由上蒙皮15、下蒙皮16、端肋10、边肋11、梁12、后边条13及芯材14组成。胶接过程中，端肋支撑芯模2、边肋支撑芯模3、梁支撑芯模4分别安装于复合材料夹层结构端肋10、边肋11和梁12内型面，用于支撑零件内型面。端肋定位挡块5、边肋定位挡块6、梁定位挡块7分别紧贴端肋支撑芯模2、边肋支撑芯模3、梁支撑芯模4，用于胶接过程中端肋10、边肋11及梁12的定位。可滑动限位块8通过双面胶带粘贴安装于复合材料夹层结构后边条13外侧，用于复合材料夹层结构9后边条方面的定位。
本发明方案的创新点，在于在胶接过程中，可滑动限位块8不仅可以对复合材料夹层结构9后边条13一侧的变形进行限位控制，还可以沿原限位方向进行一定程度的滑动，以保证胶接内部质量。在复合材料夹层结构9胶接过程中，当零件因热膨胀系数不同造成的变形应力超过一定界限时，若可滑动限位块8像端肋定位挡块5、边肋定位挡块6、梁定位挡块7一样不可移动，则可能出现上蒙皮15、下蒙皮16或者梁12的变形翘曲，从而导致上蒙皮15、下蒙皮16或者梁12与芯材14出现脱粘缺陷。所以，当零件因热膨胀系数不同造成的变形应力超过一定界限时，可滑动限位块8可沿原限位方向进行一定程度的滑动，当可滑动限位块8发生滑动后，当零件因热膨胀系数不同造成的变形应力因零件变形而减少，当可滑动限位块8的粘接强度与零件变形应力达到平衡时，可滑动限位块8不再滑动。可滑动限位块8不再滑动时，对复合材料夹层结构9胶接变形进行抑制。
可选地，在该实施例中，所述的双面胶带为耐温胶带，在胶接温度上限不发生失效，且粘接剪切强度在0.1MPa～2MPa之间。
可选地，在该实施例中，可滑动限位块8为玻璃纤维复合材料，数量为n个，n＝(L-2)/0.8，n取整数，其中L为复合材料夹层结构的长度，单位为米。
具体的，可按照上述公式计算出需要的可滑动限位块8的数量，以适应不同长度的复合材料夹层结构。
可选地的，在该实施例中，复合材料夹层结构上蒙皮15、下蒙皮16与后边条13胶接一侧预留5mm-10mm余量，后边条13预留同样余量，在复合材料夹层结构胶接成型后，再去除余量。
具体的，当复合材料夹层结构9胶接成型后，由于可滑动限位块8可能因为变形应力过大产生滑移，故复合材料夹层结构后边条13可能存在一定变形。由于可滑动限位块8每0.8m存在一块，故对于超过4m的较长复合材料夹层结构9，胶接完后复合材料夹层结构后边条13可能呈“S”型，此时再将后边条宽度方向5mm-10mm余量去除，保证成型后复合材料夹层结构9外形精度。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，所述复合材料夹层结构(9)包括上蒙皮(15)、下蒙皮(16)、端肋(10)、边肋(11)、梁(12)、后边条(13)及芯材(14)，其特征在于，胶接过程中，端肋支撑芯模(2)、边肋支撑芯模(3)、梁支撑芯模(4)分别安装于所述复合材料夹层结构端肋(10)、边肋(11)和梁(12)内型面，用于支撑零件内型面；端肋定位挡块(5)、边肋定位挡块(6)、梁定位挡块(7)分别紧贴端肋支撑芯模(2)、边肋支撑芯模(3)、梁支撑芯模(4)，用于胶接过程中端肋(10)、边肋(11)及梁(12)的定位；可滑动限位块(8)通过双面胶带粘贴安装于所述复合材料夹层结构后边条(13)外侧，用于复合材料夹层结构(9)后边条方面的定位；
所述的复合材料夹层结构上蒙皮(15)、下蒙皮(16)与后边条(13)胶接一侧预留5mm-10mm余量，后边条(13)预留同样余量，在所述的复合材料夹层结构胶接成型后，再去除余量；
所述的可滑动限位块(8)在胶接过程中，可以对复合材料夹层结构后边条(13)一侧的变形进行限位控制，当变形应力超过界限可能导致上蒙皮(15)或下蒙皮(16)与芯材(14)脱粘时，可滑动限位块(8)可以发生位移，允许后边条(13)变形以降低变形应力。
2.如权利要求1所述的一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，其特征在于，所述的可滑动限位块(8)为玻璃纤维复合材料，数量为n个，n＝(L-2)/0.8，n取整数，其中L为复合材料夹层结构的长度，单位为米。
3.如权利要求1所述的一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法，其特征在于，所述的双面胶带为耐温胶带，在胶接温度上限不发生失效，且粘接剪切强度在0.1MPa～2MPa之间。
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