一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装的制作方法

本发明属于复合材料蜂窝夹层结构的固化成形，涉及一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装。

背景技术：

1、大尺寸高精度高稳定大拐点蜂窝夹层共固化批产工装是蜂窝夹层结构在热压罐中固化成形时，保持结构外形及定位所需的工装夹具。一般由主体工装、连接卡箍、端环三大部分组成。其中，主体工装用来控制蜂窝夹层结构的轮廓尺寸和结构构型，并通过在主体工装上设计定位连接接口，利用定位钉实现对蜂窝夹层结构内部各类功能接口的位置精度控制。端环通过紧固螺钉安装在主体工装上，能够保证主体工装拼接成整体后的端面平整。卡箍安装在主体工装定位槽内，通过锁紧螺钉紧固后，可保证主体工装拼接成整体后的刚度。目前，主体工装多采用铝材铸造成型再经机床加工的方式制作，由于铝材与复材蒙皮之间的热膨胀系数存在较大差异，固化过程中工装受热膨胀，产品在压力作用下会随着工装膨胀的趋势变形，最终导致尺寸精度超差。为避免这种制造缺陷，主体工装设计时需考虑膨胀量，通过合理的尺寸链设计，消除膨胀量对产品成型精度的影响。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，所述工装的特点是采用分瓣成型组装使用，并在主体工装内设计定位和连接接口，再在外侧利用卡箍锁紧提高主体工装刚度，从而实现工装构型简单、制造成本低、可重复利用，且抵消热膨胀系数对产品带来的影响。

2、本发明解决技术的方案是：一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，所述蜂窝夹层结构由内、外蒙皮和蜂窝芯经胶黏剂按预设固化制度固化而成，蜂窝芯内设有预埋功能接口，蜂窝夹层结构分为锥段和柱段两部分，锥段和柱段过渡处拐点角度大且一体成型。本发明所述工装包括固化主体工装、三瓣连接卡箍、锥端连接环、九瓣固化衬板；

3、所述固化主体工装分为第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装；其中，第一主体工装、第二主体工装包裹于蜂窝夹层结构的柱段外侧，第一主体工装、第二主体工装均为由三瓣相同的弧形铸造件对接形成的中空圆筒结构；第三主体工装包裹于蜂窝夹层结构的锥段外侧，第三主体工装为由三瓣相同的铸造件对接形成的中空锥型结构；

4、连接卡箍用于固化主体工装九瓣对接完成后，由卡箍锁紧保证整体刚度，包括两组第一连接卡箍和一组第二连接卡箍；两组第一连接卡箍分别固定在第一主体工装、第二主体工装外壁居中位置处的限位槽内，第二连接卡箍固定在第三主体工装外壁居中位置处的限位槽内；

5、锥端连接环用于保证固化主体工装拼接后端面平整，为圆环结构，设有螺纹孔，与第三主体工装的端面连接；

6、九瓣固化衬板分别位于九瓣固化主体工装内壁，在固化主体工装内壁随形贴合，拼接使用，与蜂窝夹层结构直接接触；固化衬板表面粗糙度优于固化主体工装的表面粗糙度，用于提升蜂窝夹层结构成型后的表面质量。

7、进一步的，所述第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装均设有第一连接接口、第一定位接口；

8、第一连接接口设置在每两瓣固化主体工装的对接面处，用于相邻两瓣主体工装稳定对接；

9、第一定位接口的设置位置和数量根据蜂窝夹层结构预设的功能接口确定，并利用定位钉实现对蜂窝夹层结构内部各类功能接口的位置精度控制。

10、进一步的，所述第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装均设有密封槽，密封槽位于每两瓣固化主体工装的对接面处，密封条安装在密封槽内。

11、进一步的，所述第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装的外壁表面均设有减轻槽和加强筋。

12、进一步的，所述第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装均有密封性要求，使用前已完成探伤，工装内部无缺陷，表面无气孔；

13、所述第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装均有表面清洁度要求，使用前需完成整体除油。

14、进一步的，所述第一主体工装、第二主体工装、第三主体工装共九瓣在拼接完成后形成的内腔圆度满足预设要求，且拼缝平整，无阶差，长度尺寸满足预设要求。

15、进一步的，所述连接卡箍由两个半圆环组装形成，其中一个半圆环两端设有第二连接接口，另一个半圆环两端设有第二定位接口；安装连接卡箍时，在每个第二连接接口内插入连接螺栓，然后将连接卡箍安装在固化主体工装的限位槽内，最后连接螺栓穿入第二定位接口上的定位孔，再将连接螺栓加力矩紧固。

16、进一步的，所述连接卡箍均设有避让孔，避让孔开设在连接卡箍的内圆周上，用于避让固化主体工装的第一定位接口经过连接卡箍的位置。

17、进一步的，所述连接卡箍为钢锻件经机床加工成型，使用前需完成探伤，内部无缺陷；所述锥端连接环的材料为铝，经组合加工成型；所述固化衬板材料为铝，经激光切割成型。

18、进一步的，所述第三主体工装端面设有定位销孔，位置与锥端连接环螺纹孔的位置相同；锥端连接环与第三主体工装使用螺钉连接，螺钉穿过定位销孔，上紧固件加力矩紧固。

19、本发明所述工装满足产品批量生产需求，主体工装设计时采用九瓣拼接的方式，便于拆分起吊转运。不同批次间产品尺寸微小差异，重新设计主体工装带来周期和成本的严重浪费，本发明采用九瓣拼接可实现主体工装尺寸随产品尺寸调整而调整，增加连接模块或者替换其中的三瓣即可满足使用要求。从而使主体工装具备批产重复使用的功能。

20、本发明与现有技术相比的有益效果是：

21、(1)本发明的固化主体工装分瓣设计，考虑工装的结构形式、工装材料及产品材料之间热膨胀系数的影响，通过合理设计工装关键尺寸，消除了主体工装与其服务产品热膨胀系数差异带来的不利影响，降低了产品制造过程的质量缺陷风险。

22、(2)本发明主体工装采取分瓣设计、组装使用的方式，构型简单，制造成本低，且分体的主体工装更易于与产品进行分离，降低了产品与固化成形工装脱模时的损伤风险。

23、(3)本发明采用分体设计的主体工装，可根据产品尺寸适应性的替换其中的3瓣，并重新组装出新的主体工装，从而可灵活便捷地实现固化成形工装的重复利用。

24、(4)本发明采用主体工装铸造时设计减轻槽及加强筋，降低重量便于拆装，又提高了工装的连接强度和结构刚度，更有利于保证产品的尺寸构型和形位精度。

技术特征：

1.一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，所述蜂窝夹层结构由内、外蒙皮和蜂窝芯经胶黏剂按预设固化制度固化而成，蜂窝芯内设有预埋功能接口，蜂窝夹层结构分为锥段和柱段两部分，锥段和柱段过渡处拐点角度大且一体成型；其特征在于，包括固化主体工装、三瓣连接卡箍、锥端连接环(6)、九瓣固化衬板(7)；

2.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述第一主体工装(1)、第二主体工装(2)、第三主体工装(3)均设有第一连接接口、第一定位接口；

3.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述第一主体工装(1)、第二主体工装(2)、第三主体工装(3)均设有密封槽，密封槽位于每两瓣固化主体工装的对接面处，密封条安装在密封槽内。

4.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述第一主体工装(1)、第二主体工装(2)、第三主体工装(3)的外壁表面均设有减轻槽和加强筋。

5.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述第一主体工装(1)、第二主体工装(2)、第三主体工装(3)均有密封性要求，使用前已完成探伤，工装内部无缺陷，表面无气孔；

6.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述第一主体工装(1)、第二主体工装(2)、第三主体工装(3)共九瓣在拼接完成后形成的内腔圆度满足预设要求，且拼缝平整，无阶差，长度尺寸满足预设要求。

7.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述连接卡箍由两个半圆环组装形成，其中一个半圆环两端设有第二连接接口，另一个半圆环两端设有第二定位接口；安装连接卡箍时，在每个第二连接接口内插入连接螺栓，然后将连接卡箍安装在固化主体工装的限位槽内，最后连接螺栓穿入第二定位接口上的定位孔，再将连接螺栓加力矩紧固。

8.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述连接卡箍均设有避让孔，避让孔开设在连接卡箍的内圆周上，用于避让固化主体工装的第一定位接口经过连接卡箍的位置。

9.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述连接卡箍为钢锻件经机床加工成型，使用前需完成探伤，内部无缺陷；所述锥端连接环(6)的材料为铝，经组合加工成型；所述固化衬板(7)材料为铝，经激光切割成型。

10.根据权利要求1所述的一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，其特征在于，所述第三主体工装(3)端面设有定位销孔，位置与锥端连接环(6)螺纹孔的位置相同；锥端连接环(6)与第三主体工装(3)使用螺钉连接，螺钉穿过定位销孔，上紧固件加力矩紧固。

技术总结
本发明涉及一种大拐点蜂窝夹层结构共固化批产工装，属于复合材料蜂窝夹层结构的固化成形技术领域；本发明包括固化工装主体、三件连接卡箍、锥端连接环、九瓣固化衬板。采用分瓣‑拼接的总体设计思路，固化主体工装共分为9部分，使用时按一定的顺序拼接，并经连接件连接组成整体。各部分为铸造件，经组合机加保证尺寸精度，铸造结构内应力低，整体结构稳定可靠。工装分瓣设计可随产品尺寸变化做适应性调整，通用性强，且抵消了热膨胀对产品带来的影响。分瓣设计降低制造成本及周期，便于操作，可推广应用于航空、航天各类圆柱面及多拐点蜂窝夹层结构的产品成型。

技术研发人员：许久远,王建宇,周占伟,王书超,陶积柏,苏庆云,刘军磊,姜明光,魏晨,崔林如,陈雪婷,陈静,马文丽,单清涛,李健龙,武斌,刘海山,黄素军,陈爱姣,于鑫
受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13