一种用于陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构的装配工装及方法与流程

本发明涉及蒙皮挂点结构的装配，具体涉及一种用于陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构的装配工装及方法。

背景技术：

1、在高精度飞行器用构件领域，随着航空航天飞行器的快速发展，对飞行器构件的强度、热稳定性提出了极为苛刻的要求。飞行器部件由单一的高密度低线胀金属材料向低密度、低线胀、高强度等综合性能优异的陶瓷基复合材料发展。飞行器头锥、前缘边条是典型的陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构产品，其作为飞行器的重要部件，工作环境具有高温、高压等特点，在飞行器高速飞行状态下，直接承受高温、高压和高速气流的冲刷作用。因此，要求产品材料必须承载能力强、耐热性能好、抗烧蚀和抗冲刷性能好，并且易加工，对裂纹不敏感，没有灾难性损毁等特点。

2、陶瓷基复合材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，具有耐高温、低密度、高强比、高比模、抗氧化、抗烧蚀、对裂纹不敏感以及不发生灾难性损毁等特点。因此性能更优异的耐高温轻质陶瓷基复合材料完全能满足蒙皮挂点结构产品的设计使用要求。

3、陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构均是通过多个形状复杂的单个零件通过同基体销钉铆接螺接装配后，经整体cvi工艺沉积制备而成，零件为纤维织物铺叠穿刺cvi沉积而成的薄壁复杂结构，装配加工操作空间狭小，无明确的定位基准要素，难以建立统一的定位基准，且各组成零件之间位置关系复杂，多为空间非线性位置关系，用常规装配工装和装配方法无法建立准确可靠的定位装配关系，导致产品装配难度大，且陶瓷基复合材料零件为近净成型，后序加工余量小，为难加工材料，经过多次cvi沉积后的零件表面精度差，零件整体精度较低，导致装配质量难以保证。现有成熟工艺技术已无法解决上述问题，目前无可参考方案，急需制定一种新的工艺措施和工艺方法来提升陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构的装配质量和装配效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在蒙皮挂点结构装配操作空间小、定位基准不明确、各零件关系复杂、后续加工余量小，导致装配难度大且装配精度较低的不足之处，而提供一种用于陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构的装配工装及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种用于陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构的装配工装，用于对蒙皮挂点结构进行装配，所述蒙皮挂点结构包括蒙皮零件和设置在蒙皮零件上的挂点肋组件，其特殊之处在于：

4、包括蒙皮装配工装、挂点肋装配工装及挂点孔制孔工装；

5、所述蒙皮装配工装用于定位固定蒙皮零件，蒙皮装配工装上设置有凹模定位型面，凹模定位型面与蒙皮零件的外型面相适配；

6、所述挂点肋装配工装与蒙皮装配工装对应连接，用于定位挂点肋组件；

7、所述挂点孔制孔工装的一端与蒙皮装配工装对应连接，另一端开设通孔，与挂点肋组件对应，用于确定挂点肋组件上挂点孔的空间位置，从而对其进行开孔。

8、进一步地，所述蒙皮装配工装包括工装主体和至少3个第一定位压块；凹模定位型面设置在工装主体的一端端面上，与蒙皮零件的外型面相适配；

9、所述工装主体的一端端面沿凹模定位型面的外周设置至少3个第一定位槽，对应设置至少3个第一定位压块，第一定位压块的一端与蒙皮零件的端面相抵接；

10、所述工装主体的一端端面沿凹模定位型面的外周设置有至少3个第二定位槽，用于安装挂点肋装配工装；

11、所述工装主体的一端端面沿凹模定位型面的外周设置有至少3个第三定位槽，用于安装挂点孔制孔工装。

12、进一步地，所述凹模定位型面上设计有多个通孔，记为第一窗口，第一窗口与挂点肋组件的设置位置相对应；

13、所述工装主体一端端面设置有基准孔，作为加工装配工装的主基准；

14、所述凹模定位型面沿中心轴线设置通孔，记为第二窗口，所述工装主体侧面设计有多个第三窗口，用于减重，并提供装配操作空间。

15、进一步地，所述蒙皮装配工装包括工装支架、工装支架内设置的凹模型面卡板以及主定位基板；

16、所述主定位基板上对应凹模型面卡板开设通孔，主定位基板用于连接挂点肋装配工装、挂点孔制孔工装。

17、进一步地，所述挂点肋装配工装包括转接定位支座；所述转接定位支座包括第一定位板以及垂直于第一定位板的第二定位板，第一定位板的侧面设置有定位台阶，定位台阶用于定位挂点肋组件的空间位置；第二定位板用于与蒙皮装配工装的一端端面连接。

18、进一步地，所述挂点孔制孔工装包括环形的转换定位基板以及设置在转换定位基板上的转接制孔装置；

19、所述转换定位基板的外周延伸出至少3个第三定位板，用于与蒙皮装配工装连接；

20、所述转接制孔装置包括转接主体、第一制孔衬套、第二制孔衬套；转接主体的一端与转换定位基板定位连接，另一端端部设置让位槽，用于设置挂点肋组件，让位槽的两个侧壁对应设置有第一定位孔，通过第一定位孔在挂点肋组件的对应位置设置挂点孔。

21、进一步地，所述定位台阶包括纵向的第一定位面和横向第二定位面，第一定位面用于限位挂点肋组件的水平方向位置，第二定位面用于限位挂点肋组件的高度方向位置。

22、同时，还提供一种用于陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构的装配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

23、步骤1，准备工作：制备蒙皮零件预制体、挂点肋组件预制体，设计制作与其匹配的装配工装，包括蒙皮装配工装、挂点肋装配工装以及挂点孔制孔工装；

24、步骤2，蒙皮零件预制体定位装配：将蒙皮零件预制体安装至蒙皮装配工装上；

25、步骤3，挂点肋组件预制体定位装配：将挂点肋装配工装安装至蒙皮装配工装的对应位置，以挂点肋装配工装为基准，装配挂点肋组件预制体；

26、步骤4，铆接沉积：将挂点肋组件预制体与蒙皮零件预制体固连，拆除挂点肋装配工装和蒙皮装配工装，对挂点肋组件预制体与蒙皮零件预制体进行沉积，出炉后打磨清理；

27、步骤5，挂点肋组件预制体制孔：将挂点孔制孔工装安装到蒙皮装配工装上，根据挂点孔制孔工装对挂点肋组件预制体进行开孔，得到挂点肋组件；

28、步骤6，精加工蒙皮零件预制体：将蒙皮挂点产品与挂点孔制孔工装固连，并从蒙皮装配工装上将其拆卸，对蒙皮零件的外型面及端面进行精加工，达到设计尺寸要求，得到蒙皮零件；

29、步骤7，铆焊沉积：拆除挂点孔制孔工装；进行沉积，打磨清理，得到蒙皮挂点产品。

30、进一步地，步骤1中，所述蒙皮零件预制体、挂点肋组件预制体均采用高温石墨模具将纤维织物铺叠穿刺定型，经cvi沉积到一定密度得到；

31、所述蒙皮零件预制体、挂点肋组件预制体均具有工艺余量。

32、进一步地，步骤4中，所述固连采用同基体的销钉铆接；所述沉积采用cvi法；

33、所述打磨清理具体为：清理表面多余物，并进行打磨，再用酒精清理；

34、还包括步骤8，将蒙皮挂点产品安装至挂点孔制孔工装上，利用三坐标测量机检测蒙皮挂点产品的整体外形尺寸及蒙皮开口端面尺寸，判定是否满足设计要求。

35、本发明的有益效果：

36、1、本发明用于陶瓷基复合材料蒙皮挂点结构产品的装配工装以蒙皮零件作为主定位基准，通过专用工装，完成基准转换，将复杂空间位置关系进行了准确定位，实现了使用基准与安装基准互为基准，提高了整体装配精度，降低了装配难度，提高了装配效率。

37、2、本发明装配工装采用模块化设计思路，选用高精度定位面、高精度定位销的定位方法和螺栓快速连接固定方案，蒙皮装配工装的工装主体共用，作为主定位基准，挂点肋装配工装及挂点孔制孔工装均为可拆卸件，工装主体的拆卸、连接方便快速高效，将多工序集成到一套装配工装上进行，加工制造工艺性好，既保证了装配工装设计制造精度，又缩短了其研制周期，同时提高了装配工装响应速度，降低了制造成本。

38、3、本发明针对蒙皮挂点结构的外型面与挂点肋组件空间位置关系复杂，不能直接互为基准定位协调装配的问题，通过协调蒙皮零件装配工装、挂点肋装配工装以及挂点孔制孔工装，实现了挂点孔与飞行器机身连接的协调性，保证了蒙皮挂点结构的整体精度实现了高精度装配和高效装配。

39、4、本发明针对蒙皮零件与内部挂点组件挂点孔空间位置精度高，制孔难度大，常规方法无法实现挂点孔制孔的问题，采用挂点孔制孔工装，质量稳定可靠；蒙皮零件装配基准和挂点孔制孔基准保持一致，在装配后以同一基准制挂点孔，有效消除了误差积累产生的偏差，降低了对零件自身精度的要求。

40、5、本发明装配工装，兼顾产品检测需求，有效解决了检测基准无法确定，检测难度大、检测效率低、检测精度不高的问题。

41、6、本发明装配方法以挂点孔为装夹基准，形成了互为基准的装夹定位形式，有效解决了蒙皮零件精度难以保证的问题；其中，c/sic陶瓷基复合材料蒙皮零件是由碳化硅布叠层制备，在装配后超精加工过程中，可降低外形纤维布层加工断层风险，减少对产品强度影响。

42、7、本发明的装配工装和方法，对典型的蒙皮挂点结构产品，如飞行器头锥类产品、前缘边条类产品的装配具有指导和借鉴意义，能够有效解决同类型产品的加工、装配、检测过程定位基准不明确、定位夹紧难度大、基准不统一，操作空间狭小，工艺可达性不高等共性问题。