一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法技术

本发明专利技术提供一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法，属于航空产品胶接技术领域。所述方法包括胶接、变形量测量、金属薄壁零件预校形、胶接工装模具修整、预校形后及修整后的胶接以及成品检测。本发明专利技术将金属零件按照胶接件变形趋势的反方向进行预校形，并且对胶接工装模具也按照变形趋势的反方向进行增量或减量的补充加工，胶接时通过抽真空的方式将金属薄壁件和非金属薄壁完全贴合在工装上，并保持全过程抽真空,再通过烘箱或热压罐胶接固化，并进行后保压处理，利用零件的变形量和预校形量相互抵消、补偿，得到接近理想状态的胶接件。

A Method for Adhesion of Airborne Thin-walled Metal and Nonmetal Parts

【技术实现步骤摘要】
一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法
本专利技术属于航空产品胶接
，具体为一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法。
技术介绍
胶接技术是航天航空产品中常用的一种不可拆卸的连接方法。胶接连接效率高、结构轻，抗疲劳、密封、减震及绝缘性能好，并且有阻止裂纹扩展作用，破损安全性好，因此，胶接方法大量使用在现代飞行器上面。因现代飞行器表面多为曲面,与飞行器表面共形的结构件一般也为薄壁、曲面。这种共形结构件通常为薄壁金属件和薄壁非金属件经胶接结合在一起。然而薄壁、异形金属件加工困难，加工产生的残余应力问题很难消除，加之与异种材料胶接时热膨胀系数不一样，在高温固化后会产生较大残余应力和残余变形，使得结构件变形严重，特别是铝合金等金属材料。铝合金以其密度低、强度高、热加工性能好等优点，一直是航空航天、军工电子等众多领域中常见的最主要结构材料。而且铝合金密度较小，所以其较之碳钢和不锈钢薄壁件更能满足军工产品日益严苛的轻质减重要求。因此机载共形铝合金薄壁件正以其无法替代的优越性正被广泛应用。由于铝合金薄壁件和非金属薄壁件胶接后产生的变形等问题，一直为生产加工中的难点，往往达不到预期效果，因此解决胶接后结构件变形问题成为共形技术运用中的一个难点和重点。目前用于机载共形薄壁结构件的胶接方法有模压法或真空法(真空袋或热压罐等)，对于模压法来说，存在以下问题：1、结构件与模具可能贴合不实，造成胶膜空洞或结构件局部变形；2、模压以点压方式施力，结构件受力不均匀，使得胶膜厚度不均匀；3、模压方式施力由手工操作，各个胶接件之间可能存在差异，使得最终状态不统一；4、胶接时气泡不易排除，气泡含量多，影响胶接质量；5、模具成本高，操作不方便；6、胶接后的形变问题难以解决。而真空法通过抽真空的方式使结构件与工装完全贴实，施力较模压法均匀，但仍然存在以下问题：1、热压罐的能耗高，模具制造成本高；2、胶接后的形变问题仍然难以解决。因此，现有的胶接方式都不能较好的解决结构件形变问题，通过单一的胶接方式最终难以获得几何尺寸和形位精度高的零件。将多种方法(如预校形)结合的综合胶接方式是保证产品性能的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对薄壁金属零件和薄壁非金属薄壁零件在高温胶接后容易产生的形变的问题，将真空胶接和预校形结合起来，利用零件的变形量和预校形量相互抵消、补偿，从而得到胶接后接近理想状态的胶接件。本专利技术目的通过以下技术方案来实现：一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法，包括以下步骤：1)胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间，并整体放在胶接工装模具上进行胶接，依次对多个金属薄壁零件和非金属薄壁零件进行胶接；2)变形量测量：将胶接后的胶接件放在检测工装上，此时胶接件因变形无法与检测工装紧密贴合，测量检测工装与胶接件之间的最大间隙并统计数值，最大间隙即为胶接形变量，并计算出多个胶接件最大间隙的平均值，同时统计形变区域；3)金属薄壁零件预校形：根据形变量数据对未加工的金属薄壁零件进行形变趋势的反向定量预校形处理，定量的值跟变形量相同，预校形区域为步骤2)中统计的形变区域；4)胶接工装模具修整：根据形变量数据对胶接工装模具进行修整，修整的区域为步骤2)中统计的形变区域，修整的变形量为步骤2)中统计的变形量；5)预校形后及修整后的胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间并贴实，并整体放在修整后的胶接工装模具上，抽真空，使胶接工装模具、金属薄壁零件、胶膜以及非金属薄壁零件在真空状态下升温固化；6)后保压处理：胶接固化完成后，保持真空状态下降温，当温度降到60℃以下，去除压力，取出胶接件，即可得到金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后的成品。进一步，所述方法还包括成品检测：将成品胶接件放在检测工装上，胶接件与检测工装紧密贴合，胶接过程未造成变形，胶接后的胶接件形状接近理想形状，满足要求。进一步，所述胶接工装模具为铝模或钢模，更经济地选择铝模。进一步，所述非金属薄壁零件为环氧芳纶复合材料、环氧碳纤维复合材料、氰酸酯石英复合材料；所述薄壁金属件为铝件或镁铝合金件。进一步，步骤1)中，所述胶接的具体操作为：将胶膜附着在金属薄壁零件或非金属薄壁零件上，附着区域为二者接触区，然后将两者合拢，在合拢过程中小心排除两者之间的空气，并用定位销定位，防止在后续过程中二者错位；将合拢后的组合件用隔离膜、吸胶布、透气毡包裹，放入带有真空嘴的真空袋中并密封，然后通过真空嘴抽出真空袋中的空气，并一直保持抽真空状态。进一步，步骤5)中，所述升温固化温度为80℃-180℃，时间为30min-120min。进一步，步骤6)中，所述降温阶段应保持降温速率不超过1℃/min。本专利技术将金属零件按照胶接件变形趋势的反方向进行预校形，并且对胶接工装模具也按照变形趋势的反方向进行增量(或减量)补充加工，胶接时通过真空袋抽真空的方式将金属薄壁件和非金属薄壁完全贴合在工装上，并保持全过程抽真空,再通过烘箱或热压罐胶接固化，并进行后保压处理，利用零件的变形量和预校形量相互抵消、补偿，得到接近理想状态的零件。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术主要针对薄壁金属零件和薄壁非金属薄壁零件在高温胶接后产生的形变问题做出解决方案，将真空胶接和预校形法结合起来，利用零件的变形量和预校形量相互抵消、补偿，得到接近理想状态的胶接件。本专利技术适用范围广、操作方便，能有效改善胶接后的形变量，同时也能解决模压胶接时产生的胶膜空洞或胶膜厚度不均匀的问题。本专利技术对提升这类形式的胶接件的加工质量、加工效率、加工成本都有很大的提升，大大减少了该类薄壁金属零件和薄壁非金属薄壁零件在胶接工序造成的返工或报废。利用本专利技术技术方案，在改善机载共形曲面薄壁件形变量和粘接质量的同时，还可以推广到其他类型的结构件胶接中。附图说明图1为金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后胶接件的理想形状。图2为金属薄壁零件和非金属薄壁零件在未修整的胶接工装模具上进行胶接的结构示意图。图3为未预处理的金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后胶接件的结构示意图。图4为修整后的胶接工装模具结构示意图。图5为金属薄壁零件和非金属薄壁零件在修整的胶接工装模具上进行胶接的结构示意图。图6为经过本专利技术胶接方法处理后金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后的胶接件结构示意图。附图标记：1-金属薄壁零件，2-非金属薄壁零件，3-胶膜，4-胶接工装模具。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合具体原理及过程对本专利技术一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法进行详细说明。一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法，包括以下步骤：1、胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间，并整体放在胶接工装模具上进行胶接，依次对多个金属薄壁零件和非金属薄壁零件进行胶接。具体地，本步骤的目的是对金属薄壁零件和非金属薄壁零件进行高温固化胶接，以便后续对胶接变形量的测量。胶接工装模具要求其与零件的接触面贴合，可以按照不同胶接零件的结构形状进行设置或调整。金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后胶接件的理想形状如图1所示，金属薄壁零本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间，并整体放在胶接工装模具上进行胶接，依次对多个金属薄壁零件和非金属薄壁零件进行胶接；2)变形量测量：将胶接后的胶接件放在检测工装上，此时胶接件因变形无法与检测工装紧密贴合，测量检测工装与胶接件之间的最大间隙并统计数值，最大间隙即为胶接形变量，并计算出多个胶接件最大间隙的平均值，同时统计形变区域；3)金属薄壁零件预校形：根据形变量数据对未加工的金属薄壁零件进行形变趋势的反向定量预校形处理，定量的值跟变形量相同，预校形区域为步骤2)中统计的形变区域；4)胶接工装模具修整：根据形变量数据对胶接工装模具进行修整，修整的区域为步骤2)中统计的形变区域，修整的变形量为步骤2)中统计的变形量；5)预校形后及修整后的胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间并贴实，并整体放在修整后的胶接工装模具上，抽真空，使胶接工装模具、金属薄壁零件、胶膜以及非金属薄壁零件在真空状态下升温固化；6)后保压处理：胶接固化完成后，保持真空状态下降温，当温度降到60℃以下，去除压力，取出胶接件，即可得到金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后的成品。...

【技术特征摘要】
1.一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间，并整体放在胶接工装模具上进行胶接，依次对多个金属薄壁零件和非金属薄壁零件进行胶接；2)变形量测量：将胶接后的胶接件放在检测工装上，此时胶接件因变形无法与检测工装紧密贴合，测量检测工装与胶接件之间的最大间隙并统计数值，最大间隙即为胶接形变量，并计算出多个胶接件最大间隙的平均值，同时统计形变区域；3)金属薄壁零件预校形：根据形变量数据对未加工的金属薄壁零件进行形变趋势的反向定量预校形处理，定量的值跟变形量相同，预校形区域为步骤2)中统计的形变区域；4)胶接工装模具修整：根据形变量数据对胶接工装模具进行修整，修整的区域为步骤2)中统计的形变区域，修整的变形量为步骤2)中统计的变形量；5)预校形后及修整后的胶接：将胶膜放在金属薄壁零件和非金属薄壁零件之间并贴实，并整体放在修整后的胶接工装模具上，抽真空，使胶接工装模具、金属薄壁零件、胶膜以及非金属薄壁零件在真空状态下升温固化；6)后保压处理：胶接固化完成后，保持真空状态下降温，当温度降到60℃以下，去除压力，取出胶接件，即可得到金属薄壁零件和非金属薄壁零件胶接后的成品。2.如权利要求1所述一种面向机载薄壁金属件和非金属件胶接的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周蜜，张永正，唐缨，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51