無(wú)源復(fù)合材料修復(fù)加壓裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

汪余博，蘇洪波，王紫瀟，王 兵，戴京濤

(海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041)

0 引言

現(xiàn)代航空器復(fù)合材料應(yīng)用廣泛[1，2]，維護(hù)維修需求增大，尤其軍用航空器面臨著戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急維修的迫切需求[3]，而在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行損傷結(jié)構(gòu)的膠接修理時(shí)，為了獲得良好的粘接強(qiáng)度，通常需要對(duì)膠接區(qū)域施加一定的壓力。目前常用的加壓方法有真空袋加壓、熱壓灌加壓、重物加壓等，但是真空袋加壓、熱壓灌加壓需要外部設(shè)備、電源、氣源支持，設(shè)備成本高，修理?xiàng)l件要求高；重物加壓不能夠完成曲面、下表面和垂直表面加壓。針對(duì)現(xiàn)有加壓方式的特點(diǎn)和局限性，本文設(shè)計(jì)了一種操作簡(jiǎn)單快捷、不依賴(lài)外部條件的無(wú)源復(fù)合材料修復(fù)加壓裝置。以期更好地適應(yīng)修理工作實(shí)際需要，特別是在工作環(huán)境相對(duì)艱苦，工具設(shè)備不齊全，電源、氣源無(wú)法獲取，時(shí)間緊迫等情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)快速對(duì)曲面、下表面以及垂直表面結(jié)構(gòu)加壓，完成損傷修復(fù)任務(wù)。

1 無(wú)源復(fù)合材料修復(fù)加壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體設(shè)計(jì)方案

無(wú)源復(fù)合材料修復(fù)加壓裝置是針對(duì)應(yīng)急條件下對(duì)復(fù)合材料膠接修理加壓需求設(shè)計(jì)的，它必須具備無(wú)源操作、能夠加壓特殊位置復(fù)雜曲面的功能，基于此設(shè)計(jì)的無(wú)源加壓裝置主要由支撐工作壓板、限位自鎖裝置、錐度階梯滑桿和抽氣吸盤(pán)4部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，三維圖如圖2所示。

圖1 無(wú)源加壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 無(wú)源加壓裝置三維圖

抽氣吸盤(pán)可以相對(duì)錐度階梯滑桿各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，錐度階梯滑桿可以在限位自鎖裝置中滑動(dòng)，限位自鎖裝置固定于支撐工作壓板上。加壓裝置通過(guò)吸盤(pán)牢固地固定在需要加壓的結(jié)構(gòu)表面上，由支撐工作壓板向加壓表面施加壓力，并通過(guò)錐度階梯滑桿和限位自鎖裝置的配合進(jìn)行限位及自鎖，從而完成加壓工作。

1.2 主要部件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.2.1 支撐工作壓板

支撐工作壓板由主框架和工作壓板組成，如圖3所示。

圖3 支撐工作壓板

主框架由鋁型材拼接制成，是其他裝配件的連接部件，四角安裝限位自鎖裝置，側(cè)面安裝工作壓板，起到固定及承受工作壓板所施加的壓力作用。

工作壓板采用鉚接工藝制作，兩側(cè)上緣與主框架連接，底面為加壓面，通過(guò)調(diào)節(jié)主框架在錐度階梯滑桿上的位置實(shí)現(xiàn)壓力的調(diào)節(jié)。工作壓板主要與膠接修理區(qū)域緊密貼合，對(duì)膠接修理區(qū)域直接施壓，并可以產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，以適應(yīng)具有一定曲率的曲面結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，工作壓板也可以直接對(duì)平面進(jìn)行加壓，此時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生彈性變形。

1.2.2 限位自鎖裝置

限位自鎖裝置由限位塊、限位自鎖銷(xiāo)釘組成。限位塊與主框架剛性連接，是施加壓力的關(guān)鍵構(gòu)件之一，它承受所施加壓力的反作用力。限位塊上有滑動(dòng)孔和限位自鎖銷(xiāo)釘連接螺紋孔，錐度階梯滑桿可以在限位塊滑動(dòng)孔中滑動(dòng)，限位自鎖銷(xiāo)釘與限位塊螺紋連接，銷(xiāo)釘伸出滑動(dòng)孔3 mm～4 mm與錐度階梯滑桿配合，為支撐工作壓板提供定位及自鎖功能。限位自鎖裝置原理圖如圖4所示。

圖4 限位自鎖裝置原理圖

1.2.3 錐度階梯滑桿

4根錐度階梯滑桿連接4個(gè)抽氣吸盤(pán)，并為支撐工作壓板的上、下滑動(dòng)提供軌道，其上的錐度階梯與自鎖定位銷(xiāo)釘配合起到限制定位及自鎖的作用。

1.2.4 抽氣吸盤(pán)

抽氣吸盤(pán)如圖5所示。吸盤(pán)通過(guò)萬(wàn)向接頭與錐度階梯滑桿連接，主要將加壓裝置吸附并固定于結(jié)構(gòu)表面，進(jìn)而對(duì)修理區(qū)域進(jìn)行加壓。吸盤(pán)的吸力大小決定了加壓裝置所能獲得的壓力大小，如果需要更大的壓力，則可以通過(guò)更換吸力更大的吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)。

圖5 抽氣吸盤(pán)

2 無(wú)源加壓裝置工作原理

無(wú)源加壓裝置通過(guò)將吸盤(pán)吸附于工作表面，從而獲得相應(yīng)的吸力，使整個(gè)裝置吸附于結(jié)構(gòu)表面。裝置吸附后，可以調(diào)節(jié)主框架的高度，將工作壓板壓下，進(jìn)而使工作壓板壓緊需要加壓的表面，此時(shí)限位自鎖銷(xiāo)釘在彈簧的作用下伸入錐度階梯滑桿階梯深槽處，對(duì)支撐工作壓板進(jìn)行定位并自鎖，從而實(shí)現(xiàn)加壓。加壓過(guò)程中為保證吸附力可隨時(shí)對(duì)抽氣吸盤(pán)進(jìn)行抽氣操作。加壓結(jié)束，抽出限位自鎖銷(xiāo)釘旋轉(zhuǎn)90°，解除限位自鎖裝置。整個(gè)加壓過(guò)程操作非常簡(jiǎn)單，完全可以在3 min內(nèi)完成加壓。由于本加壓裝置采用吸附式固定方式，因此可以對(duì)垂直表面及下表面進(jìn)行加壓。加壓裝置在曲面結(jié)構(gòu)下表面加壓的工作狀態(tài)如圖6所示。

圖6 加壓裝置在曲面結(jié)構(gòu)下表面加壓的工作狀態(tài)

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 本加壓裝置采用無(wú)源模式，并巧妙設(shè)計(jì)了限位自鎖裝置，使得操作更為簡(jiǎn)單方便，無(wú)需其他輔助設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)加壓操作。

(2) 加壓裝置采用彈性較好的金屬面板作壓力板，可以同時(shí)適用于平面和曲面結(jié)構(gòu)，并采用吸盤(pán)固定方式可以對(duì)下表面和垂直表面進(jìn)行加壓，實(shí)現(xiàn)全方位加壓。

(3) 加壓裝置普及性好，不僅適用于復(fù)合材料修復(fù)加壓，在生活中也可以使用，具有較好的推廣使用價(jià)值。