CN114851580A - 一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备及方法。该设备包括控制基座、升降杆、连接长板以及夹紧装置。连接长板之间采用铰链连接，通过线性阵列组成热塑性复合材料焊件的焊接平台，每条连接长板正下方均连接三支升降杆，升降杆由控制基座进行控制升降。控制基座控制升降杆的升降使相邻的连接长板之间形成不同的角度，以实现形成不同曲率的焊接平台。每条连接长板设置台阶和嵌入式半圆，使夹紧装置可以嵌入连接长板之间。夹紧装置底座设计为转动装置，可随连接长板转动。夹紧装置可沿连接长板方向滑动，可针对不同长度的焊件实现装夹。本发明的优点在于能够实现不同曲率、不同尺寸的热塑性复合材料蒙皮桁条结构的装夹，自动化程度高。
Description
领域：
本发明涉及一种热塑复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备及方法，属于复合材料感应焊接领域，具体应用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构的感应焊接领域。
背景技术：
航空领域对于飞机结构轻量化的愈发重视，复合材料已成为飞机结构制造的重要材料之一，其中，热塑性复合材料因具有较好的韧性、可焊性、可修复性、可回收性和较短的加工时间等优点已逐渐受到人们的广泛关注。蒙皮桁条结构作为航空领域重要的承载结构件，可有效提高结构的强度、稳定性和减轻飞机重量，而且其整体连接件数量少、承载效率高。针对蒙皮桁条结构的连接，常规方法有胶接和机械连接，但这两种方法均存在不可避免的缺陷使得蒙皮桁条结构的连接效率、质量都无法进一步突破。
相比于胶接技术以及机械连接技术，感应焊接具有非接触、不损伤材料基体、高效率等优点已引起了技术人员的广泛关注。感应焊接是通过产生高频磁场，使置于磁场之内的材料基体感应生热，从而使连接层之间的树脂发生熔化再通过冷却凝固使材料连接。但针对于大尺寸蒙皮桁条结构件以及不同曲率蒙皮板的装夹是目前亟需改进的课题。为了解决上述问题，本发明提出了一种可适应不同曲率的热塑性复合材料蒙皮板的装夹设备和方法以完成该结构的感应焊接。
发明内容：
为了克服不同曲率的热塑性复合材料蒙皮桁条结构的装夹问题，本发明提供了一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接曲率自适应装夹设备及方法。该设备使用升降杆带动连接长板升降以实现焊接平台呈现出不同的曲率。滑动夹紧装置沿连接长板长度方向滑动以实现不同尺寸的蒙皮桁条结构的夹紧。同时，在连接长板上嵌入的压力传感器可自动识别蒙皮板的曲率，可使装夹设备自动完成贴紧装夹。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为如下：
一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备，其特征在于：该装夹设备包括控制基座、升降杆、连接长板以及夹紧装置。
连接长板之间采用铰链连接，通过线性阵列组成热塑性复合材料焊件的焊接平台，每条连接长板正下方均连接三支升降杆，升降杆由控制基座进行控制升降。控制基座控制升降杆的升降使相邻的连接长板之间形成不同的角度，以实现形成不同曲率的焊接平台。每条连接长板设置台阶和嵌入式半圆，使夹紧装置可以嵌入连接长板之间。夹紧装置底座设计为转动装置，可随连接长板转动。夹紧装置可沿连接长板方向滑动，可针对不同长度的焊件实现装夹。
其中，连接长板之间采用橡胶铰链连接。连接长板和夹紧装置采用导电率低、导热性高的材料制成，以降低在感应焊接过程中该设备的电磁效应以及提高焊件的散热性。
在每条连接长板中间嵌入压力传感器，压力传感器敏感值设置为0.1N。当每条连接长板碰到焊件并达到压力传感器敏感值时即停止上升。
一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹方法，其特征在于：
步骤一：将夹紧装置滑动到焊接平台两端，并打开装夹设备控制基座开关；
步骤二：将热塑性复合材料蒙皮放置在焊接平台上，随后开启实现升降杆自动上升的开关；
步骤三：在升降杆停止上升后，检查焊接平台与蒙皮贴紧后，滑动夹紧装置至蒙皮两端，将桁条放置在蒙皮上方并采用夹紧装置对蒙皮桁条结构进行装夹；
步骤四：通过感应焊接机器人对蒙皮桁条结构开始焊接；
步骤五：焊接完成后，待焊件温度恢复至室温时，松开夹紧装置。下降升降杆使焊接平台为平面后，关闭装夹设备。
本发明对于现有技术，至少具有如下优点及效果：
1)能够实现不同曲率、不同尺寸的热塑性复合材料蒙皮桁条结构的装夹，相比于传统装夹方式更加便捷高效；
2)能够自动识别蒙皮的曲率并自动实现贴紧装夹，提高了装夹过程的自动化以及效率；
附图说明：
图1为一种用于热塑复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备示意图。
图中：1、控制基座，2、连接长板，3、夹紧装置，4、升降杆。
图2为夹紧装置与连接长板的嵌入连接示意图。
图中：2、连接长板，3、夹紧装置，4、升降杆，5、压力传感器。
具体实施方式：
为方便本领域技术人员理解，下面结合具体实施案例对本发明进行进一步地详细描述。
如图1所示，本发明公开了一种用于热塑复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备，该设备包括控制基座、升降杆、连接长板以及夹紧装置。连接长板之间采用铰链连接，通过线性阵列组成热塑性复合材料焊件的焊接平台，每条连接长板正下方均连接三支升降杆，升降杆由控制基座进行控制升降。控制基座控制升降杆的升降使相邻的连接长板之间形成不同的角度，以实现形成不同曲率的焊接平台。每条连接长板设置台阶和嵌入式半圆，使夹紧装置可以嵌入连接长板之间。夹紧装置底座设计为转动装置，可随连接长板转动。夹紧装置可沿连接长板方向滑动，可针对不同长度的焊件实现装夹。其中，连接长板之间采用橡胶铰链连接。连接长板和夹紧装置采用导电率低、导热性高的材料制成，以降低在感应焊接过程中该设备的电磁效应以及提高焊件的散热性。在每条连接长板中间嵌入压力传感器，压力传感器敏感值设置为0.1N。当每条连接长板碰到焊件并达到压力传感器敏感值时即停止上升。
一种用于热塑复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：将夹紧装置滑动到焊接平台两端，并打开装夹设备控制基座开关；
步骤二：将尺寸为80cm×80cm的热塑性复合材料蒙皮放置在焊接平台上，将压力传感器敏感值设置为0.1N，随后开启实现升降杆自动上升的开关；
步骤三：在升降杆停止上升后，检查焊接平台与蒙皮贴紧后，滑动夹紧装置至蒙皮两端，将焊接区域为5cm×80cm的帽型桁条放置在蒙皮上方并采用夹紧装置对蒙皮桁条结构进行装夹；
步骤四：通过感应焊接机器人对蒙皮桁条结构开始焊接；
步骤五：焊接完成后，待焊件温度恢复至室温时，松开夹紧装置。下降升降杆使焊接平台为平面后，关闭装夹设备。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备，其特征在于：该装夹设备包括控制基座、升降杆、连接长板以及夹紧装置。
连接长板之间采用铰链连接，通过线性阵列组成热塑性复合材料焊件的焊接平台，每条连接长板正下方均连接三支升降杆，升降杆由控制基座进行控制升降。控制基座控制升降杆的升降使相邻的连接长板之间形成不同的角度，以实现形成不同曲率的焊接平台。每条连接长板设置台阶和嵌入式半圆，使夹紧装置可以嵌入连接长板之间。夹紧装置底座设计为转动装置，可随连接长板转动。夹紧装置可沿连接长板方向滑动，可针对不同长度的焊件实现装夹。
2.根据权利要求1所述的一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备，其特征在于：连接长板之间采用橡胶铰链连接。连接长板和夹紧装置采用导电率低、导热性高的材料制成，以降低在感应焊接过程中该设备的电磁效应以及提高焊件的散热性。
3.根据权利要求1所述的一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹设备，其特征在于：在每条连接长板中间嵌入压力传感器，压力传感器敏感值设置为0.1N。当每条连接长板碰到焊件并达到压力传感器敏感值时即停止上升。
4.利用权利要求1所述设备进行的一种用于热塑性复合材料蒙皮桁条结构感应焊接的曲率自适应装夹方法，其特征在于：
步骤一：将夹紧装置滑动到焊接平台两端，并打开装夹设备控制基座开关；
步骤二：将热塑性复合材料蒙皮放置在焊接平台上，随后开启实现升降杆自动上升的开关；
步骤三：在升降杆停止上升后，检查焊接平台与蒙皮贴紧后，滑动夹紧装置至蒙皮两端，将桁条放置在蒙皮上方并采用夹紧装置对蒙皮桁条结构进行装夹；
步骤四：通过感应焊接机器人对蒙皮桁条结构开始焊接；
步骤五：焊接完成后，待焊件温度恢复至室温时，松开夹紧装置。下降升降杆使焊接平台为平面后，关闭装夹设备。
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