[發明專利]一種大尺寸異形防熱殼體的粘接工裝及粘接、成型方法

有效

• 申請號: 202111336059.4
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114083805B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 溫鵬;祁濤;王丹;楊帆;郭志婧;高紅成;苗秀銀;李洋;姚璐璐;曹天澤
• 申請（專利權）人: 北京玻鋼院復合材料有限公司
• 主分類號: B29C65/48
• 分類號: B29C65/48;B29C65/78;F16B11/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 徐穎超

本發明提供一種大尺寸異形防熱殼體的粘接工裝及粘接、成型方法，粘接工裝包括：套裝架；滑軌，設于套裝架上；滑塊，滑動設置于滑軌上；殼體定位部，設于套裝架上并位于滑軌的一端；防熱層固定部，設于滑塊上，并位于滑軌的另一端；在垂直于水平面的方向上，防熱層固定部相對于滑塊的位置可調整；在水平方向且垂直于滑軌的方向上，防熱層固定部相對于滑塊的位置可調整；推進鎖止機構，用于使防熱層固定部沿滑軌移動或鎖定。該粘接工裝及粘接、成型方法，利用粘接工裝完成大尺寸異形殼體與異形防熱層的粘接，通過粘接工裝調整防熱層的位姿，保證套裝間隙均勻性，選用粘接性能及熱匹配性能良好的硅橡膠膠粘劑，保證套裝粘接質量可靠性。

技術領域

本發明屬于復合材料粘接技術領域，具體涉及一種大尺寸異形防熱殼體的粘接工裝及粘接、成型方法。

背景技術

隨著武器攻防對抗技術的不斷升級發展，近年來新型長時間大氣層內飛行的集高升阻比、強突防和機動、大航程為一體的高超音速武器成為研究熱點。武器外形已由傳統的常規簡單回轉體結構向異形復雜結構方向發展，如“Ω”型、“U”型或“馬蹄”型升力體、乘波體等異形防熱結構。

異形防熱殼體由于存在正負曲率結構變化大、多材料界面等特點，給防熱構件的成型帶來了巨大的技術難度，防熱層與金屬殼體一體成型技術已成為異形防熱構件成型的重要手段，即高溫高壓下借助功能緩沖層在金屬殼體上直接成型防熱層。如公開號為CN111196048A的中國專利文獻，公開了一種大尺寸異型結構/防熱一體化構件成型方法及一體化構件。但是，但是一體成型共固化過程中由于金屬殼體與防熱層間熱匹配差異大會產生內部應力，導致產品在負曲率部位易出現界面脫粘風險。彈頭在高速飛行過程中，脫粘區域進一步擴展使金屬殼體與防熱層間粘接失效分離，導致彈頭承受的氣動載荷無法有效傳遞到金屬承力件上使防熱層應力迅速增大，加劇熱防護整體結構的破壞。因此，一體成型技術選用的功能緩沖層不僅需要實現與金屬殼體/防熱層之間的熱變形及應力相匹配，而且需滿足高溫高壓固化過程的使用要求，即緩沖層需耐高溫、抗老化性能力強、斷裂延伸率高；另外，功能緩沖層與金屬殼體間通常需涂刷與防熱層固化制度相近或一致的膠粘劑來增強功能緩沖層與金屬殼體間的粘接強度，此類膠粘劑模量需處于緩沖層模量與金屬殼體模量之間以形成一個模量梯度層，減少結構件受力時的應力集中。此類功能緩沖層及膠粘劑不成熟，渠道單一，成本較高，并且由于負曲率型面更易產生應力集中使負曲率部位易出現界面脫粘風險。此外，一體成型工藝受制于金屬殼體周期，且對金屬殼體氣密性、殼體與延長段間的氣密性、殼體與大小端的工藝延長段連接方式要求嚴格，氣密檢驗合格后方能進行后續工序，生產周期長，成型效率低。若氣密處理方式高溫失效，則會導致防熱層內部質量形成缺陷，且金屬殼體由于經過一次高溫處理往往不能重復使用。

復合艙段防熱層膠接套裝技術是用適當的膠粘劑把防熱層和金屬殼體膠接套裝在一起的大面積連接技術，具有連接效率高、生產周期短等優點，且可消除一體成型共固化過程中因熱匹配差異大而產生的內部應力造成的產品脫粘風險，也可避免殼體在高溫高壓固化及冷卻過程中由于內應力導致的脆性、斷裂性破壞。根據某型號的發展需求，設計人員擬采用套裝粘接技術成型產品以滿足增長的任務需求、避免負曲率部位脫粘風險、消除金屬殼體開裂風險。如圖4所示即為異形防熱層與金屬殼體的截面圖，截面呈“Ω”型，正負曲率結構變化大且存在尖角等尖銳部位，要求膠層厚度偏差不大于0.3mm，膠層總厚度不大于1.2mm。如果采取傳統套裝粘接方式，依靠金屬殼體的自找正能力進行粘接則無法滿足產品套裝間隙均勻性，以及套裝的同軸度、對稱度。另外，如果采用常規的高模量、低應變的膠粘劑進行套裝粘接，則無法協調高溫環境下金屬殼體與防熱層變形不一致問題。因此現有回轉體防熱層的粘接方法及套裝粘接膠不再適用于異形防熱層的粘接。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種大尺寸異形防熱殼體的粘接工裝及粘接、成型方法，利用粘接工裝完成大尺寸異形殼體與異形防熱層的粘接，通過粘接工裝調整防熱層的位姿，保證套裝間隙均勻性，選用粘接性能及熱匹配性能良好的硅橡膠膠粘劑，保證套裝粘接質量可靠性。

為了解決上述問題，本發明的一個方面提供一種大尺寸異形防熱殼體的粘接工裝，包括：