一种高精度碳纤维副反射面成型方法.pdf

提供了一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其首先使用设计软件建立，前、中、后蒙皮的曲面数学模型，并根据各个数学模型设计前、中、后模具，在前模具上制作具有金属反射面的前蒙皮，在中蒙皮模具上以碳纤维预浸料为原材料制作中蒙皮，在后模具上以碳纤维预浸料为原材料制作后蒙皮，并将前、中、后进行共固化处理，共固化组成一体式副反射面，在副反射面的凹腔内使用泡沫发泡，修平后封接碳纤维封板以制成高精度碳纤维副反射面，本发明采用碳纤维复合材料做为蒙皮，其具有耐酸、耐盐雾、耐海水等优点，所得到的高精度副反射面适合应用在沿海、舰载等潮湿环境。

1.  一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其包括以下步骤：
S1、建立前蒙皮曲面数学模型(a)、中蒙皮曲面数学模型(b)、后蒙皮曲面数学模型(c)；
S2、根据曲面数学模型制作模具；
S3、制备蒙皮：
①制作金属反射层：采用金属转移法在模具上涂覆脱模剂并喷涂金属反射层(1-1)；
②制备前蒙皮(1)：根据前蒙皮曲面数学模型(a)确定前蒙皮(1)的展开料尺寸，依据该尺寸切割出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则将多层碳纤维料铺覆在金属反射层(1-1)上，将碳纤维及金属反射层转移至模具上进行共固化处理以制成前蒙皮(1)；
③制备中蒙皮(2)：根据中蒙皮曲面数学模型(b)确定中蒙皮(2)的展开料尺寸，依据该尺寸切割出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则将多层碳纤维料铺覆在模具上并进行固化处理以制成中蒙皮(2)；
④制备后蒙皮(3)：根据后蒙皮曲面数学模型(c)确定后蒙皮(3)的展开料尺寸，依据该尺寸切割出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则将多层碳纤维料铺覆在模具上并进行固化处理以制成后蒙皮(3)；
S4、制备副反射面：将前蒙皮(1)、中蒙皮2、后蒙皮(3)调整至外缘齐平相叠铺设于模具上，在前蒙皮(1)与中蒙皮(2)之间插设上夹芯(4-2)，在中蒙皮(2)与后蒙皮(3)之间插设下夹芯(4-1)，将各个分离组件进行粘接固化，以制成副反射面；
S5、制备高精度副反射面：在所述的副反射面的凹腔内填充泡沫并固化，将泡沫修平后封接碳纤维封板(5)，以制成高精度副反射面。

2.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于：所述步骤S1的具体过程为，建立前蒙皮数学模型(a)，将前蒙皮数学模型(a)进行法向平移以得到中蒙皮曲面数学模型(b)，将中蒙皮模具曲面数学模型(b)进行法向平移以得到的后蒙皮曲面数学模型(c)。

3.  根据权利要求2所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于:所述的法向平移的距离与夹芯厚度(d)相等。

4.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于：所述的步骤S2的具体过程为，根据前蒙皮曲面数学模型(a)以制作前蒙皮模具，根据中蒙皮曲面数学模型(b)以制作具有中蒙皮曲面的中蒙皮模具,根据后蒙皮曲面曲面数学模型(c)制作具有后蒙皮曲面的后蒙皮模具。

5.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于:所述的固化为使用热压罐或烘箱进行粘接固化。

6.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于:在所述的模具的上开有至少一个贯穿的吸附孔，可连同真空泵将蒙皮吸附。

7.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于:在步骤S5中还包括，在填充泡沫上开有至少一个以中蒙皮(2)的上表面为底的垂直通道，每个垂直通道内插设有与中蒙皮 (2)上表面相胶粘的接口埋件。

8.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于:所述的下夹芯(4-1)和上夹芯(4-2)的材质可以为铝蜂窝、芳纶纸蜂窝、轻木、泡沫。

9.  根据权利要求1所述的一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其特征在于:所述的金属化反射层(1-1)的材质可以为锌、铝、或铜，厚度在80-200μm。

一种高精度碳纤维副反射面成型方法
技术领域
本发明属于工作在Ka频段及以上频段反射面板领域，特别涉及一种高精度碳纤维副反射面成型方法。
背景技术
随着通信、测控、射电天文技术的迅速发展，工作频段越来越高，大中型天线的需求越来越广泛，不仅对天线主反射面的精度提出了更高的要求，作为双反射面天线重要组成部分之一的天线副反射面也迎来了更大的挑战。
迄今国内外对高精度的定义仍是天线轮廓度均方差(r.m.s.)≦λ/100，cm波天线轮廓度均方差要求为10^-1量级，mm波天线均方差应为10^-2量级。而天线副反射面的精度比天线主反射面精度要求更高，一般为主反射面均方差(r.m.s.)的1/3，国内外都在根据用途需要向高精度、超高精度发展。
高精度副反射面传统加工方法都是通过数控加工铸铝或铝棒等得到，精度一般都能到0.1mm(r.m.s.)以内；也有报道，增强副反射面的刚性后，可以加工到0.05mm(r.m.s.)，但要经过多次退火和重新找正基准数控加工。
现有技术中主要存在以下不足：
1、传统数控加工工艺要想得到高精度副反射面必须要增加副面的刚性，势必会增加副反射面重量，同时还要增强支撑副反射面结构，对于机载、星载等重量要求苛刻的产品无法满足需求；
2、用金属加工得到的副反射面在沿海、船舶等潮湿环境下应用时需加大对产品的防护，以保证使用寿命；
3、在极地等环境温差很大的地区应用时，金属副反射面保精度 能力比较差，由于金属热膨胀系数大，随环境温差变化会发生形变，导致精度不稳定，甚至发生永久性的变形而导致功能丧失。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种高精度碳纤维副反射面成型方法，以制作出具有重量轻、精度高、刚度大特点，且特别适用于大中型天线的副反射面。
本发明包括步骤：
提供了一种高精度碳纤维副反射面成型方法，其包括以下步骤：
S1.建立前蒙皮曲面数学模型、中蒙皮曲面数学模型、后蒙皮曲面数学模型；
S2.根据曲面数学模型制作模具；
S3.制备蒙皮：
①制作金属反射层：采用金属转移法在模具上涂覆脱模剂并喷涂金属反射层；
②制备前蒙皮：根据前蒙皮曲面数学模型确定前蒙皮的展开料尺寸，依据该尺寸切割出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则将多层碳纤维料铺覆在金属反射层上，将碳纤维及金属反射层转移至模具上进行共固化处理以制成前蒙皮；
③制备中蒙皮：根据中蒙皮曲面数学模型确定中蒙皮的展开料尺寸，依据该尺寸切割出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则将多层碳纤维料铺覆在模具上并进行固化处理以制成中蒙皮；
④制备后蒙皮：根据后蒙皮曲面数学模型确定后蒙皮的展开料尺寸，依据该尺寸切割出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则将多层碳纤维料铺覆在模具上并进行固化处理以制成后蒙皮；
S4.制备副反射面：将前蒙皮、中蒙皮、后蒙皮调整至外缘齐平相叠铺设于模具上，在前蒙皮与中蒙皮之间插设上夹芯，在中蒙皮与后蒙皮之间插设下夹芯，将各个分离组件进行粘接固化，以制成副反射面；
S5.制备高精度副反射面：在所述的副反射面的凹腔内填充泡沫并固化，将泡沫修平后封接碳纤维封板，以制成高精度副反射面。
进一步的，所述步骤S1的具体过程为，建立前蒙皮数学模型，将前蒙皮数学模型进行法向平移以得到中蒙皮曲面数学模型，将中蒙皮模具曲面数学模型进行法向平移以得到的后蒙皮曲面数学模型。
进一步的，所述的法向平移的距离与夹芯厚度相等。
进一步的，所述的步骤S2的具体过程为，根据前蒙皮曲面数学模型以制作前蒙皮模具，根据中蒙皮曲面数学模型以制作具有中蒙皮曲面的中蒙皮模具,根据后蒙皮曲面曲面数学模型制作具有后蒙皮曲面的后蒙皮模具。
进一步的，所述的固化为使用热压罐或烘箱进行粘接固化。
进一步的，在所述的模具的上开有至少一个贯穿的吸附孔，可连同真空泵将蒙皮吸附。
进一步的，在步骤S5中还包括，在填充泡沫上开有至少一个以中蒙皮的上表面为底的垂直通道，每个垂直通道内插设有与中蒙皮上表面相胶粘的接口埋件。
进一步的，所述的下夹芯和上夹芯的材质可以为铝蜂窝、芳纶纸蜂窝、轻木、泡沫。
进一步的，所述的金属化反射层的材质可以为锌、铝、或铜，厚度在80-200μm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用了碳纤维复合材料作为蒙皮，采用双层夹芯，并通过胶粘剂将各分离组件胶粘为一体，为成型高精度副反射面提供了刚度支撑，而重量比传统金属要轻很多，碳纤维复合材料蒙皮密度只是铝合金的56％，夹芯的密度仅为铝合金1.5％-3％，本发明制造而成副反射面精度高、重量轻、刚度高、抗疲劳轻度好，既满足自身功能需求，又减轻了支撑副反射面结构的负担；
本发明采用碳纤维复合材料做为蒙皮，其具有耐酸、耐盐雾、耐海水等优点，所得到的高精度副反射面适合应用在沿海、舰载等潮湿环境；
本发明采用泡沫填充腔体，并用碳纤维封板密封，形成防水结构，并且提高了副反射面刚性。
本发明采用碳纤维复合材料，其热膨胀系数低，所得到的高精度副反射面热稳定性好，比金属副反射面保精度能力强，环境适应性，可应用在极地等环境温差很大的地区；
本发明采用转移法得到金属反射面，可得到与金属一样的反射效率，不会受碳纤维复合材料电阻大的影响。
本发明与传统金属工艺相比，操作难度低，普通铺覆工即可完成，而传统数控加工需要高级技工才能完成，成本也与金属的相当，材料易得，环境易于实现，具有很高的工程应用价值，以及良好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明剖视结构示意图；
图2为副反射面爆炸图；
图3为本发明前、中、后蒙皮曲面数学模型的建立位置示意图；
图4为图3中R处放大图；
附图中：前蒙皮曲面数学模型—a、中蒙皮曲面数学模型—b、后蒙皮曲面数学模型—c、金属反射层—1-1、前蒙皮碳纤维铺覆层—1-2、中蒙皮2、后蒙皮—3、上夹芯—4-2、下夹芯4-1、夹芯厚度—d；
具体实施方式
如图1所示，本发明包括依次相叠铺设的前蒙皮1、中蒙皮2、后蒙皮3，所述的前蒙皮1包括复合在一起的金属反射层1-1和前蒙皮碳纤维铺覆层1-2，所述的前蒙皮碳纤维铺覆层1-2铺覆在金属反射层1-1的上表面，所述的前蒙皮碳纤维铺覆层1-2、中蒙皮2和后蒙皮3都由碳纤维料构成，在前蒙皮1和中蒙皮2之间夹设有下夹芯4-1，在中蒙皮2和上蒙皮3之间夹设有上夹芯4-2，所述的前蒙皮1、下夹芯4-1、中蒙皮2、上夹芯4-2、后蒙皮3相复合固化成一体结构，其一体结构成具有凹腔的圆盘形，在后蒙皮3的凹腔内填充有泡沫，泡沫的外形与后蒙皮3的凹口形状相配合，泡沫的扩口面与后蒙皮3的开口沿相齐平，所述的泡沫上开有3个以中蒙皮2的上表面为底的垂直通道，每个垂直通道内插设有与中蒙皮2上表面相胶粘的接口埋件，在后蒙皮的开口处封有将碳纤维封板(5)，碳纤维封板(5)与泡沫扩口面相胶接。
所述的碳纤维料具体的为碳纤维预浸料。
所述的上夹芯4-2和下夹芯4-1的材质可以是铝蜂窝、芳纶纸蜂窝、轻木、泡沫；
参照附图，本发明的制作过程包括下列步骤：
(1)建立数学模型：使用设计软件建立前蒙皮曲面数学模型a，根据该数学模型进行数控加工，本实施例采用铸铁材料制作前蒙皮模具，铸铁料表面经数控加工成为高精度的型面，以制成前蒙皮模具。
(2)根据数学模型制作模具：将前蒙皮曲面数学模型进行法相平移以得到中蒙皮曲面数学模型b，根据中蒙皮曲面数学模型采用玻璃钢手糊工艺翻制中蒙皮模具，将中蒙皮曲面数学模型进行法相平移后得到后蒙皮曲面数学模型c，根据后蒙皮曲面数学模型采用玻璃钢手糊工艺翻制后蒙皮模具。
(3)制作金属反射层：以喷铝金属化方法为例，在前蒙皮模具上先喷涂脱模剂再喷涂金属，以得到金属反射层1-1，金属材质可以为锌、铝、或铜，厚度在80-200μm。
(4)制作前蒙皮：在金属反射层上铺覆一层厚胶膜，根据前蒙皮曲面数学模型a建立前蒙皮展开料数学模型，依照该模型制出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则确定碳纤维料的铺覆层数、角度、下料尺寸，以0°/±45°/90°将碳纤维预浸料铺覆在胶膜上，铺覆完成后将金属反射层、厚胶膜、碳纤维共固化构成前蒙皮1。
(5)制作中蒙皮：根据中蒙皮曲面数学模型b建立中蒙皮展开料数学模型，依照该模型制出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性 铺层原则确定碳纤维材料的铺覆层数、角度、下料尺寸，以0°/90°将碳纤维料铺覆中蒙皮模具通过热压罐成型工艺将各层碳纤维固化得到中蒙皮。
(6)制作后蒙皮：根据后蒙皮曲面c建立后蒙皮展开料数学模型，依照该模型制出多块待用的碳纤维料，依据准各向同性铺层原则确定铺覆层数、角度、下料尺寸，以90°/±45°/0°将碳纤维料铺覆在后蒙皮模具上通过热压罐成型工艺将各层碳纤维固化得到后蒙皮。
(7)制作副反射面：将前蒙皮1、中蒙皮2、后蒙皮3、调整至外缘齐平相叠铺设于前蒙皮模具上，在前蒙皮1与中蒙皮2之间插设下夹芯4-1、中蒙皮2与后蒙皮3之间插设上夹芯4-2，通过胶粘剂将前蒙皮、上夹芯4-2、中蒙皮、下夹芯4-1、后蒙皮等分离组件通过真空负压经热压罐或烘箱粘接固化在一起制成副反射面。
(8)制作高精度副反射面：在副反射面的凹腔内填充泡沫并发泡，并加热后固化，修平后形成填充泡沫，在填充泡沫上开有3个以中蒙皮2的上表面为底的垂直通道，每个垂直通道内插设有与中蒙皮2上表面相胶粘的接口埋件，最终将碳纤维封板胶粘在泡沫上，得到高精度副反射面。
在所述的模具的上开有4个贯穿的吸附孔，可连同真空泵将蒙皮吸附。