CN102270782B - 蜂窝夹层结构反射面板拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，包括：确定铝板拼接缝的形状和定位方式、逐层拼接铺设夹层结构和拼接缝的修理三个步骤。夹层板中铝板的拼接缝的形状采用长城形，建模后对拼接的曲面分别展开得到下料图，排样加工后获得生产坯料；该逐层拼接铺设夹层结构是夹层板制造的核心过程；该拼接缝的修理包括工作板拼接缝的修补和背板的单剪拼接。本发明方法解决了面板制造尺寸受原材料尺寸限制的问题，能保证夹层板工作面的轮廓精度完全满足设计要求；通过对拼接缝的横纵交错，能最大限度的保持面板的刚度；拼接缝的修理能有效修复由于开缝造成的工作板的不连续，保证反射面的电气性能，并提高背板缝的拼接强度和密封性。

Description

蜂窝夹层结构反射面板拼接方法

技术领域

本发明涉及一种蜂窝夹层结构反射面板拼接方法，具体涉及一种超大型高精度夹层结构反射面板的拼接方法，属于机械工程/板料成形领域。

背景技术

随着现代通讯和军事技术的高速发展，对天线电气性能的要求越来越高，大型高精度反射器作为建造大型紧缩场和发展毫米波天线的基础和关键，正不断向着更大面积和更高精度的方向发展。目前的超大型紧缩场反射面总面积已达到200m²以上，整体型面精度RMS(Root Mean Square)要求在75μm以下，采用分块制造、整体装配的方法建造，分块后单块板面积达到6.4m²，型面精度RMS要求在40μm以下，边缘精度±0.2mm。但由于受到原材料制造工艺等因素的影响，需要解决单块大面积面板成形中受原材料尺寸限制的问题，迫切需要一套面板的拼接方法，以实现增大单块面板制造面积的目标。

本专利中涉及的夹层结构是由三层铝板、两层蜂窝及板芯胶组成，通过在模具上逐层铺设，采用真空袋密封形成负压，待胶固化后形成蜂窝夹层结构反射面板(下文简称夹层板)，成形方式如图1所示。

另经申请人在大量的研究与实验过程中所了解，现有技术中主要存在以下问题：

1、由于受到材料尺寸的限制，目前单块面板的制造面积均在3m²以下，已无法满足天线的设计要求。

2、由于受到面板单块面积的限制，势必要增加面板的数量，增加背架连接装置的设计难度，增加面板的装配和调节精度的难度，对面板设计制造和应用都带来诸多问题。

3、夹层结构拼接过程中，拼接缝隙对天线电气性能有一定的影响，破坏了夹层板工作面的连续性，削弱了结构的整体刚度。

4、基于现有的精密成形制造工艺，增大夹层板的制造面积仍然能够保证夹层板具有很高的形面精度，相比于机械加工方法具有不可比拟的优势。

因此，传统的只利用单块原材料进行制造的面板尺寸和工艺方法已不能满足天线的设计要求，需要建立拼接工艺以突破夹层板制造尺寸的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，使反射面板的制造面积不再受到原材料尺寸的限制，进而实现夹层板制造的大面积、高精度的技术目标。通过三层铝板和两层蜂窝的拼接组合，可一次成形大面积蜂窝夹层结构反射面板。本拼接方法针对蜂窝夹层面板三层铝板两层蜂窝的夹层结构采用每层铝板和蜂窝交错拼接逐层铺设的制造方法，铝板拼接缝为仿长城形状，蜂窝芯之间用带状泡沫拼接，通过定位方式对铝板和蜂窝进行定位。根据反射面在空间的位置进行建模，利用空间曲面的展开算法获取铝板的坯料加工图，以保证成形后获得很高的拼缝精度和工作面轮廓边缘精度，并针对拼缝所带来的面板表面不连续的问题，采用铝粉导电胶填充和单剪对接的方式解决，实现了制造高质量、大面积、高精度蜂窝夹层结构反射面板的目标。

本发明是一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，该夹层结构具体包括三层铝板和两层蜂窝芯；其中三层铝板为工作板、中接板及背板；所述的拼接方法包括：确定铝板拼接缝的形状和定位方式、逐层拼接铺设夹层结构和拼接缝的修理三个步骤。具体如下：

(一)确定铝板拼接缝的形状和定位方式

三层铝板即工作板、中接板及背板，每一层均是由两块铝板拼接而成，拼接缝的形状采用长城顶部的凸凹形状，相比于直缝更有利于增加面板的拼接刚度。铝板的拼接定位方式是通过突出于边缘的辅助耳片上的两个定位孔相结合限制自由度的方式，所述的两个定位孔为一个圆孔和一个长孔，其中圆孔限制面内移动自由度，长孔限制面内转动自由度，圆孔和长孔设置在板的长方向(即与长边平行的方向)，且距离拼接缝为短边长度的1/3左右为宜，辅助耳片待整个反射面板成形完成后去除。该定位方式实现定位三层铝板两层蜂窝，简单易行，适合实际生产应用。

(二)逐层拼接铺设夹层结构

逐层拼接夹层结构具体包括：三层铝板拼接缝的横纵交错铺设和蜂窝芯拼接缝的交错逐层铺设，铺设顺序依次为：工作板、蜂窝芯、中接板、蜂窝芯、背板；其中工作板1、中接板2和背板3的拼接缝采用长城顶部的凹凸形，且拼接缝的方向为两两纵横交错；蜂窝芯共两层，每一层均是由两块蜂窝芯拼接而成的，拼接缝为直缝，两层蜂窝芯拼接缝的方向也横纵交错，以减少拼缝对面板整体刚度的削弱。同一夹层结构可以根据受载大小用不同密度的蜂窝芯，每层的两块蜂窝芯之间用带状泡沫拼接，拼接处对两芯格细节吻合度无特殊要求，但要求蜂窝芯的面积要超出三层铝板面积。

(三)拼接缝的修理

拼接缝的修理包括工作板拼接缝的修补和背板拼接缝的单剪拼接。工作板拼接缝的修补是采用通用的铝粉导电胶填充到拼接缝隙中，用刮板刮平，保证工作板1前面的连续性和导电性能。背板拼接缝采用与拼缝仿形、厚度1.0～1.5mm、宽度50～70mm的铝板条，实现单面抗剪的对接加强方式，保证良好的对接强度和密封性，铝板条的厚度和宽度不宜太大，以免影响夹层板成形的型面精度。

本发明是一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，其优点及功效是：拼接方法解决了面板制造尺寸受原材料尺寸限制的问题，并能保证夹层板工作面的轮廓精度完全满足设计要求；逐层拼接铺设夹层结构通过对拼接缝的横纵交错，能最大限度的保持面板的刚度；拼接缝的修理能有效修复由于开缝造成的工作板的不连续，保证反射面的电气性能，并提高背板缝的拼接强度和密封性。该拼接方法可广泛应用于各种大型天线中夹层结构反射面板的拼接制造。

附图说明

图1蜂窝夹层结构成形示意图

图2夹层板逐层拼接铺设总装配图

图3长城顶部的凹凸形拼接缝及定位示意图

图4蜂窝芯的拼接示意图

图5工作板的拼接缝填充示意图

图6背板的拼接缝单剪对接示意图

图中标号及符号说明如下：

1、工作板；       2、中接板；     3、背板；4、蜂窝芯；

5、铝粉导电胶；   6、铝板条；     7、垫板；8、模具；

11、工作板拼接缝；12、圆孔；      13、长孔；

21、中接板拼接缝；31、背板拼接缝；41、蜂窝芯拼接缝。

具体实施方式

本发明是一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，该夹层结构具体包括三层铝板和两层蜂窝芯4；其中三层铝板为工作板1、中接板2及背板3；所述的拼接方法包括：确定铝板拼接缝的形状和定位方式、逐层拼接铺设夹层结构和拼接缝的修理三个步骤。其中工作板1拼接缝的定位是直接影响夹层板轮廓精度的关键，夹逐层拼接铺设夹层结构是生产的核心过程，拼接缝的修理是后期的完善过程。

本发明一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，总的实现过程为先根据反射面板在空间的位置、拼接缝的形状和定位孔等特征进行三维建模，经过空间曲面展开获取铝板下料图，再通过激光切割加工，得到边缘轮廓准确的铝板备料。再将三层铝板两层蜂窝的夹层结构逐层铺设胶接，经过密封、抽真空、保压一定时间，待胶固化后形成整体大刚度的蜂窝夹层结构反射面板。最后再对夹层板外表面的拼接缝进行修理，实现夹层结构反射面板的拼接制造过程。下面进行具体的描述。

(一)确定铝板拼接缝的形状和定位方式

三层铝板——工作板1、中接板2及背板3，每一层均是由两块铝板拼接而成，拼接缝为长城顶部凹凸形状，如图2所示，分别为工作板拼接缝11、中接板拼接缝21及背板拼接缝31；其中三层铝板拼接缝的长城顶部凹凸形状和定位要通过模具形面、曲面的展开图和坯料的加工三方面保证，具体包括模具形面的调形、获得曲面展开后的下料图和激光切割加工坯料。所述的模具具体为柔性多点模具，该模具详见专利号为ZL03105549.4、名称为《一种双曲率连续表面夹层反射面板成型方法》的专利。多点模具形面的调形是通过对反射面板的设计形面经过离散处理后，调节每个钉柱到指定的高度，形成所需的多点模具8的模面，进行反射面板的精密成形。曲面的展开图是针对反射面板曲面在空间的实际位置，将铝板拼缝的长城形状、定位孔和轮廓形状在三维设计软件CATIA中建模，建模过程中根据模具上定位销的位置确定铝板定位孔的位置，依据铝板在温差40℃范围的热变形量设计拼接缝的宽度，再利用空间曲面展开算法对拼接的两块面板分别进行展开，获得曲面的展开后的下料图。定位采用一个圆孔和一个长孔相结合限制自由度的方式，其中圆孔限制面内移动自由度，长孔限制面内转动自由度，圆孔和长孔设置在铝板的长方向(即与长边平行的方向)，且距离拼接缝为短边长度的1/3左右为宜。以曲面的展开图为依据设计坯料的加工图，最后利用机械加工方法获得夹层板中三层铝板(包括工作板1、中接板2、背板3)每层两块共六块板的制造坯料，如图3所示为工作板1的长城形拼接缝及定位示意图。

(二)逐层拼接铺设夹层结构

所述的逐层拼接夹层结构是蜂窝夹层结构反射面板制造的核心过程，其总装配过程如图1、2所示，先将一个垫板7放在调好的模具8上面，将工作板1正面放在涂有润滑油的垫板7上，利用定位销和定位孔进行定位，实现工作板拼接缝11的拼接；在工作板1背面涂胶，蜂窝芯4共两层，每一层均是由两块蜂窝芯拼接而成的，每层的两块蜂窝芯之间用带状泡沫拼接，蜂窝芯拼接缝41如图4所示，蜂窝芯4拼接铺放在胶层上；然后将一面涂好胶的中接板2铺在蜂窝层上，中接板板拼接缝21与工作板拼接缝11纵横交错设计，定位拼接；再在中接板另一面涂胶，放置蜂窝芯4，蜂窝芯拼接缝的方向与前一层蜂窝芯拼接缝纵横交错；将涂好胶的背板3胶面向下放置于蜂窝上，背板拼接缝31与中接板拼接缝21纵横交错设计，定位后实现拼接，至此完成了夹层结构的逐层拼接铺设过程。最后经过真空袋薄膜密封，抽真空，压力保持在0.03Mpa左右达到36小时以后，形成了三层铝板两层蜂窝的夹层结构板。

(三)拼接缝的修理

所述的拼接缝的修理方法包括工作板拼接缝11的修补和背板拼接缝31的单剪拼接。工作板拼接缝11的修补是采用通用的铝粉导电胶5填充到工作板拼接缝隙中，用刮板刮平，保证面板工作面的连续性和美观性，如图5所示。背板拼接缝31采用与拼缝仿形、厚度1.5mm、宽度50mm的铝板条6，四角打孔，利用螺丝固定，实现单面抗剪的对接加强方式，保证拼接强度和良好的密封性，如图6所示。

Claims (1)

1.一种蜂窝夹层结构反射面板的拼接方法，该夹层结构具体包括三层铝板和两层蜂窝芯；其中三层铝板为工作板、中接板及背板；所述的拼接方法包括：确定铝板拼接缝的形状和定位方式、逐层拼接铺设夹层结构和拼接缝的修理三个步骤；

（一）确定铝板拼接缝的形状和定位方式

三层铝板——工作板、中接板及背板，每一层均是由两块铝板拼接而成，拼接缝为长城顶部凹凸形状，分别为工作板拼接缝、中接板拼接缝及背板拼接缝；其中三层铝板拼接缝的长城顶部凹凸形状和定位要通过模具形面、曲面的展开图和坯料的加工三方面保证，具体包括模具形面的调形、获得曲面展开后的下料图和激光切割加工坯料；所述的模具具体为柔性多点模具；多点模具形面的调形是通过对反射面板的设计形面经过离散处理后，调节每个钉柱到指定的高度，形成所需的多点模具的模面，进行反射面板的精密成形；曲面的展开图是针对反射面板曲面在空间的实际位置，将铝板拼缝的长城形状、定位孔和轮廓形状在三维设计软件CATIA中建模，建模过程中根据模具上定位销的位置确定铝板定位孔的位置，依据铝板在温差40℃范围的热变形量设计拼接缝的宽度，再利用空间曲面展开算法对拼接的两块面板分别进行展开，获得曲面的展开后的下料图；定位采用一个圆孔和一个长孔相结合限制自由度的方式，其中圆孔限制面内移动自由度，长孔限制面内转动自由度，圆孔和长孔设置在铝板的长方向，且距离拼接缝为短边长度的1/3左右；以曲面的展开图为依据设计坯料的加工图，最后利用机械加工方法获得夹层板中三层铝板每层两块共六块板的制造坯料，工作板的长城形拼接缝及定位示意图；

（二）逐层拼接铺设夹层结构

所述的逐层拼接夹层结构是蜂窝夹层结构反射面板制造的核心过程，先将一个垫板放在调好的模具上面，将工作板正面放在涂有润滑油的垫板上，利用定位销和定位孔进行定位，实现工作板拼接缝的拼接；在工作板背面涂胶，蜂窝芯共两层，每一层均是由两块蜂窝芯拼接而成的，每层的两块蜂窝芯之间用带状泡沫拼接，蜂窝芯拼接铺放在胶层上；然后将一面涂好胶的中接板铺在蜂窝层上，中接板板拼接缝与工作板拼接缝纵横交错设计，定位拼接；再在中接板另一面涂胶，放置蜂窝芯，蜂窝芯拼接缝的方向与前一层蜂窝芯拼接缝纵横交错；将涂好胶的背板胶面向下放置于蜂窝上，背板拼接缝与中接板拼接缝纵横交错设计，定位后实现拼接，至此完成了夹层结构的逐层拼接铺设过程；最后经过真空袋薄膜密封，抽真空，压力保持在0.03Mpa左右达到36小时以后，形成了三层铝板两层蜂窝的夹层结构板；

（三）拼接缝的修理

所述的拼接缝的修理方法包括工作板拼接缝的修补和背板拼接缝的单剪拼接；工作板拼接缝的修补是采用通用的铝粉导电胶填充到工作板拼接缝隙中，用刮板刮平，保证面板工作面的连续性和美观性；背板拼接缝采用与拼缝仿形、厚度1.5mm、宽度50mm的铝板条6，四角打孔，利用螺丝固定，实现单面抗剪的对接加强方式，保证拼接强度和良好的密封性。

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