CN102738593B - 一种高精度天线反射面成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度天线反射面成型工艺，通过一次冲压成型反射面内层和反射面外层，再通过二次成型模将反射面内层和反射面外层模压成型为高精度天线反射面。本发明利用二次模压成型模具的精度和成型过程中同时产生的拉伸和压缩应力相互作用来提高反射面的弧面精度，对产品的不同使用要求而采用不同的背面加强结构形式，既减少反射面的回弹，也提高了反射面的强度，使天线反射面增益提高，噪声系数下降，有利于信号的接收和传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星电视地面接收设备，特别设计一种高精度天线反射面成型工艺。
背景技术
目前，对于高精度天线反射面，其增益的高低是主要性能指标。
增益 ……………公式1
G:增益
λ：接收信号的波长，频率越高波长越短
A0：天线口面的有效面积
eA：天线效率
其中天线效率eA=eiebexepheseδ……………公式2
ei：振幅照射效率
eb：口径遮挡效率
ex：交叉极化效率
eph：相位误差效率
es：漏溢效率
eδ：反射面表面误差效率
其中，反射面表面误差效率是减小表面回弹提高精度的关键
反射面表面误差效率eδ=……………公式3
用分贝计算eδ（dB）=-685.8（σ/λ）2 ……………公式4
其中σ是随机表面误差在口径场分布加权后的均方根值
根据公式4可知，影响天线反射面增益的因素中，频率越高，波长越短，则增益的损失也就越大；曲面误差越大，增益损失也越大；产品在高频Ku频段和Ka频段条件下工作会因曲面误差精度对天线的主要电性能指标造成非常大的影响。因此，如何减小天线反射面的曲面误差，是有效提高天线增益的关键。
目前市售的卫星电视接收设备，其高精度天线反射面主要采用铝板与角钢配合使用、玻璃钢材料、碳纤维材料、钢板材料用旋压工艺等，这些方法对产品零件的加工均存在材料成本高、生产制作周期长、生产成本高，不利于大批量生产等缺陷；其中钢板材料采用旋压工艺还受产品形状的局限性，仅适用于对称回转轴的正馈反射面。
采用冲压成型是工业设计中比较常见的成型方式，其能够有效解决上述成型工艺存在的问题，但是几乎所有的金属材料在冲压成型后都存在回弹的问题，而反射面的回弹会造成天线反射面增益下降，噪声系数上升，不利于信号的接收和传输等问题，若回弹形变量过大，则不能作为高精度级别的收发天线使用。
为了解决回弹的问题，现有的高精度天线反射面成型工艺也采用了不同的方法：如方法1：修整模具理论曲线/面，将回弹的误差考虑到模具的成型工序，让零件在制作过程中的冲压变形曲面大于零件的理论曲面，本方法仅适用于拉伸性能好的优质材料，其缺点一是一套模具对材料的通用性差，同时由于只有一层金属板材，故产品的强度差，更不适用1.0米及以上口径尺寸反射面的制作；缺点二是不适用于形状不规则零件，对形状不规则的零件其变形无规律，加之不同厂家的原材料在回弹及应力方面有轻微不同，更无法达到理想的精度要求。方法2：旋压法，适用于具有对称回转中心的零件，如正馈天线的反射面，所以本方法也受到零件形状因素影响的局限性，对于大型分瓣式天线更无法采用。
在中国专利CN200510012407.7名称为《一种高精度天线反射面制造方法》公开了一种采用真空负压工艺将肤曲面吸附到支撑骨架面板的支持骨曲面上成型制造成高精度反射面。该方法能够制造出较大口径的高精度反射面，但反射面的制造工艺还存在以下的不足：
1、肤曲面板和支撑骨曲面板采用拉伸工艺成型，存在上述方法1中指出的问题。
2、该专利中反射面的材料局限于铝合金材质并通过淬火工艺，本材料与普通碳素结构钢相比具有成本高的，强度较低的缺点，在激烈的市场竞争中不具有价格优势。
3、该专利中为了增加反射面的刚度，以支撑骨曲面板背面曲面设计的采用铝合金材质的Z型材筋梁通过拉伸工艺成型，本加工工艺的Z型材在拉伸过程中需要在型材两端的夹持部位各增加100mm左右的加工辅助材料，所以材料的利用率不高；另外因Z型材由于其型材的形状左右不对称的原因在拉伸过程中所受到的拉力左右也不对称，所以拉伸后实际弧面与理论弧面存在差异，为了提高弧面精度通常情况下会增加一道矫正工序，因此生产效率较低，弧面的精度受人为操作因素的影响较大，不利于产品质量的稳定性。
4、该专利将反射面装在密封负压带内抽真空使天线反射面单元贴膜粘接。因此在这高精度成型的工序中需要有提供真空负压的相应配套设施来支撑，产品在大批量的生产中需要配置较多的配套设施，相应维护、保养相关费用高能耗高，降低了产品的市场竞争力。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用二次模压成型模具的精度和成型过程中同时产生的拉伸和压缩应力相互作用来提高反射面弧面精度，有效减少反射面回弹，提高了反射面强度的高精度天线反射面成型工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种高精度天线反射面成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a）、通过一次冲压成型反射面内层和反射面外层；
b）、将反射面内层放置在二次成型模上，在反射面内层上涂粘结剂；
c）、将反射面外层放置在涂有粘结剂的反射面内层上；
d）、通过二次成型模合模并保压一段时间到粘结剂固化，完成高精度天线反射面的压制。
本发明所述的高精度天线反射面成型工艺，其在所述步骤a）中，通过一次冲压成型的反射面外层上间隔地成型有下凹段部分，所述反射面外层整体形状与反射面内层匹配，所述反射面外层的下凹段部分通过粘结剂与反射面内层连接。
本发明所述的高精度天线反射面成型工艺，其在所述步骤a）中，通过一次冲压成型有反射面中间层，所述反射面中间层设置在反射面内层和反射面外层之间，并通过粘结剂分别与反射面内层和反射面外层连接。
本发明所述的高精度天线反射面成型工艺，其在所述反射面内层和反射面外层之间设置有至少一层反射面中间层，所述相邻反射面中间层之间通过粘结剂连接。
本发明所述的高精度天线反射面成型工艺，其在上述各层之间均设置有非金属填料，所述非金属填料通过粘结剂分别与对应层连接。
本发明所述的高精度天线反射面成型工艺，其所述反射面由至少两部分拼接而成构成一整体，所述各部分的成型工艺与上述成型工艺相同。
本发明利用二次模压成型模具的精度和成型过程中同时产生的拉伸和压缩应力相互作用来提高反射面的弧面精度，对产品的不同使用要求而采用不同的背面加强结构，既减少反射面的回弹，也提高了反射面的强度。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.采用本发明后，对反射面材质的选择范围较大，根据产品的使用性能要求和环境适应性要求的不同可采用低碳钢类的普通碳素结构钢或优质碳素结构钢，也可采用不锈钢或铝合金等优质金属材料。
2.采用本发明时，在一次成型工序中不管是对反射面内层的加工还是反射面外层的加工，都可以根据成型后的形状来对原材料展开的尺寸进行有效的控制，其中所浪费的材料主要是辅助搭边余料，其尺寸在15mm以内，通过合理的排样，产品的材料利用率高。通常采用其它工艺为提高成型精度而用的铝合金板材主要采用拉弯成型工艺，其中工艺辅助的搭边余料在30-50mm左右，对于铝合金角钢或Z型钢在拉弯过程中更是需要100mm左右长度的辅助余料。
3.采用本发明时，在加工一次冲压成型所用的成型模具或二次成型粘结时所采用的模具工装都可以采用高精度的数控设备来实现一次装夹加工，其优点是定位准确，加工精度高。当用于大尺寸的天线反射面的设计加工时、可以考虑为分瓣式拼装的结构来减小相应的模具工装尺寸，以利于模具工装加工精度的保证。
4.采用本发明制作的产品的回弹精度和产品的强度容易控制，当采用回弹性大的材料时可以通过增加粘结的层数来降低回弹提高产品精度，同时产品的强度也可以通过调整粘结的层数或改变反射面外层上下凹段部分的尺寸形状来调整反射面的强度。
5．本发明在一次冲压成型和二次成型粘结所采用的设备均是金属板料加工过程中所用到的通用设备，所以成型可靠，质量稳定，易于实现。
6.采用本发明可以根据生产的投入情况来考虑，为了降低生产设备一次性的投入成本，可以对二次模压工序的二次粘结模具进行技术改造，增加开合模机构来实现手动式模压粘结成型，本成型方式实现的结果与采用液压设备加工产品的结果完全相同，几乎无能源的损耗，具有设备的投入和能耗少的优点。
附图说明
图1是本发明高精度天线反射面的成型工艺流程图。
图2是实施例1中采用该工艺制作出的高精度天线反射面主视图。
图3是实施例1中高精度天线反射面的俯视图。
图4是图2中剖面图。
图5是图4中I部放大图。
图6是实施例1中高精度天线反射面设置有反射面中间层的结构示意图。
图7是高精度天线反射面在二次模压过程中内部应力图。
图8是高精度天线反射面在室外工作状态内部应力图。
图9是图8中II部放大图。
图10是高精度天线反射面在一次冲压成型后回弹示意图。
图11是高精度天线反射面通过二次模压成形后回弹示意图。
图12是实施例2中采用该工艺制作出的高精度天线反射面主视剖面图。
图13是图12的俯视图。
图14是图12的仰视图。
图15是图12的左视图。
图16是图12的右视图。
图17是设置有高精度天线反射面的卫星接收天线的结构示意图。
图18是图17的主视图。
图19是图17的右视图。
图20是图17的俯视图。
图中标记：1为反射面内层，2为反射面外层，3为反射面外层上成型的下凹段部分，4为反射面中间层，5为非金属填料，6为拉伸应力，7为压缩应力，8为馈源，9为馈源连接座，10为馈源杆，11为馈线，12为反射面，13为天线背部支架，14为水平调节支架，15为立柱，16为拉杆，17为底座，18为安装基础，a为一次冲压成型回弹后实际轮廓曲线，b为理论标准轮廓曲线，c为二次模压成型后实际轮廓曲线，X1为第1点理论与一次冲压成型轮廓曲线尺寸的误差值，X2为第2点理论与一次冲压成型轮廓曲线尺寸的误差值，Xn为第n点理论与一次冲压成型轮廓曲线尺寸的误差值，M1为第1点一次冲压成型与二次模压成型轮廓曲线尺寸的误差值，M2为为第2点一次冲压成型与二次模压成型轮廓曲线尺寸的误差值，Mn为第n点一次冲压成型与二次模压成型轮廓曲线尺寸的误差值，△1为第1点理论与二次模压成型轮廓曲线尺寸的误差值，△2为第2点理论与二次模压成型轮廓曲线尺寸的误差值，△n为第n点理论与二次模压成型轮廓曲线尺寸的误差值，e和f为反射面在使用工作状态的固定点，q为反射面在使用中受外界均布载荷风力。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1-5所示，一种高精度天线反射面成型工艺，包括以下步骤：
a）、通过一次冲压成型反射面内层1和反射面外层2，其中，通过一次冲压成型的反射面外层2上间隔地成型有下凹段部分3，所述反射面外层2整体形状与反射面内层1匹配，所述反射面外层2的下凹段部分3通过粘结剂与反射面内层1连接；反射面外层的结构设计能够有效加强反射面外层对反射面内层的支撑刚度，确保反射面内层的精度和整体反射面的强度，增强产品的环境适应性，而且反射面外层能够通过一次冲压成型，制作工艺简单，能够有效克服现有其他成型工艺存在的问题。
b）、将反射面内层放置在二次成型模上，在反射面内层上涂粘结剂。
c）、将反射面外层放置在涂有粘结剂的反射面内层上。
d）、通过二次成型模合模并保压一段时间到粘结剂固化，完成高精度天线反射面的压制。
在所述步骤a）中，通过一次冲压成型有反射面中间层4，如图6所示，在所述反射面内层1和反射面外层2之间设置有一层反射面中间层4，所述反射面中间层4通过粘结剂分别与反射面内层1和反射面外层2连接；若反射面中间层4为两层或两层以上时，反射面内层1和反射面外层2通过粘结剂分别与其相邻的反射面中间层4连接，而相邻的反射面中间层4之间通过粘结剂相互连接。
在上述各层之间均设置有非金属填料，所述非金属填料通过粘结剂分别与对应层连接，带粘结剂的非金属填料将反射面内层和反射面外层牢固的粘结在一起，让反射面内层和反射面外层发挥相应的功能，在提高了产品抗震性的同时降低了产品的重量。
如图2-5所示，为采用上述工艺步骤制作的高精度天线反射面结构示意图，所述反射面包括反射面内层1、反射面外层2以及夹在反射面内层1和反射面外层2之间的非金属填料5，所述非金属填料5通过粘结剂分别与反射面内层1和反射面外层2连接。所述反射面内层用于对电磁波的反射，表面要求光滑平整，回弹小，与理论曲面相符，主要表现在曲面均方根误RMS的σ值误差小；所述反射面外层根据需要可以采用与反射面内层弧面相同的平板结构，也可以在平板的结构上面成型能够起到类似加强筋作用的其他结构来提高反射面的强度；所述带有粘结剂的非金属填料具有粘结强度高，高低温适应能力强，粘结固化时间短的特点，将相邻两层结构粘接在一起。
其中所述反射面内层为金属导电材料，当没有设置反射面中间层时，为了保证反射面整体强度，反射面外层也采用金属材料；当采用了至少一层反射面中间层时，若反射面中间层中有至少一层为金属材料时，反射面外层可以不为金属材料或为了适应使用环境而采用具有保温功能的保温材料。
本发明在压制过程中产生的应力状态和反射面在使用过程中产生的应力状态原理：图7是采用本发明工艺制作高精度天线反射面中，在二次模压过程中反射面内部应力图，由于一次冲压后的产品本身会产生回弹的原因，在二次模压粘结过程中其反射面内层1会产生压缩应力7，应力符号为“-”，而反射面外层2会产生拉伸应力6，应力符号为“+”，其中非金属填料层受应力较小。图8是高精度天线反射面在室外的工作状态图，其中e点和f点作为反射面在使用工作状态的固定点，那么反射面在外界均布载荷风力q的作用下，如图8所示，将会在反射面内层产生拉伸应力6，应力符号为“+”，而在反射面外层产生压缩应力7，应力符号为“-”， 其中非金属填料层受应力较小。这样，反射面在使用过程中与反射面在二次模压过程时内部应力状态刚好相反，相互抵消，有利于产品曲面精度在使用过程中的保证。
本发明防回弹原理：如图10所示，是采用本发明工艺制作的高精度天线反射面在一次冲压成型后回弹示意图，通常回弹变形量X1-Xn较大时，不能作为高精度级别的收发天线使用。如图11所示，是采用本发明工艺制作的高精度天线反射面通过二次模压成型后回弹示意图。在二次模压成型后其回弹△=X-M，那么△在一次冲压精度的基础上减少M的回弹误差值，其中M值的影响因素主要包括：粘结层数的多少，二次模压成型模具的加工精度，压力设备的精度，在产品零件加工过程中给定的模具压力等。原则上粘结层数越多零件的回弹越趋近于理论曲面，其抗风强度和抗震动性能也越好。
本发明所采用的防回弹的方法是通过多层金属材料叠加在一起，依照二次压制成型模具弧面的精度以及所压制的金属材料在不同位置层发挥的不同功能（材料内的拉应力和压应力相互制约）达到内部拉压应力的平衡来实现回弹小、精度高的目的，来提高反射面压制成型的产品精度。
如图17-20所示，为设置有上述高精度天线反射面的卫星接收天线的结构示意图，反射面12固定在天线背部支架13上，所述天线背部支架13通过螺栓与水平调节支架14连接后实现天线的俯仰角度调节，所述水平调节支架14通过其抱紧结构将天线装在支撑机构上，通过转动水平调节支架14实现天线的方位角度调节；所述支撑机构包括：立柱15、底座17和拉杆16，所述底座17和拉杆16通过螺栓与立柱15连接，所述底座17和拉杆16通过膨胀螺栓或地脚螺栓与安装基础18连接；所述天线反射面12通过天线背部支架13连接有馈源杆10或通过螺栓直接与馈源杆10连接，所述馈源杆10连接有馈源连接座9，所述馈源连接座9通过螺栓将卫星信号接收用的馈源8或卫星信号接收、发射共用的收发两用双工器锁紧在反射面的焦点上，卫星信号通过连接在馈源8一端的馈线11进行信号的传输。
高精度天线反射面在使用过程中目的是通过抛物线旋转产生的曲面具有能将平行光和高频电磁波信号通过曲面的反射汇聚于焦点的原理，能将微弱的卫星电磁波信号汇聚到焦点处，通过夹持在焦点的馈源、馈线将信号传递给接收系统。所以采用本发明的成型工艺制作的高精度天线反射面目的在于将电信号汇聚在一点，如果回弹大、精度低，则不能将电信号汇聚在焦点处而产生散射，使天线的增益下降，噪声系数上升，不利于信号的接收和传输。
实施例2：所述反射面由至少两部分组成，各部分采用螺栓和扣件拼装为一整体结构，所述各部分的成型工艺与上述成型工艺相同，其他结构与实施例1相同。本实施例主要用于口径尺寸较大反射面的加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高精度天线反射面成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a）、通过一次冲压成型反射面内层和反射面外层，通过一次冲压成型的反射面外层上间隔地成型有下凹段部分，所述反射面外层整体形状与反射面内层匹配，所述反射面外层的下凹段部分通过粘结剂与反射面内层连接；
b）、将反射面内层放置在二次成型模上，在反射面内层上涂粘结剂；
c）、将反射面外层放置在涂有粘结剂的反射面内层上；
d）、通过二次成型模合模并保压一段时间到粘结剂固化，完成高精度天线反射面的压制；
在所述步骤a）中，通过一次冲压成型有反射面中间层，所述反射面中间层设置在反射面内层和反射面外层之间，并通过粘结剂分别与反射面内层和反射面外层连接。
2.根据权利要求1所述的高精度天线反射面成型工艺，其特征在于：在所述反射面内层和反射面外层之间设置有至少一层反射面中间层，相邻反射面中间层之间通过粘结剂连接。
3.根据权利要求1或2中任意一项所述的高精度天线反射面成型工艺，其特征在于：在上述各层之间均设置有非金属填料，所述非金属填料通过粘结剂分别与对应层连接。
4.根据权利要求3所述的高精度天线反射面成型工艺，其特征在于：所述反射面由至少两部分拼接而成构成一整体，各部分的成型工艺相同。
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