CN108326521A - 一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，属于蒙皮加工技术领域。其包括准备铝合金板材、淬火热处理、通过拉伸胎拉伸板材、通过切割胎定位板材以及通过数控切割设备对板材进行切割等步骤。本发明方法大大地提高了蒙皮加工的精度，改变了以往的手工定位方式，提高了蒙皮的定位效率和定位准确度，是对现有技术的一个重要改进。

Description

一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法

技术领域

本发明涉及反射面形式的雷达或天线产品的精密加工技术领域，特别是指一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法。

背景技术

随着我国在卫星通信和深空探测等领域长足发展，雷达和天线在其中发挥了越来重要的作用。雷达、天线的反射器结构主要以单曲面的反射面形式为主。现阶段小型的反射器主要考虑了反射面的整体成型方式，而在中大型雷达或天线的反射器中，其反射面主要是由若干小面积的反射面拼接组装而成。反射面的精度直接影响了雷达、天线的使用性能。反射面有多种结构形式，比如蜂窝夹层结构、背架蒙皮形式，筋开槽结构形式等等，但是反射面的原理都是由置于前端的发挥反射信号作用的反射蒙皮以及置于后端的蒙皮的支撑结构两部分组成。

在反射面的制作中，往往预制成具有既定形状和精度的反射蒙皮，然后在模胎上安装蒙皮支撑结构，所以反射蒙皮的成型精度直接影响了反射面的精度，因而也对整个设备的性能发挥着重要作用。一般情况下，蒙皮支撑结构包含在反射蒙皮的面积内部，即由反射蒙皮充当了反射面的最大轮廓，即反射蒙皮的外沿即是反射面的外沿。

典型的反射蒙皮为铝合金薄板制作的单曲面形式，比如一条抛物线上的一段线围绕回转轴线旋转一个较小的角度所形成的曲面形式（西瓜瓣形状）。在实际使用中，反射器往往是由若干的反射面拼接而成的，拼接的时候按照边对齐或角对齐的方式，并且为了提高实际反射面积，需要得到尽可能小而均匀的缝隙。

综上所述，反射蒙皮需要具有两个精度指标：第一是反射蒙皮的曲面精度，这个精度影响反射器的反射效率；第二是反射蒙皮边界的尺寸精度，这个精度影响反射器缝隙的大小和均匀性，也会影响后期的安装效率和整体外观性。

但是，反射蒙皮的传统生产方法工艺不稳定，很难保证曲面的精度。另外，反射蒙皮边界的确定一般是采用钳工划线或者在用标准样本比对下，采用切割锯切割，高速电锯等手动的方式进行切割。传统方式中，切割的方式是手动控制的，边界经常出现波浪的情况，并不能精准控制。

申请号为201310594971.9的中国专利公开了“一种精确高效的天线蒙皮切割方法”，该方法在下料工装上依次铺放天线切割坯料和已制作好的天线切割样板，将下料工装、天线切割坯料与天线切割样板相互固定住，并且三者的中心保持一致，然后依照天线切割样板的外形，用等离子切割的方式获得蒙皮边界。该方法虽然采用样板比对的方式在一定程度上提高了蒙皮切割的边界质量，但是等离子切割的方式依然属于是手动控制，其蒙皮边界尺寸控制精度还是不够准确，尤其在国际项目的高精度天线等设备中，由于要求缝隙很小，手动切割的反射蒙皮的经常出现搭边，碰撞，边缝不匀等问题。另外，该方法中将铝合金板直接拉伸的工艺也存在弊端，容易造成拉伸后回弹、拉伸范围不够等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其能够对蒙皮边界进行精准切割，具有精确度高、性能稳定可靠的特点。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其包括以下步骤：

（1）准备铝合金板材，要求板材的长度和宽度超过目标蒙皮的最大宽度和最大长度并且具有一定余量；

（2）将准备好的铝合金板材进行淬火热处理，从而降低材料的强度并增大材料的延展性；

（3）准备拉伸机和拉伸胎，清理拉伸胎表面并涂油润滑，将热处理好的板材和拉伸胎的接触表面刷油，并在拉伸机上进行单方向拉伸成型，获得具有与最终成型天线蒙皮的曲率形状一致的蒙皮坯料；拉伸完成后，由固定在拉伸胎上的定位装置对蒙皮进行特征点定位，并在特征位置钻出定位孔；

（4）准备切割胎，将预拉伸蒙皮放置在切割胎上，通过切割胎上的定位装置穿入预拉伸蒙皮的定位孔进行定位；

（5）用数控切割设备对切割胎进行定位，并按既定程序对切割胎上的待切割板材进行三维数控切割。

可选的，所述步骤（1）中，所选取的铝合金板材为2A12材质的退火状态材料，板材的长度方向留余量为150～300毫米，宽度方向留余量不少于50毫米。

可选的，所述步骤（2）中，热处理的方式为：首先将铝合金板材加热至486～494℃并保温18～23分钟，然后用温度为20～40℃的水对铝合金板材进行冷却，板材从加热状态到冷却状态的转移时间不超过10秒；热处理完成后在2小时内对板材进行拉伸。

可选的，所述步骤（3）中，固定在拉伸胎上的定位装置为竖直的第一定位杆，所述第一定位杆至少有3个且不在同一直线上分布，所述第一定位杆为伸缩结构。

可选的，所述步骤（4）中，切割胎上的定位装置为竖直的第二定位杆，且切割胎的第二定位杆相对于切割胎型面的分布位置与拉伸胎的第一定位杆相对于拉伸胎型面的分布位置一致，从而在将待切割蒙皮放置到切割胎上时，切割胎上的第二定位杆恰好穿入由第一定位杆在待切割蒙皮上留下的定位孔中。

可选的，所述步骤（4）中，切割胎为间隔栅板结构，切割胎的上表面与拉伸胎的上表面曲率一致，切割胎的外形与蒙皮外形相似但小于蒙皮的大小；切割过程中，切割头到蒙皮表面的距离一致且始终垂直于蒙皮曲面，从而保证切割后蒙皮具有精准的外形尺寸。

可选的，所述拉伸胎和切割胎具有一致的曲面形状，且切割胎的尺寸小于拉伸胎的尺寸。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明通过热处理工艺降低了材料的强度并增大了材料的延展性，能够有效提高拉伸后蒙皮的曲面精度。

2、本发明的拉伸胎和切割胎上均具有定位装置，两套胎具曲面一致，定位装置的位置一致，从而保证了蒙皮在切割胎上的位置准确。

3、本发明采用了数控切割的方式，切割过程中切割头到蒙皮表面距离一致且始终垂直于蒙皮曲面，保证切割后蒙皮具有精准的外形尺寸，尺寸精度可达0.1mm。

4、本发明具有不受蒙皮曲率限制、不受蒙皮外形限制、精确度高、性能稳定可靠的特点，同时降低了噪声，减少了安全隐患，降低了操作人员劳动强度，减少了安全隐患。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。

图1是本发明实施例中拉伸胎的一种结构示意图；

图2是本发明实施例中蒙皮拉伸时拉伸胎的工作状态示意图；

图3是本发明实施例中切割胎的一种结构示意图；

图4是本发明实施例中蒙皮切割时切割胎的工作状态示意图；

图5是本发明实施例中从拉伸胎上取下的待切割蒙皮的结构示意图；

图6是本发明实施例中第一定位杆固定结构的一种结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其包括以下步骤：

（1）准备铝合金板材，要求板材的长度和宽度超过目标蒙皮的最大宽度和最大长度并且具有一定余量；

（2）将准备好的铝合金板材进行淬火热处理，从而降低材料的强度并增大材料的延展性；

（3）准备拉伸机和拉伸胎，清理拉伸胎表面并涂油润滑，将热处理好的板材和拉伸胎的接触表面刷油，并在拉伸机上进行单方向拉伸成型，获得具有与最终成型天线蒙皮的曲率形状一致的蒙皮坯料；拉伸完成后，由固定在拉伸胎上的定位装置对蒙皮进行特征点定位，并在特征位置钻出定位孔；

（4）准备切割胎，将预拉伸蒙皮放置在切割胎上，通过切割胎上的定位装置穿入预拉伸蒙皮的定位孔进行定位；

（5）用数控切割设备对切割胎进行定位，并按既定程序对切割胎上的待切割板材进行三维数控切割。

可选的，所述步骤（1）中，所选取的铝合金板材为2A12材质的退火状态材料，板材的长度方向留余量为150～300毫米，宽度方向留余量不少于50毫米。

可选的，所述步骤（2）中，热处理的方式为：首先将铝合金板材加热至486～494℃并保温18～23分钟，然后用温度为20～40℃的水对铝合金板材进行冷却，板材从加热状态到冷却状态的转移时间不超过10秒；热处理完成后在2小时内对板材进行拉伸。

上述实施例中，如图1和2所示，拉伸胎包括拉伸胎本体1和第一定位杆2，第一定位杆2至少有3个且不在同一直线上分布，第一定位杆2为伸缩式结构，这样，当蒙皮坯料3在拉伸机钳口4的作用下被拉伸时，第一定位杆2处于缩短状态，最高位置低于拉伸胎曲面，当拉伸完成后，第一定位杆2可以伸长，最高位置达到或超过拉伸胎曲面，从而在板材上留下定位孔5。

具体来说，如图6所示，第一定位杆2可以通过套筒21固定在拉伸胎本体上，第一定位杆1穿在套筒21内，且通过顶丝22将第一定位杆2锁紧。拉伸时，将第一定位杆1下沉，并用顶丝22锁紧；拉伸完成后，松开顶丝22，将第一定位杆2顶起，即可在板材上留下定位孔。

图5所示为打孔后待切割蒙皮，其中虚线框10所示即为曲面蒙皮区域。

如图3和4所示，切割胎包括底板6、立板7和第二定位杆8，立板7的顶缘为曲线，所有立板7的顶缘共同构成一个与蒙皮曲面相符的型面；立板7上还可以具有多个圆形的镂空结构，镂空结构可以减轻立板的重量，并节约材料；底板6上可以设置多个插槽，并将每个立板7均插在一个插槽内；此外，为了进一步提高立板7与底板6的连接强度，还可以在插槽上设置用于紧固立板的顶丝。特别地，切割胎的第二定位杆8相对于切割胎型面的分布位置与拉伸胎的第一定位杆2相对于拉伸胎型面的分布位置一致，从而在将待切割蒙皮放置到切割胎上时，切割胎上的第二定位杆8恰好穿入由第一定位杆2在待切割蒙皮上留下的定位孔5中。

此外，仍见图4，切割胎的上表面与拉伸胎的上表面曲率一致，切割胎的外形与蒙皮外形相似但小于蒙皮的大小；切割过程中，切割头9到蒙皮表面的距离一致且始终垂直于蒙皮曲面，从而保证切割后蒙皮具有精准的外形尺寸。

可选的，所述拉伸胎和切割胎具有一致的曲面形状，且切割胎的尺寸小于拉伸胎的尺寸。

总之，本发明方法大大地提高了蒙皮加工的精度，改变了以往的手工定位方式，提高了蒙皮的定位效率和定位准确度，是对现有技术的一个重要改进。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）准备铝合金板材，要求板材的长度和宽度超过目标蒙皮的最大宽度和最大长度并且具有一定余量；

（2）将准备好的铝合金板材进行淬火热处理，从而降低材料的强度并增大材料的延展性；

（3）准备拉伸机和拉伸胎，清理拉伸胎表面并涂油润滑，将热处理好的板材和拉伸胎的接触表面刷油，并在拉伸机上进行单方向拉伸成型，获得具有与最终成型天线蒙皮的曲率形状一致的蒙皮坯料；拉伸完成后，由固定在拉伸胎上的定位装置对蒙皮进行特征点定位，并在特征位置钻出定位孔；

（4）准备切割胎，将预拉伸蒙皮放置在切割胎上，通过切割胎上的定位装置穿入预拉伸蒙皮的定位孔进行定位；

（5）用数控切割设备对切割胎进行定位，并按既定程序对切割胎上的待切割板材进行三维数控切割。

2.根据权利要求1所述的高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所选取的铝合金板材为2A12材质的退火状态材料，板材的长度方向留余量为150～300毫米，宽度方向留余量不少于50毫米。

3.根据权利要求1所述的高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，所述步骤（2）中，热处理的方式为：首先将铝合金板材加热至486～494℃并保温18～23分钟，然后用温度为20～40℃的水对铝合金板材进行冷却，板材从加热状态到冷却状态的转移时间不超过10秒；热处理完成后在2小时内对板材进行拉伸。

4.根据权利要求1所述的高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，所述步骤（3）中，固定在拉伸胎上的定位装置为竖直的第一定位杆，所述第一定位杆至少有3个且不在同一直线上分布，所述第一定位杆为伸缩结构。

5.根据权利要求4所述的高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，所述步骤（4）中，切割胎上的定位装置为竖直的第二定位杆，且切割胎的第二定位杆相对于切割胎型面的分布位置与拉伸胎的第一定位杆相对于拉伸胎型面的分布位置一致，从而在将待切割蒙皮放置到切割胎上时，切割胎上的第二定位杆恰好穿入由第一定位杆在待切割蒙皮上留下的定位孔中。

6.根据权利要求1所述的高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，所述步骤（4）中，切割胎为间隔栅板结构，切割胎的上表面与拉伸胎的上表面曲率一致，切割胎的外形与蒙皮外形相似但小于蒙皮的大小；切割过程中，切割头到蒙皮表面的距离一致且始终垂直于蒙皮曲面，从而保证切割后蒙皮具有精准的外形尺寸。

7.根据权利要求1所述的高精度单曲面铝合金蒙皮的制作方法，其特征在于，所述拉伸胎和切割胎具有一致的曲面形状，且切割胎的尺寸小于拉伸胎的尺寸。