CN110406129A - 一种天线罩近净成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线罩近净成型模具及成型方法，成型模具由主模具、外模、长压条、短压条组成；成型工艺包括如下步骤：(1)模具清理；(2)翻制外模；(3)蜂窝定型；(4)铺设天线罩材料；(4)制件成型；(5)脱模、后处理。本发明通过变截面压条的使用，实现了高压成型天线罩的低压成型，避免了常规天线罩低压成型技术存在的制件孔隙率高、纤维含量低等现象；通过一体化金属阳模和外模的组合使用以及模具的高精度保证，实现了天线罩近净尺寸、高精度成型，避免了现有成型方法中存在的二次机械加工损伤以及拐角积胶现象；通过真空袋压共固化成型技术，实现了天线罩低成本化生产。

Description

一种天线罩近净成型模具及成型方法

技术领域

本发明属于机械、材料和电磁三个技术领域，涉及天线罩的成型技术，特别是一种天线罩近净成型模具及成型方法，主要应用在内外表面尺寸精度要求高的天线罩系统。

背景技术

天线罩是保护罩内天线系统或整个微波系统免受外界损伤和破坏的功能结构件，具有透波、承载、抗冲击、隔热、耐候等功能。

目前，天线罩成型方法主要有热压罐法、真空袋压法和模压法。热压罐法是指将复合材料毛坯置于热压罐中，经高温、高压成型制备天线罩。真空袋压法是指将复合材料毛坯真空密封置于固化炉中，经高温、真空负压成型制备天线罩。模压法是指将复合材料毛坯经模压机高温高压成型制备天线罩。但上述天线罩成型方法主要存在如下不足：

(1)热压罐法成型天线罩时，天线罩非模具接触面成型尺寸精度差，制件存在二次机械加工或人工打磨工序，易造成纤维断裂和蜂窝损伤，不适合薄壁夹层结构天线罩成型。

(2)真空袋压法成型天线罩时，天线罩成型压力较小(≤0.1MPa)，制件存在孔隙率高、纤维含量低等缺点，不适合成型压力较高的天线罩成型。

(3)模压法成型天线罩时，天线罩腔体侧壁处的成型压力较小且传递不均匀，制件存在纤维皱褶、积胶、压不实等缺点，不适用于带内腔结构的天线罩成型。

某产品天线罩为腔体夹层结构，内外蒙皮厚度0.3mm，厚度薄，制件需满足95％以上透波率、40g高过载和高尺寸精度等要求，现有天线罩成型方法已经不能科研试制需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有天线罩成型方法的不足，本发明利用低成本的真空袋压共固化成型方法,通过金属阳模、变截面工装压条和外模具的一体化组合使用，得到一种天线罩的近净尺寸、低压成型新技术方法，避免了现有成型方法的二次机械损伤和成型压力不足等缺点，满足天线罩高过载、高透波率、高尺寸精度和低成本指标要求。

技术方案

一种天线罩近净成型模具，所述的天线罩为腔体夹层薄壁结构；其特征在于包括主模具、外模具、长压条和短压条；所述的主模具为凸模结构，由成型面、凸台和工作面组成；成型面四周设置凸台，用于定位长压条和短压条；外模具通过母模翻制，所述长压条、短压条均为45°梯阶结构。

所述的母模的成型面的尺寸和主模具成型面的尺寸分别以天线罩外表面中斜边面和天线罩内表面尺寸为基准，并进行热补偿，补偿系数为1/[1+(α_m-α_c)ΔT]，其中：α_m：模具材料的热膨胀系数，单位：×10^-6/℃；α_c：成型材料热膨胀系数，单位：×10^-6/℃；ΔT：成型材料固化温度和环境温度之间的温度差，单位：℃。

所述的长压条、短压条宽度一致，大小满足其中：P₁：天线罩法兰面成型压力，单位：MPa；P₀：真空袋压法最大成型压力，单位：MPa；t：天线罩内表面法兰边宽度，单位：mm；u：法兰面预留加工余量，单位：mm。

所述主模具、长压条、短压条和母模材料均为45钢，外模材料为S高强玻纤。

一种天线罩近净成型方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：用酒精清理母模，室温晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，间隔时间至少10min；

步骤2：母模上铺设外模预浸料，制作真空袋，加热固化，后处理得到外模；

步骤3：纸蜂窝接缝处先用尼龙线缝合，再填充发泡胶膜，高温固化定型，固化结束去除尼龙线，打磨流胶，至蜂窝表面平整；

步骤4：主模具、外模、长压条、短压条用酒精清理，室温晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，间隔时间至少10min；

步骤5：主模具上依次铺设内蒙皮预浸料、内蒙皮胶膜、纸蜂窝、法兰边加强条、外蒙皮胶膜、外蒙皮预浸料，放置长压条、短压条、外模，制作真空袋，加热固化，固化结束后铣边、涂覆得到最终天线罩制件。

所述的内蒙皮预浸料、外蒙皮预浸料均为石英/环氧材料，介电常数为3.53。

所述的内蒙皮胶膜、外蒙皮胶膜均为环氧胶膜，介电常数为2.9。

有益效果

本发明提出的一种天线罩近净成型模具及成型方法，通过变截面压条的使用，实现了高压成型天线罩的低压成型，避免了常规天线罩低压成型技术存在的制件孔隙率高、纤维含量低等现象；通过一体化金属阳模和外模的组合使用以及模具的高精度保证，实现了天线罩近净尺寸、高精度成型，避免了现有成型方法中存在的二次机械加工损伤以及拐角积胶现象；通过真空袋压共固化成型技术，实现了天线罩低成本化生产。某军品型号数百套样件结果表明：用此方法制备的天线罩尺寸精度高，透波优异，抗过载性能强，质量稳定可靠。

附图说明

图1天线罩结构示意图：(a)天线罩正面；(b)天线罩反面

图2母模结构示意图；

图3主模具结构示意图；

图4外模、长压条、短压条结构示意图；

图5本发明涉及的成型示意图。

图中，1-主模具；2-外模；3-长压条；4-短压条；5-主模具成型面；6-主模具凸台；7-主模具工作面；8-母模；9-母模成型面；10-母模工作面；11-外模预浸料；12-内蒙皮预浸料；13-内蒙皮胶膜；14-纸蜂窝；15-法兰加强边；16-外蒙皮胶膜；17-外蒙皮预浸料。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种天线罩近净成型模具，由主模具1、外模2、长压条3、短压条4组成。主模具1为凸模结构，由成型面5、凸台6和工作面7组成。成型面5四周设置凸台6，用于定位长压条3和短压条4；外模具2通过母模8翻制，长压条3、短压条4均为45°梯阶结构，所述主模具1、长压条3、短压条4、母模8材料均为45钢，外模2材料为S高强玻纤。

一种天线罩近净成型方法，采用步骤如下：

步骤1：母模8清理干净，涂抹脱模剂2次后，铺设外模预浸料11,加热固化得到外模具2；

步骤2：纸蜂窝14接缝处缝合、填充发泡胶膜，高温固化定型；

步骤3：主模具1、外模2、长压条3、短压条4清理干净后，涂抹脱模剂2次；

步骤4：主模具1上依次铺设内蒙皮预浸料12、内蒙皮胶膜13、纸蜂窝14、法兰边加强条15、外蒙皮胶膜16和外蒙皮预浸料17，放置长压条3、短压条4、外模2，制作真空袋，加热固化，固化结束后铣边、涂覆得到最终天线罩。

所述内蒙皮预浸料12、外蒙皮预浸料17均为石英/环氧材料，厚度0.1mm，介电常数为3.53左右(3～18GHz)。

所述内蒙皮胶膜13、外蒙皮胶膜16均为环氧胶膜，厚度0.15mm，介电常数为2.9左右(3～18GHz)。

实施例：

参见附图1所示，该产品为腔体带法兰边薄壁夹层结构，由透波功能面和法兰承力面组成。其中透波面为蜂窝夹层薄壁结构，壁厚3mm，内外蒙皮各厚0.3mm，成型压力0.1Mpa；法兰面为层压板结构，厚度3mm，成型压力0.3Mpa以上。天线罩要求满足40g加速度冲击，透波率95％(10GHz～18GHz)，尺寸公差±0.05mm。

参见附图2所示，母模8为凸模结构，由成型面9和工作面10组成，成型面9尺寸大小以天线罩外表面的斜边面为基准并进行热补偿，补偿系数为C。

参见附图3所示，主模1为凸模结构，由成型面5、凸台6和工作面7组成。成型面5的尺寸大小在天线罩内表面尺寸的基础进行热补偿，补偿系数为C；成型面5四周设置凸台6，用于定位长压条3、短压条4；凸台6到成型面5的距离为r，其中r为长压条3、短压条4的宽度和天线罩侧壁厚度的总和。

参见附图4所示，外模2由母模8翻制而来，厚度为0.5mm，外模2内表面尺寸大小与天线罩外表面的斜边面尺寸一致；长压条3、短压条4均为45°梯阶结构，整体厚度为5mm；一阶梯阶高度与天线罩法兰边厚度一致；二阶梯阶高度与天线罩外表面侧壁直角边高度一致；长压条3、短压条4内侧长度分别与天线罩腔体外表面长度和宽度一致；长压条3、短压条4宽度一致，大小为T。

本实施例中主模具1成型面5和母模8成型面9的补偿系数C由下式确定：

C＝1/(1+(α_m-α_c)ΔT) ①

式中：α_m为模具材料的热膨胀系数(单位：×10^-6/℃)；α_c为成型材料的热膨胀系数(单位：×10^-6/℃)；ΔT为成型材料固化温度和环境温度之间的温度差(单位：℃)。

本实施例中长压条3、短压条4的宽度T由下式确定：

式中：T为长压条3、短压条4的宽度(单位：mm)；P₁为天线罩法兰面成型压力(单位：MPa)；P₀为真空袋压法最大成型压力(单位：MPa)；t为天线罩内表面法兰边宽度(单位：mm)；u为法兰面预留加工余量(单位：mm)。

所述主模具1、长压条3、短压条4和母模8材料均为45钢，外模2材料为S高强玻纤。

本发明实现其目的所采用的成型工艺包括如下步骤：

(1)用酒精清理母模8，室温下晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，每遍间隔时间至少10min。

(2)母模8上铺设5层外模预浸料11，再依次铺覆隔离膜、透气毡，真空袋密封后,放入固化炉中加热固化，固化结束后用砂纸打磨制件上残留胶体，得到外模具2；

(3)纸蜂窝14接缝处先用尼龙线缝合，再填充发泡胶膜，高温固化定型，固化结束去除尼龙线，打磨流胶，至蜂窝表面平整；

(4)用酒精清理主模具1、外模具2、长压条3和短压条4，室温晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，每遍间隔时间至少10min。

(5)主模具1上依次铺设3层内蒙皮预浸料12、1层内蒙皮胶膜13、1层纸蜂窝14、25层法兰边加强条15、1层外蒙皮胶膜16、3层外蒙皮预浸料17，放置外模2、长压条3、短压条4后，再依次铺覆隔离膜、透气毡，真空袋密封，放入固化炉中加热固化，固化结束后铣边、涂覆得到最终制件。

所述的内蒙皮预浸料12、外蒙皮预浸料17均为石英/环氧材料，介电常数为3.53左右(3～18GHz)；内蒙皮胶膜13、外蒙皮胶膜16均为环氧胶膜，介电常数为2.9左右(3～18GHz)。

Claims (7)

1.一种天线罩近净成型模具，所述的天线罩为腔体夹层薄壁结构；其特征在于包括主模具(1)、外模具(2)、长压条(3)和短压条(4)；所述的主模具(1)为凸模结构，由成型面(5)、凸台(6)和工作面(7)组成；成型面(5)四周设置凸台(6)，用于定位长压条(3)和短压条(4)；外模具(2)通过母模(8)翻制，所述长压条(3)、短压条(4)均为45°梯阶结构。

2.根据权利要求1所述的一种天线罩近净成型模具，其特征在于所述的母模(8)的成型面(9)的尺寸和主模具(1)成型面(5)的尺寸分别以天线罩外表面中斜边面和天线罩内表面尺寸为基准，并进行热补偿，补偿系数为1/[1+(α_m-α_c)ΔT]，其中：α_m：模具材料的热膨胀系数，单位：×10^-6/℃；α_c：成型材料热膨胀系数，单位：×10^-6/℃；ΔT：成型材料固化温度和环境温度之间的温度差，单位：℃。

3.根据权利要求1所述的一种天线罩近净成型模具，其特征在于所述的长压条(3)、短压条(4)宽度一致，大小满足其中：P₁：天线罩法兰面成型压力，单位：MPa；P₀：真空袋压法最大成型压力，单位：MPa；t：天线罩内表面法兰边宽度，单位：mm；u：法兰面预留加工余量，单位：mm。

4.根据权利要求1所述的一种天线罩近净成型模具，其特征在于所述主模具(1)、长压条(3)、短压条(4)和母模(8)材料均为45钢，外模(2)材料为S高强玻纤。

5.一种权利要求1所述的成型模具用于天线罩近净成型方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：用酒精清理母模(8)，室温晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，间隔时间至少10min；

步骤2：母模(8)上铺设外模预浸料，制作真空袋，加热固化，后处理得到外模(2)；

步骤3：纸蜂窝(14)接缝处先用尼龙线缝合，再填充发泡胶膜，高温固化定型，固化结束去除尼龙线，打磨流胶，至蜂窝表面平整；

步骤4：主模具(1)、外模(2)、长压条(3)、短压条(4)用酒精清理，室温晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，间隔时间至少10min；

步骤5：主模具(1)上依次铺设内蒙皮预浸料(12)、内蒙皮胶膜(13)、纸蜂窝(14)、法兰边加强条(15)、外蒙皮胶膜(16)、外蒙皮预浸料(17)，放置长压条(3)、短压条(4)、外模(2)，制作真空袋，加热固化，固化结束后铣边、涂覆得到最终天线罩制件。

6.根据权利要求5所述的天线罩近净成型方法，其特征在于所述的内蒙皮预浸料(12)、外蒙皮预浸料(17)均为石英/环氧材料，介电常数为3.53。

7.根据权利要求5所述的天线罩近净成型方法，其特征在于所述的内蒙皮胶膜(13)、外蒙皮胶膜(16)均为环氧胶膜，介电常数为2.9。