CN110815866B - 一种复合材料反射镜一体化成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合材料反射镜一体化成型工艺，采用复合材料模具微分拼接技术，设计成拼接模具，通过在拼接模具的各个子模具上按顺序铺贴或缠绕复合材料、拼接组装成整体后对复合材料进行固化成型，得到一体化的复合材料镜坯和基座。本发明的复合材料反射镜一体化成型工艺，无需粘接剂粘接，提高了制备效率和材料的一致性，解决了现有镜坯和基座分别制备再黏接导致面形精度低、稳定性差、制备周期相对较长等问题，适用于各种异形反射镜镜坯和基座的制备，通用性和适应性广。

Description

一种复合材料反射镜一体化成型工艺
技术领域
本发明涉及复合材料反射镜制备技术领域，具体涉及一种复合材料反射镜一体化成型工艺。
背景技术
随着复合材料生产制备技术的不断进步，及其自身所具有的低密度、高比刚度、可设计性强等特点，使其成为大口径、轻量化反射镜的重要备选基材之一。目前，复合材料反射镜的制备一般采用压印复制模具高精度表面方式先制备镜坯，再用复合材料平面基板切割为筋板，通过胶粘接方式将筋板粘接成型为基座，最后通过胶粘接方式将基座和镜坯粘接固连，制备完成复合材料反射镜镜坯及基座整体件，之后通过镀膜实现复合材料反射镜制备。
但是，现有复合材料反射镜的制备中，基座的筋板粘接以及基座与镜坯的粘接，一方面在粘接剂固化后存在粘接应力，导致基座与镜坯接触位置的变形，会出现印透现象，严重影响复合材料反射镜镜坯面形；另一方面由于粘接剂与复材件之间的材料属性不匹配，在受到温度载荷、重力载荷等载荷作用或者在长时间放置后存在老化及粘接剂失效等时，粘接处会产生变形，引起镜面面形变化，这对于镜面级的面形精度而言，影响是显而易见，甚至是不可接受的。
因此，急需研究一种复合材料反射镜一体化成型工艺，解决现有复合材料反射镜的制备中存在的面形精度较低、面形精度的稳定性较差、制备周期相对较长的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种复合材料反射镜一体化成型工艺，实现复合材料反射镜镜坯和基座的一体化制备，解决了现有复合材料反射镜镜坯和基座通过分别制备粘接导致面形精度低、稳定性差、制备周期长等问题。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明提供了一种复合材料反射镜一体化成型工艺，包括以下步骤：
步骤1：根据反射镜的口径、厚度、曲率半径、面形精度、基座支撑类型确定镜坯设计方案，优化基座的支撑形式；
步骤2：根据镜坯及基座的设计方案，利用复合材料模具微分拼接技术设计模具拼接模型，确定复合材料铺贴或缠绕顺序，以及拼接组装顺序，根据模具拼接模型加工制造出拼接模具；
步骤3：在所述拼接模具上均匀涂满脱模剂，按照步骤2中确定的复合材料铺贴或缠绕顺序、拼接组装顺序完成复合材料的铺贴及整体组装；
步骤4：选择复合材料固化成型工艺，按照固化工艺参数对步骤3中组装后的整体进行复合材料的固化，之后脱模得到一体化的复合材料镜坯和基座；
步骤5：检测镜坯的面形精度，若满足设计要求，则对镜坯表面镀膜，得到复合材料反射镜；否则，查找失败原因优化设计与制备过程后报废处理。
进一步地，所述基座支撑类型包括芯轴支撑、格栅支撑。
进一步地，所述镜坯设计方案包括复合材料材料类型、规格的选择。
进一步地，复合材料选择为碳纤维预浸料T700。
进一步地，所述拼接模具的面形精度满足镜面面形要求。
进一步地，所述复合材料固化成型工艺包括真空袋压成型。
进一步地，所述步骤5中满足设计要求为检测镜坯的面形精度优于反射镜的面形精度。
本发明的复合材料反射镜一体化成型工艺，采用复合材料模具微分拼接技术，设计成拼接模具，通过在拼接模具的各个子模具上按顺序铺贴或缠绕复合材料、拼接组装成整体后对复合材料进行固化成型，得到一体化的复合材料镜坯和基座，无需粘接剂粘接，提高了制备效率和材料的一致性，解决了现有镜坯和基座分别制备再黏接导致面形精度低、稳定性差、制备周期相对较长等问题。并且，本发明的复合材料反射镜一体化成型工艺适用于各种异形反射镜镜坯和基座的制备，通用性和适应性广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1中复合材料反射镜及其组件的结构示意图((a)镜坯结构示意图；(b)基座结构示意图；(c)复合材料反射镜结构示意图))；
图2是本发明实施例1中拼接模具的结构示意图((a)凹模具结构及编号示意图；(b)凸模具结构示意图)；
图3是发明实施例1中复合材料在拼接模具上的铺贴、拼接组装过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明提供了一种复合材料反射镜一体化成型工艺，包括以下步骤：
步骤1：根据反射镜的口径、厚度、曲率半径、面形精度、基座支撑类型确定镜坯设计方案，优化基座的支撑形式；
步骤2：根据镜坯及基座的设计方案，利用复合材料模具微分拼接技术设计模具拼接模型，确定复合材料铺贴或缠绕顺序，以及拼接组装顺序，根据模具拼接模型加工制造出拼接模具；
步骤3：在所述拼接模具上均匀涂满脱模剂，按照步骤2中确定的复合材料铺贴或缠绕顺序、拼接组装顺序完成复合材料的铺贴及整体组装；
步骤4：选择复合材料固化成型工艺，按照固化工艺参数对步骤3中组装后的整体进行复合材料的固化，之后脱模得到一体化的复合材料镜坯和基座；
步骤5：检测镜坯的面形精度，若满足设计要求，则对镜坯表面镀膜，得到复合材料反射镜；否则，查找失败原因优化设计与制备过程后报废处理。其中，满足设计要求为检测镜坯的面形精度优于反射镜的面形精度。
复合材料模具微分拼接技术指的是综合复合材料预浸料(或丝束)的铺贴(或缠绕)方式、脱模便利性、模具拼接方式等因素，将模具设计为多个子模具，并确定子模具被铺贴(或缠绕)及拼接顺序，复合材料预浸料(或丝束)按照先前设计的铺贴顺序依次铺贴(或缠绕)于子模块上，最终拼接出整体模具。本发明采用复合材料模具微分拼接技术使复合材料反射镜镜坯和基座的一体化成为可能。
在反射镜的基座设计中，基座支撑类型包括芯轴支撑、格栅支撑，可以经设计仿真分析选择基座支撑形式。其中，所述拼接模具的面形精度需满足镜面面形要求。例如，依据镜坯及基座的设计方案，基座支撑形式为中空芯轴支撑加加强筋的形式，设计拼接模具分为凹凸两模具，凹模具采用拼接形式设计成若干子模具，在反射镜的面形精度RMS要求为λ/30(λ＝10.6μm)时，凸模具表面精度RMS要优于λ/40(λ＝10.6μm)，凹模具的表面粗糙度为0.002mm，定位精度优于0.001mm。
所述镜坯设计方案包括复合材料材料类型、规格的选择。例如：复合材料可以选择为玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料，碳纤维复合材料中可以选择碳纤维预浸料T700等，根据实际需要进行选择。其中，复合材料固化成型工艺也可根据实际需要进行选择，例如可以选择真空袋压成型。
实施例1
待制备的长波红外碳纤维反射镜参数如下：厚度为4.8mm，口径为200mm，曲率半径为700mm，面形精度RMS为λ/30(λ＝10.6μm)，基座类型均可。
长波红外碳纤维反射镜一体化成型工艺，包括以下步骤：
步骤1：根据反射镜的口径、厚度、曲率半径、面形精度、基座支撑类型确定镜坯设计方案，优化基座的支撑形式。
其中，基于经典层合板理论，复合材料选择为碳纤维预浸料T700，确定铺层方案为[0 90 45 -45]12S。并且，经设计仿真分析基座支撑形式选定如图1(b)所示。
步骤2：根据镜坯及基座的设计方案，利用复合材料模具微分拼接技术设计模具拼接模型，确定复合材料铺贴或缠绕顺序，以及拼接组装顺序，根据模具拼接模型加工制造出拼接模具。
其中，依据镜坯及基座设计方案，设计拼接模具分为凹凸两模具，凹模具采用拼接形式，并进行编号，如图2所示，凹模具共计7块子模具组成。依据设计对凹凸模具加工制造，凸模具表面精度RMS要优于λ/40(λ＝10.6μm)，凹模具表面粗糙度为0.002mm，定位精度优于0.001mm。其中，铺贴、拼接组装顺序为：1、凹模具依照图2(a)中子模具的编号顺序依次由内及外进行铺贴组装；2、完成复合材料和凹模具依次铺贴组装，包括镜坯复合材料的铺贴；3、将凸模具置于镜坯复合材料的上部，完成复合材料、凹模具和凸模具的整体组装。
在其他实施例中，凹模具的子模具编号还可选择由外及内等多种形式，也可通过以下顺序进行铺贴、拼接组装：先在凸模具上铺贴碳纤维预浸料T700，进而再在其上依照凹模具编号顺序将子模具和碳纤维预浸料T700铺贴完成，再实现复合材料、凹模具和凸模具组装，各种顺序变形可以根据需要调整。
步骤3：在所述拼接模具上均匀涂满脱模剂，按照步骤2中确定的复合材料铺贴或缠绕顺序、拼接组装顺序完成复合材料的铺贴及整体组装，铺贴、拼接组装的过程如图3所示。
步骤4：选择真空袋压固化成型工艺，按照碳纤维预浸料T700的固化工艺参数对步骤3中组装后的整体进行复合材料的固化，之后拆除真空袋、脱模得到一体化的长波红外碳纤维反射镜的镜坯和基座；
步骤5：检测镜坯的面形精度，若满足设计要求(RMS优于λ/30，λ＝10.6μm)，则对镜坯表面镀膜，得到长波红外碳纤维反射镜；否则，查找失败原因优化设计与制备过程后报废处理。
本发明的复合材料反射镜一体化成型工艺，采用复合材料模具微分拼接技术，设计成拼接模具，通过在拼接模具的各个子模具上按顺序铺贴或缠绕复合材料、拼接组装成整体后对复合材料进行固化成型，得到一体化的复合材料镜坯和基座，无需粘接剂粘接，提高了制备效率和材料的一致性，解决了现有镜坯和基座分别制备再黏接导致面形精度低、稳定性差、制备周期相对较长等问题。并且，本发明的复合材料反射镜一体化成型工艺适用于各种异形反射镜镜坯和基座的制备，通用性和适应性广。
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 (7)

1.一种复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据反射镜的口径、厚度、曲率半径、面形精度、基座支撑类型确定镜坯设计方案，优化基座的支撑形式；
步骤2：根据镜坯及基座的设计方案，利用复合材料模具微分拼接技术设计模具拼接模型，确定复合材料铺贴或缠绕顺序，以及拼接组装顺序，根据模具拼接模型加工制造出拼接模具；所述拼接模具分为凹凸两模具，凹模具采用拼接形式设计成若干子模具；
步骤3：在所述拼接模具上均匀涂满脱模剂，按照步骤2中确定的复合材料铺贴或缠绕顺序、拼接组装顺序完成复合材料的铺贴及整体组装；
步骤4：选择复合材料固化成型工艺，按照固化工艺参数对步骤3中组装后的整体进行复合材料的固化，之后脱模得到一体化的复合材料镜坯和基座；
步骤5：检测镜坯的面形精度，若满足设计要求，则对镜坯表面镀膜，得到复合材料反射镜；否则，查找失败原因优化设计与制备过程后报废处理。
2.根据权利要求1所述的复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，所述基座支撑类型包括芯轴支撑、格栅支撑。
3.根据权利要求1所述的复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，所述镜坯设计方案包括复合材料材料类型、规格的选择。
4.根据权利要求3所述的复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，复合材料选择为碳纤维预浸料T700。
5.根据权利要求1所述的复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，所述拼接模具的面形精度满足镜面面形要求。
6.根据权利要求1所述的复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，所述复合材料固化成型工艺包括真空袋压成型。
7.根据权利要求1所述的复合材料反射镜一体化成型工艺，其特征在于，所述步骤5中满足设计要求为检测镜坯的面形精度优于反射镜的面形精度。
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