CN112537047B - 一种复合材料反射器成型装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料反射器的成型装配方法。反射器的反射面下、上蒙皮均采用窄带铺贴成型，有孔铝蜂窝芯在胶接前先进行预成型，然后与上、下蒙皮进行二次胶接，固化后的反射面进行时效处理，反射面与背筋的装配采用成型胶接一体化工装，反射面通过校准埋件定位以及在边缘余量区制真空袋的方法实现均匀加压，反射面与背筋以及背筋与背筋使用室温固化结构胶粘接，并在胶缝位置湿法铺贴玻璃布加强角片。本发明提供的成型及装配方法解决了复合材料反射器的型面精度控制问题，保证了反射器的结构稳定性。

Description

一种复合材料反射器成型装配方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型制造领域，特别是涉及应用在航天领域的复合材料反射器成型装配技术。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断进步，材料技术得到了飞速发展。复合材料作为一种新型材料，具有高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、隐身性好等独特性能，在航空、航天、汽车、兵器、电子、建筑、医疗等领域得到了广泛应用。先进复合材料继铝、钢、钛之后，迅速发展成四大结构材料之一，其用量已成为航空航天结构的先进性标志之一。

卫星结构的轻量化对卫星功能和发射成本的影响至关重要，而选用复合材料是实现卫星结构轻量化的有效途径。目前卫星的微波通讯系统、能源系统(太阳能电池基板、框架)、天线系统、各种支撑结构件等已基本上做到了复合材料化。但随着卫星制造技术的发展，复合材料天线的精度等级要求愈来愈高。国内外都在根据用途需要向高精度、超高精度发展。

使用传统的一次固化成型方案，固化后反射面型面精度较差，尤其是大口径反射面，型面精度远不能满足设计要求。而且反射器多为双曲面，铝蜂窝芯在成型过程中与蒙皮的贴合程度较差，固化后反射面会存在较大的内应力，在后续热真空和震动试验过程中，反射器固化过程中的内应力释放会造成型面精度发生较大的变化，影响产品性能。另外，反射器在设计时为了减轻重量，大多选用了薄蒙皮/蜂窝芯夹层结构，大部分反射面蒙皮厚度仅有0.3mm，若使用一次固化成型方案，固化后蒙皮难免会出现较重的蜂窝芯印痕，影响产品型面精度以及表面质量。

发明内容

本发明的目的在于解决复合材料反射器型面精度控制问题，提供一种复合材料反射器的成型装配方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种复合材料反射器的成型装配方法。反射器的反射面下、上蒙皮均采用窄带铺贴，分别在成型模以及假件上成型，有孔铝蜂窝芯在胶接前使用泡沫胶拼接和热熔线缝合的方法先进行预成型，然后与上、下蒙皮进行二次胶接，固化后的反射面进行室温时效以及高低温循环时效处理，反射面校准埋件通过室温固化胶粘剂粘接，反射面与背筋的装配采用成型胶接一体化工装，使用室温固化胶粘剂粘接背筋零件，具体步骤如下：

步骤1在成型模和假件上分别铺贴下蒙皮(工作面)和上蒙皮预浸料，铺贴时预浸料采用30mm～300mm的窄带进行铺贴，窄带之间采用对接拼接方式，铺贴过程中每层进行真空压实，铺贴完成后制袋，按照预浸料的固化参数要求在热压罐中进行固化。

步骤2反射器所用蜂窝芯材选用有孔铝蜂窝芯，并采用分块拼接方法，拼接缝位置间隔30mm～50mm长度使用100mm～200mm长泡沫胶进行拼接，拼缝位置同时使用热熔线进行缝合，拼接后的蜂窝芯放置在反射器成型模具上，蜂窝芯边缘余量区使用胶带进行缠绕固定，制袋抽真空后在热压罐或者烘箱中进行预固化成型。

步骤3在步骤1成型的上、下蒙皮待胶接面上铺贴胶膜，然后在成型模具上组合上蒙皮、下蒙皮以及步骤2预成型的铝蜂窝芯，并在反射面校准埋件安装位置边缘10mm～30mm范围内蜂窝芯格使用泡沫胶进行填充加强。组合完成后制袋并进行真空压实，按照胶膜的固化参数要求在热压罐中进行固化。

步骤4按步骤3固化的反射面出罐后不拆袋，置于高低温循环箱中在－100℃～室温～100℃范围内进行高低温时效处理，以≤3℃/min反复进行升降温3～7个循环，过程中持续抽真空。然后在室温条件下持续抽真空5～15天，进行室温时效处理。

步骤5按照成型模上校准埋件定位孔位置在步骤4的反射面上制出校准预埋件安装孔，下蒙皮上仅制出校准埋件中心孔，然后使用室温固化胶粘剂粘接校准预埋件。

步骤6将步骤4的反射面通过校准埋件定位在成型模上，在反射器边缘余量区制袋并抽真空，确保反射面与模具工作面良好贴合，然后通过定位卡板固定反射器背筋，使用室温固化胶粘剂粘接背筋零件。

步骤7将步骤6的反射面通过校准埋件定位在成型模上，在边缘余量区制真空袋，通过真空压实的方法实现均匀加压，保证反射面与成型模表面的良好贴合，然后使用室温固化结构胶粘接反射面与背筋以及背筋与背筋。

作为优选方式，反射面下蒙皮成型模材质为殷钢，上蒙皮成型所用假件材质为复合材料，是以成型模为模体，制作的与内蒙皮与蜂窝芯厚度之和等厚的碳纤维蒙皮－芳纶纸蜂窝芯夹层结构复合材料。

本发明的有益效果在于：

1)成型模体材质选用选用热膨胀系数与碳纤维复合材料较为接近的殷钢，有效避免了因工装与零件热膨胀系数不一致造成的零件固化后变形。成型模体材质也可以根据反射面型面精度的实际要求选用球墨铸铁或者复合材料。工装结构选用成型胶接一体化工装，有效减少了多套工装造成的装配定位不协调问题，降低了生产制造成本。

2)反射面蒙皮采用窄带铺贴，能够保证纤维角度的准确性，避免蒙皮褶皱；采用二次胶接成型法，解决了薄壁蒙皮－蜂窝芯夹层结构共固化成型后零件表面平整度较差、蜂窝芯印格较深的问题，有效保证了反射器工作面表面质量及型面精度。

3)选用有孔铝蜂窝芯，使用泡沫胶进行分块拼接预成型后，避免了使用整张蜂窝芯组合时，蜂窝芯与蒙皮不贴合，造成固化后零件存在较大内应力的风险；拼接缝位置泡沫胶胶条间隔留出30mm～50mm间隙，保证了整张蜂窝芯的透气性；同时，拼接缝位置在使用泡沫胶拼接的同时使用热熔线进行缝合，并在蜂窝芯余量区使用压敏胶带进行缠绕固定后进行蜂窝芯预成型，避免了蜂窝芯在预成型过程中因真空作用引起蜂窝芯边缘收缩，造成拼接缝间隙过大的风险。

4)校准预埋件在反射面固化后通过常温固化胶粘剂进行粘接，避免了共固化安装校准埋件时，因热膨胀的问题造成埋件孔位偏差的风险，在保证埋件粘接强度满足要求的同时保证了埋件的孔位精度。

5)反射面固化完成后进行高低温循环时效和室温时效处理。通过高低温循环时效和室温时效处理，一定程度上消除了零件固化过程中的残余内应力，避免了反射器在热真空测试、真空环境冷热交替测试和空间环境中因环境温度变化引起型面发生较大变化的风险。

6)反射器装配时，反射面通过校准埋件定位在模体上，在反射器边缘余量区制袋，反射面通过真空作用压实在成型模体上，能够保证反射面在装配过程中均匀受压，并与模体工作面良好贴合，从而保证反射面装配后型面精度。

7)反射器与背筋、背筋与背筋之间使用结构胶粘剂粘接固化后，采用湿法铺贴玻璃布加强角片，可以增强反射器与其背筋的粘接强度，保证反射器的结构稳定性。

附图说明：

图1复合材料反射器结构

图2反射面结构

图中编号说明：1－反射面；2－背筋；3－校准预埋件；4－蜂窝芯；5－胶膜；6－下蒙皮；7－上蒙皮

具体实施方式：

实施实例1：某卫星主反射器

主材料：碳纤维单向带预浸料M40J、胶膜REDUX 312UL、有孔铝蜂窝芯BC1.8－3/8P－15、泡沫胶FM410－1、结构胶粘剂EC2216B/A、干玻璃布EW100、胶粘剂AO－3

1)上、下蒙皮成型

以反射面1成型模具为模体，使用碳纤维预浸料和NOMEX蜂窝芯制造一个用于上蒙皮7成型的复合材料假件，然后分别在成型模和假件上铺贴下蒙皮6(工作面)和上蒙皮7预浸料，铺贴时预浸料采用50mm的窄带进行铺贴，窄带之间采用对接拼接方式，铺贴层数为4层，角度按[0°/+45°/－45°/90°]对称。铺贴过程中要求每层必须进行真空压实，下蒙皮最后一层铺贴完成后在最外层铺贴撕下层，铺贴完成后制袋，按照预浸料的固化参数要求在热压罐中进行固化。

2)蜂窝芯预成型

蜂窝芯4为BC1.8－3/8P－15有孔铝蜂窝芯，蜂窝芯4按反射面曲率变化分为九块拼接，拼接缝位置间隔50mm长度使用100mm长泡沫胶进行拼接，拼缝位置同时使用热熔线进行缝合，拼接后的蜂窝芯放置在反射器成型模具上，在蜂窝芯翻边余量区使用压敏胶带进行缠绕固定，制袋抽真空后在烘箱中进行预固化成型。

3)组合

去除下蒙皮6待胶接面撕下层，上蒙皮7待胶接面进行轻微打磨清理，去除表面脱模剂，然后在上蒙皮7、下蒙皮6待胶接面铺贴胶膜5，按图纸要求在成型模具上组合上蒙皮7、下蒙皮6以及蜂窝芯4，反射面校准埋件3安装位置边缘25mm范围内蜂窝芯格使用FM410－1泡沫胶进行填充。组合完成后制袋并进行真空压实，按照胶膜的固化参数要求在热压罐中进行固化。

4)高低温循环时效和室温时效

反射面1固化完成后不拆袋，置于高低温循环箱中在－80℃～室温～100℃范围内进行高低温时效处理，以≤3℃/min反复进行升降温3个循环，过程中持续抽真空。然后在室温条件下持续抽真空10天，进行室温时效处理。

5)粘接校准预埋件

按照成型模上校准埋件3定位孔位置在反射器上制出校准埋件3安装孔，下蒙皮6上仅制出校准埋件3中心孔，然后使用室温固化胶粘剂EC2216B/A粘接校准埋件3。

6)粘接背筋

反射面1通过校准埋件3定位在成型模具上，在反射面1边缘余量区制袋并抽真空，然后通过定位卡板固定反射器背筋2，使用室温固化胶粘剂EC2216B/A粘接背筋2。待胶粘剂固化后在粘接缝位置铺贴AO－3胶粘剂浸润的EW100玻璃布加强角片，角片在粘接缝两侧搭接宽度各30mm。

使用上述方法成型的反射器最终产品型面精度RMS为0.05mm，符合设计要求。

Claims (5)

1.一种复合材料反射器的成型装配方法，其特征在于反射器的反射面下、上蒙皮均采用窄带铺贴，分别在成型模以及假件上成型，有孔铝蜂窝芯在胶接前使用泡沫胶拼接和热熔线缝合的方法先进行预成型，然后与上、下蒙皮进行二次胶接，固化后的反射面进行室温时效以及高低温循环时效处理，反射面校准埋件通过室温固化胶粘剂粘接，反射面与背筋的装配采用成型胶接一体化工装，使用室温固化胶粘剂粘接背筋零件，具体步骤如下：

步骤1在成型模和假件上分别铺贴下蒙皮和上蒙皮预浸料，铺贴时预浸料采用窄带进行铺贴，窄带之间采用对接拼接方式，铺贴过程中每层进行真空压实，铺贴完成后制袋，按照预浸料的固化参数要求在热压罐中进行固化；

步骤2反射器所用蜂窝芯材选用有孔铝蜂窝芯，并采用分块拼接方法，拼缝位置同时使用热熔线进行缝合，拼接后的蜂窝芯放置在反射器成型模具上，蜂窝芯边缘余量区使用胶带进行缠绕固定，制袋抽真空后在热压罐或者烘箱中进行预固化成型；

步骤3在步骤1成型的上、下蒙皮待胶接面上铺贴胶膜，然后在成型模具上组合上蒙皮、下蒙皮以及步骤2预成型的铝蜂窝芯，并在反射面校准埋件安装位置边缘10mm～30mm范围内蜂窝芯格使用泡沫胶进行填充加强，组合完成后制袋并进行真空压实，按照胶膜的固化参数要求在热压罐中进行固化；

步骤4按步骤3固化的反射面出罐后不拆袋，进行时效处理；

步骤5按照成型模上校准埋件定位孔位置在步骤4的反射面上制出校准预埋件安装孔，下蒙皮上仅制出校准埋件中心孔，然后使用室温固化胶粘剂粘接校准预埋件；

步骤6将步骤4的反射面通过校准埋件定位在成型模上，在反射器边缘余量区制袋并抽真空，确保反射面与模具工作面良好贴合，然后通过定位卡板固定反射器背筋，使用室温固化胶粘剂粘接背筋零件；

步骤7将步骤6的反射面通过校准埋件定位在成型模上，在边缘余量区制真空袋，通过真空压实的方法实现均匀加压，保证反射面与成型模表面的良好贴合，然后使用室温固化结构胶粘接反射面与背筋以及背筋与背筋。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料反射器的成型装配方法，其特征在于步骤1中所述的窄带，宽度为30mm～300mm。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料反射器的成型装配方法，其特征在于步骤2中所述的分块拼接方法是采用拼接缝位置间隔30mm～50mm，长度100mm～200mm长泡沫胶进行拼接。

4.根据权利要求1所述的一种复合材料反射器的成型装配方法，其特征在于步骤4所述的时效处理具体过程为：先置于高低温循环箱中在－100℃～室温～100℃范围内进行高低温时效处理，以≤3℃/min反复进行升降温3～7个循环，过程中持续抽真空，然后在室温条件下持续抽真空5～15天，进行室温时效处理。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料反射器的成型装配方法，其特征在于步骤1所述的反射面下蒙皮成型模材质为殷钢，上蒙皮成型所用假件材质为复合材料，是以成型模为模体，制作的与内蒙皮与蜂窝芯厚度之和等厚的碳纤维蒙皮－芳纶纸蜂窝芯夹层结构复合材料。

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