CN115008789A - 一种新型天线支架的成型工艺方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型天线支架的成型工艺方法及其产品，涉及新材料制备领域，该工艺方法包括芯模模具制作、柔性芯模制作、柔性芯模分段、分段铺层、气袋安装、合模和成型等步骤，采用柔性芯模解决了传统钢制芯模和外模成型后，芯模无法从成型产品中脱模的技术问题，同时，在铺层过程中采用分段铺层、分段抽芯模的新型方式做预成型件，将预成型件放入钢制外模中，通过脉冲内气压法，并加热后成型。与传统方式相比，该方法能够可靠生产非单一通道的中空矩形管、提升悬臂梁结构中端角的强度和刚度，在保证强度的情况下，铺层实现不同截面尺寸的过渡，使生产出来的新型天线支架强度高、重量轻，且外部尺寸准确、美观，能够显著减少后续工序的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及新材料制备领域，具体涉及一种新型天线支架的成型工艺方法。
背景技术
新型天线支架采用碳纤维为主要构成部分，如图1所示，整体结构为碳纤维中空矩形管结构，四处端角处和中间三角形顶端位置，为支架和大型天线面板固定连接的部位，需打孔攻丝，故产品中该位置放置金属件，四个端角为悬臂形式，对每个端角的受力赫尔变形量有严格的技术要求。
由于上述结构为多头连通、中空且为悬臂梁结构，现有加工技术无法有效加工。针对该类内腔有要求，且多处连通结构的产品，技术人员无法采用传统刚性芯模进行生产，由于铺层厚度不均、尤其对于不等截面产品，在对模模压过程中易夹模，容易导致模具压不到位，造成产品不良甚至报废，实际过程中，必须将产品分成上下两部分，进行分别成型，以形成两个壳体。
上述分开成型工艺中，单个壳体的成型过程中不存在技术难度，但整体成型过程中，需要将两部分壳体拼接后在外侧缠绕一到两层纤维布，再固化成型一次，以达到产品一体化的要求，但是无法达到低重量、高强度的产品使用要求，在使用中存在风险，如果为加强产品强度，则要用多层纤维布对外部进行缠绕包裹，必然影响产品外部尺寸和外观，且重量增加较多。此外，传统工艺还采用真空袋压的成型方式，需要将产品进行真空袋包覆后热压罐成型，成型时间长，能耗比较高，工艺较多，生产效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种新型天线支架的成型工艺方法及其产品，该新型天线支架的成型工艺方法采用柔性芯模解决了传统钢制芯模和外模成型后，芯模无法从成型产品中脱模的技术问题，同时，在铺层过程中采用分段铺层、分段抽芯模的新型方式做预成型件，将预成型件放入钢制外模中，通过脉冲内气压法，并加热后成型。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型天线支架的成型工艺方法，包括如下步骤：
1)芯模模具制作：制作与天线支架内腔形状一致的凹模模具、形成芯模模具，所述凹模模具的型腔尺寸为天线支架内腔尺寸的96％至98％；
2)柔性芯模制作：将柔性材料填实凹模模具，确保柔性材料的上平面与模具齐平，定型后从凹模模具脱出，形成柔性芯模；
3)柔性芯模分段：将柔性芯模分成多个工段、以方便铺层操作和后期退模；
4)分段铺层：根据各段芯模的形状拆分材料、并设计铺层材料的展开图，对裁剪好的碳纤维料片依次编号，按照铺层顺序依次将碳纤维料片包覆在各段柔性芯模上定型，在铺层过程中采用分段铺层、分段抽芯模的方式制成预成型件；
5)气袋安装：将气袋端头密封后塞入预成型件的腔体中，确保气袋到位；
6)合模：将安装有气袋的预成型件放在产品模具的底板上，沿着预成型件边缘依次安装多段围框，多段围框安装完成后在其顶部安装多段盖板，气袋的充气端口与进气嘴连接后、由气嘴压紧件密封固定；
7)成型：将预成型件与产品模具合模后，放置于热压力成型机台上，并将进气嘴用气管连接到脉冲气压机上，以设定好的脉冲频率和气压值重复不断的对气袋打气，确保产品在气袋压力的规律变化下与产品模具的成型面紧密贴合；
8)拆模：产品模具冷却到脱模温度后，将产品从模具上脱模，并清理产品毛边。
优选的，所述分段铺层过程中，各段铺层根据铺层设计，依次铺贴不同纤维角度的材料，碳纤维铺层的铺设采用多角度交叉铺设方案，碳纤维铺层的角度包括0°、15°、45°、60°和90°中的一种或多种，碳纤维铺层相邻层之间角度相差15°、30°或45°。
优选的，所述分段铺层过程中，碳纤维料片的衔接处采用拼接方案、不可搭接。
优选的，所述成型过程中，热压力成型机台向模具和产品提供0.4MPA至1.0MPA的高压环境、以及80℃至135℃的高温环境。
优选的，所述成型过程中，热压力成型机台从室温开始以1至2℃/min的升温速率升温至80℃，同时以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至0.4MPA，在80℃且0.4MPA的条件下保持65分钟后，再以0.5至1℃/min的升温速率升温至135℃，同时再以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.0MPA,在135℃且1.0MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至模具60℃以下脱模。
优选的，所述成型过程中，脉冲气压机的脉冲频率为50至80次/分钟，脉冲气压机的气压值为0.2MPA至0.5MPA。
优选的，所述产品模具包括底板、多段围框、多段盖板和气嘴压紧件，其中：所述底板作为产品下成型面，底板上设置有多个销孔和螺纹孔，底板上依据产品和多段围框形状设置有多个定位用的编号；
所述多段围框为产品的侧成型面，多段围框由多个围框段拼接而成，围框段通过螺丝或销轴安装在底板对应的编号上；所述多段盖板为产品的顶成型面，多段盖板由多个盖板段拼接而成，盖板段通过螺丝或销轴安装在多段围框对应的编号上；所述气嘴压紧件设置在多段围框的末端、且位于底板和多段盖板之间。
优选的，所述气嘴压紧件由上下两个半壳拼接而成，气嘴压紧件内部设置有通气孔和通气腔。
优选的，所述柔性芯模分段过程中，将柔性芯模分成八个单元、分别是两个上接管、一个上接头、两个中侧管、两个下接头和一个下接管，其中：所述上接头的左右两端分别连接有上接管，上接头的底部两侧分别连接中侧管的顶部；所述下接管的左右两端分别连接下接头的水平端，下接头的顶端连接中侧管的底部。
一种新型天线支架，采用上述新型天线支架的成型工艺方法制成。
本发明的新型天线支架的成型工艺方法及其产品具有以下有益效果：
该工艺方法包括芯模模具制作、柔性芯模制作、柔性芯模分段、分段铺层、气袋安装、合模和成型等步骤，采用柔性芯模解决了传统钢制芯模和外模成型后，芯模无法从成型产品中脱模的技术问题，同时，在铺层过程中采用分段铺层、分段抽芯模的新型方式做预成型件，将预成型件放入钢制外模中，通过脉冲内气压法，并加热后成型。与传统方式相比，该方法能够可靠生产非单一通道的中空矩形管、提升悬臂梁结构中端角的强度和刚度，在保证强度的情况下，铺层实现不同截面尺寸的过渡。此外，该成型工艺方法不需要进行纤维布的外部缠绕包裹，不需要增加额外的重量，且在工艺中的脉冲打压方式可以使产品得到更高的强度，更轻的产品重量，且外部尺寸准确、外观美观，减少后续工序的工作量。
附图说明
图1为新型碳纤维天线架结构示意图；
图2为本发明中芯模模具结构示意图；
图3为本发明中柔性芯模结构示意图；
图4为本发明中柔性芯模分段示意图；
图5为本发明中产品模具整体示意图；
图6为本发明中多段围框安装示意图；
图7为本发明中气嘴压紧件安装示意图；
图8为本发明中成型设备示意图。
图中，1-底板、2-多段围框、3-多段盖板、4-气嘴压紧件、5-编号、6-螺丝。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图2至图8所示，该新型天线支架的成型工艺方法，包括如下步骤：
1)芯模模具制作：制作与天线支架内腔形状一致的凹模模具、形成芯模模具，凹模模具的型腔尺寸为天线支架内腔尺寸的96％至98％。
具体的，柔性芯模根据产品的内腔尺寸，按照2％～4％的比例放小制作，此比例为考虑铺层过程中，纤维布和芯模的间隙，且在后续内部加压情况下，向外膨胀的尺寸量制定，制作芯模时，首先需要制作按比例缩放后的做芯模的凹模模具，其结构如图2所示。
2)柔性芯模制作：将柔性材料填实凹模模具，确保柔性材料的上平面与模具齐平，定型后从凹模模具脱出，形成柔性芯模，如图3所示。
3)柔性芯模分段：将柔性芯模分成多个工段、以方便铺层操作和后期退模。
具体的，图4中，柔性芯模被分为了八个单元、分别是两个上接管、一个上接头、两个中侧管、两个下接头和一个下接管，其中：上接头的左右两端分别连接有上接管，上接头的底部两侧分别连接中侧管的顶部；下接管的左右两端分别连接下接头的水平端，下接头的顶端连接中侧管的底部。
需要说明的是，上述结构能够方便铺层操作，也方便柔性芯模的取出，柔性芯模在取出后，重新放到芯模成型模型中重新定型，以备下个产品使用。
4)分段铺层：根据各段芯模的形状拆分材料、并设计铺层材料的展开图，对裁剪好的碳纤维料片依次编号，按照铺层顺序依次将碳纤维料片包覆在各段柔性芯模上定型，在铺层过程中采用分段铺层、分段抽芯模的方式制成预成型件。
具体的，各段铺层根据铺层设计，依次铺贴不同纤维角度的材料，以达到最佳的强度。本实施例中，包括多个步骤，例如：步骤1采用3K材质、以0度，利用碳纤维料片包上接管；步骤2采用C材质、以45度，利用碳纤维料片包上接头等等，根据各段芯模的形状拆分材料，电脑设计铺层材料的展开图，电脑自动裁剪，对裁剪好的碳纤维料片依次编号，按照铺层顺序依次将碳纤维料片包覆与柔性芯模上定型，铺层时主要料片衔接处为拼接，不可搭接，避免造成产品厚度不均。
需要说明的是，分段铺层过程中，各段铺层根据铺层设计，依次铺贴不同纤维角度的材料，碳纤维铺层的铺设采用多角度交叉铺设方案，碳纤维铺层的角度包括0°、15°、45°、60°和90°中的一种或多种，碳纤维铺层相邻层之间角度相差15°、30°或45°。此外，电脑分析并制作各段材料的展开图，电脑自动裁剪，可以精准控制产品的重量和产品铺贴的厚度，有效的控制材料浪费和控制产品的重量，依次编码，在铺层操作时，铺贴完的材料在操作表中勾选，可以有效控制铺层顺序，避免多铺或者漏铺。
5)气袋安装：将气袋端头密封后塞入预成型件的腔体中，确保气袋到位。
具体的，预成型件铺贴完成后，将气袋端头密封后塞入预成型件腔体中，确保气袋到位，避免气袋在塞入预成型件过程中破损漏气，待分割后的腔体中气袋初步安装到位后，将安装了气袋的预成型件放入模具中合模。
6)合模：将安装有气袋的预成型件放在产品模具的底板1上，沿着预成型件边缘依次安装多段围框2，多段围框2安装完成后在其顶部安装多段盖板3，气袋的充气端口与进气嘴连接后、由气嘴压紧件4密封固定。
具体的，产品模具包括底板1、多段围框2、多段盖板3和气嘴压紧件4，其中：底板1作为产品下成型面，底板1上设置有多个销孔和螺纹孔，底板1上依据产品和多段围框2形状设置有多个定位用的编号5；多段围框2为产品的侧成型面，多段围框2由多个围框段拼接而成，围框段通过螺丝6或销轴安装在底板1对应的编号5上；多段盖板3为产品的顶成型面，多段盖板3由多个盖板段拼接而成，盖板段通过螺丝6或销轴安装在多段围框2对应的编号5上；气嘴压紧件4设置在多段围框2的末端、且位于底板1和多段盖板3之间。其中，气嘴压紧件4由上下两个半壳拼接而成，气嘴压紧件4内部设置有通气孔和通气腔。
需要说明的是，多段设计能够方便预成型件放入和取出，同时，方便查看安装部分是否与模具合模到位，不产生不良合模现象。
7)成型：将预成型件与产品模具合模后，放置于热压力成型机台上，并将进气嘴用气管连接到脉冲气压机上，以设定好的脉冲频率和气压值重复不断的对气袋打气，确保产品在气袋压力的规律变化下与产品模具的成型面紧密贴合。
具体的，热压力成型机台向模具和产品提供0.4MPA至1.0MPA的高压环境、以及80℃至135℃的高温环境。具体的，热压力成型机台从室温开始以1至2℃/min的升温速率升温至80℃，同时以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至0.4MPA，在80℃且0.4MPA的条件下保持65分钟后，再以0.5至1℃/min的升温速率升温至135℃，同时再以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.0MPA,在135℃且1.0MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至模具60℃以下脱模。
此外，成型过程中，脉冲气压机的脉冲频率为50至80次/分钟，脉冲气压机的气压值为0.2MPA至0.5MPA。
8)拆模：产品模具冷却到脱模温度后，将产品从模具上脱模，并清理产品毛边。
本实施例中，使用热成型压力机对模具进行处理，其优点在于：压力机对整个密封面全面作用力，密封效果有保证；压力机加热速度更快，可以尽力接近工艺中的升温速度要求；可以满足腔体内更高加压值的工艺要求；因为工艺设计需要进行多次分段的加热加压作用，可以有效降低成型工艺的制造成本。还需要说明的是，产品成型后在边缘处会有一定的毛边，且对毛坯件需进行二次加工，二次加工主要加工边缘和棱角，因为二次加工会破坏局部纤维的连续性，且加工会产生一定的热量，破坏树脂性能，不好的加工还好拉扯纤维，将纤维整条拔起，为尽量介绍二次加工对产品的破坏，我们做以下优化措施：加工时选用定制碳纤维加工铣刀，最大程度降低拉丝，破坏不加工部位结构的风险；加工采用快转数，低切削量的加工参数，避免产生热量破坏树脂强度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)芯模模具制作：制作与天线支架内腔形状一致的凹模模具、形成芯模模具，所述凹模模具的型腔尺寸为天线支架内腔尺寸的96％至98％；
2)柔性芯模制作：将柔性材料填实凹模模具，确保柔性材料的上平面与模具齐平，定型后从凹模模具脱出，形成柔性芯模；
3)柔性芯模分段：将柔性芯模分成多个工段、以方便铺层操作和后期退模；
4)分段铺层：根据各段芯模的形状拆分材料、并设计铺层材料的展开图，对裁剪好的碳纤维料片依次编号，按照铺层顺序依次将碳纤维料片包覆在各段柔性芯模上定型，在铺层过程中采用分段铺层、分段抽芯模的方式制成预成型件；
5)气袋安装：将气袋端头密封后塞入预成型件的腔体中，确保气袋到位；
6)合模：将安装有气袋的预成型件放在产品模具的底板(1)上，沿着预成型件边缘依次安装多段围框(2)，多段围框(2)安装完成后在其顶部安装多段盖板(3)，气袋的充气端口与进气嘴连接后、由气嘴压紧件(4)密封固定；
7)成型：将预成型件与产品模具合模后，放置于热压力成型机台上，并将进气嘴用气管连接到脉冲气压机上，以设定好的脉冲频率和气压值重复不断的对气袋打气，确保产品在气袋压力的规律变化下与产品模具的成型面紧密贴合；
8)拆模：产品模具冷却到脱模温度后，将产品从模具上脱模，并清理产品毛边。
2.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述分段铺层过程中，各段铺层根据铺层设计，依次铺贴不同纤维角度的材料，碳纤维铺层的铺设采用多角度交叉铺设方案，碳纤维铺层的角度包括0°、15°、45°、60°和90°中的一种或多种，碳纤维铺层相邻层之间角度相差15°、30°或45°。
3.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述分段铺层过程中，碳纤维料片的衔接处采用拼接方案、不可搭接。
4.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述成型过程中，热压力成型机台向模具和产品提供0.4MPA至1.0MPA的高压环境、以及80℃至135℃的高温环境。
5.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述成型过程中，热压力成型机台从室温开始以1至2℃/min的升温速率升温至80℃，同时以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至0.4MPA，在80℃且0.4MPA的条件下保持65分钟后，再以0.5至1℃/min的升温速率升温至135℃，同时再以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.0MPA,在135℃且1.0MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至模具60℃以下脱模。
6.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述成型过程中，脉冲气压机的脉冲频率为50至80次/分钟，脉冲气压机的气压值为0.2MPA至0.5MPA。
7.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述产品模具包括底板(1)、多段围框(2)、多段盖板(3)和气嘴压紧件(4)，其中：
所述底板(1)作为产品下成型面，底板(1)上设置有多个销孔和螺纹孔，底板(1)上依据产品和多段围框(2)形状设置有多个定位用的编号(5)；
所述多段围框(2)为产品的侧成型面，多段围框(2)由多个围框段拼接而成，围框段通过螺丝(6)或销轴安装在底板(1)对应的编号(5)上；
所述多段盖板(3)为产品的顶成型面，多段盖板(3)由多个盖板段拼接而成，盖板段通过螺丝(6)或销轴安装在多段围框(2)对应的编号(5)上；
所述气嘴压紧件(4)设置在多段围框(2)的末端、且位于底板(1)和多段盖板(3)之间。
8.如权利要求7所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述气嘴压紧件(4)由上下两个半壳拼接而成，气嘴压紧件(4)内部设置有通气孔和通气腔。
9.如权利要求1所述的新型天线支架的成型工艺方法，其特征在于，所述柔性芯模分段过程中，将柔性芯模分成八个单元、分别是两个上接管、一个上接头、两个中侧管、两个下接头和一个下接管，其中：
所述上接头的左右两端分别连接有上接管，上接头的底部两侧分别连接中侧管的顶部；
所述下接管的左右两端分别连接下接头的水平端，下接头的顶端连接中侧管的底部。
10.一种新型天线支架，其特征在于，采用如权利要求1至9任意一项所述的新型天线支架的成型工艺方法制成。
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