CN115056513B - 一种复合材料反射镜支架的成型模具、方法及反射镜支架 - Google Patents
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Abstract
本发明一种复合材料反射镜支架的成型模具、方法及反射镜支架，属于反射镜技术领域；成型模具包括左立板、右立板、斜面支撑板、底板和反射镜安装接口定位块；将复合材料预浸料铺贴于成型模具表面，与金属预埋件共固化成型再组合加工的方法实现反射镜安装的高精度加工，同时又解决了常规金属反射镜支架减重有限的问题，适用于未来发展的趋势。本发明采用的连续碳纤维增强预浸料树脂体积分数占比和参数设计，既实现了反射镜支架的轻量化，又保证了复合材料基体材料的稳定性、均匀性和力学性能，进而保证了反射镜支架的强度和刚度。
Description
技术领域
本发明属于反射镜技术领域，具体涉及一种复合材料反射镜支架的成型模具、方法及反射镜支架。
背景技术
目前机载光电产品反射镜支架通常采用镁合金、钛合金、铝合金等比强度、比刚度高的材料，但对于一些减重要求比较苛刻的机载产品需求，常规的金属材料已无法满足产品轻量化需求。而复合材料具有比强度、比强度高和可设计性强等优点，并在飞机机体结构、航天光电产品上已有成熟应用，已成为目前比较有前景的结构轻量化材料之一。随着机载光电产品轻量化、小型化、高容积率要求越来越高，对零件的轻量化要求也越来越高，急需开展基于新的轻质材料零件设计及加工成型方法的研究来解决目前问题。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种复合材料反射镜支架的成型模具、方法及反射镜支架，采用复合材料在工装表面铺贴的方法加工反射镜支架，并在工装上设置金属预埋件。解决了常规金属材料减重有限的问题，并提高了反射镜支架预成型精度。
本发明的技术方案是：一种复合材料反射镜支架的成型模具，包括左立板、右立板、斜面支撑板、底板和反射镜安装接口定位块；
所述斜面支撑板倾斜固定于底板上，两者之间的夹角成锐角；
所述左立板、右立板对称安装于斜面支撑板和底板的两侧，构成一体式成型模具；
所述反射镜安装接口定位块安装于斜面支撑板上端面的两侧，与反射镜安装接口对应。
本发明的进一步技术方案是：所述斜面支撑板为端面开有通孔的平板结构，其通孔与反射镜支架上安装的反射镜位置相对应。
本发明的进一步技术方案是：所述斜面支撑板与底板之间的夹角为45°。
一种复合材料反射镜支架的成型方法，具体步骤如下：
步骤1：通过所述成型模具定位、装夹金属预埋件；
步骤2：对复合材料预浸料进行剪裁，剪裁尺寸留有加工余量，并铺贴到所述成型模具的铺贴表面；
步骤3：对步骤2铺贴后的复合材料预浸料进行热压罐共固化成型，完成反射镜支架的预成型；
步骤4：加工所述金属预埋件的定位基准面和基准孔，并以该定位基准面和基准孔为加工基准，完成对反射镜支架外形轮廓的加工；
步骤5：对反射镜支架安装面和反射镜安装面的角度公差和平面度进行组合精加工。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤1中，所述金属预埋件留有加工余量。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤1中，所述金属预埋件包括反射镜安装面预埋件、支架安装面金属预埋件、高度定位金属预埋件、左右定位金属预埋件、前后定位金属预埋件；四个所述支架安装面金属预埋件对称安装于所述底板的底面上，所述左右定位金属预埋件和前后定位金属预埋件分别安装于底板的两个相邻侧面上，所述高度定位金属预埋件安装于所述左立板的外表面，四个所述反射镜安装面预埋件对称安装于所述斜面支撑板的通孔两侧。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤2中，复合材料预浸料的增强纤维为连续碳纤维增强预浸料，其树脂为环氧树脂或酚醛树脂；所述连续碳纤维增强预浸料树脂体积分数占比30％，碳纤维体积分数占比70％；碳纤维采用2/2斜纹织物预浸料，单位面积质量为200±10g/m2；树脂挥发份含量小于1％，凝胶时间120℃时为11～17min。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤3中，所述热压罐共固化成型的工艺参数为，压力为600KPa，温度为180℃。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤4中，加工所述左右定位金属预埋件、前后定位金属预埋件的定位基准面和高度定位金属预埋件的基准孔，以该定位基准面和基准孔为加工基准完成反射镜支架外形轮廓的加工。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤5中，所述反射镜支架结构薄弱部位通过工装进行反向支撑。
一种反射镜支架，包括复合材料支架基体和金属预埋件,所述金属预埋件嵌装于复合材料支架基体。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明机载光电产品复合材料反射镜支架及高精度加工成型方法，是通过复合材料支架基体与金属预埋件共固化成型再组合加工的方法实现反射镜安装的高精度加工，同时又解决了常规金属反射镜支架减重有限的问题，适用于未来发展的趋势。
为保证反射镜安装面及反射镜支架安装面的形位公差，解决复合材料零件精度不易保证问题，通过设计金属预埋件，并留有一定加工余量，使用成型工装对金属预埋件进行精确定位后，通过热压罐成型使金属预埋件和复合材料基体共固化成一体，该环节实现了工装精度向反射镜支架精度的传递，是实现反射镜支架预成型精度的关键；成型后，对金属预埋件再进行组合精加工，从而实现反射镜支架高精度设计和加工。
连续碳纤维增强预浸料树脂体积分数占比和参数设计，既实现了反射镜支架的轻量化，又保证了复合材料基体材料的稳定性、均匀性和力学性能，进而保证了反射镜支架的强度和刚度。
附图说明
图1为铺层设计及分块方案示意图；
图2为复合材料反射镜支架构型示意图；
图3为复合材料反射镜支架构型示意图；
图4为复合材料反射镜支架预成型工装方案示意图；
图5为复合材料反射镜支架预成型工装爆炸图；
附图标记说明：1-复合材料基体，2-反射镜安装面预埋件，3-支架安装面金属预埋件，4-高度定位金属预埋件，5-左右定位金属预埋件，6-前后定位金属预埋件，7-成型模具右立板，8-成型模具斜面支撑板，9-成型模具左立板，10-成型模具底板，11-反射镜安装接口定位块。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
本实施例一种复合材料反射镜支架的成型模具，包括左立板、右立板、斜面支撑板、底板和反射镜安装接口定位块；所述斜面支撑板倾斜固定于底板上，两者之间的夹角成锐角；所述左立板、右立板对称安装于斜面支撑板和底板的两侧，构成一体式成型模具；所述反射镜安装接口定位块安装于斜面支撑板上端面的两侧，与反射镜安装接口对应。
所述斜面支撑板为端面开有通孔的平板结构，其通孔与反射镜支架上安装的反射镜位置相对应。所述斜面支撑板与底板之间的夹角为45°。
本实施例中的一反射镜支架，包括复合材料支架基体和金属预埋件,所述金属预埋件嵌装于复合材料支架基体。如图2和图3所示，所属复合材料反射镜支架由四个反射镜支架安装面金属预埋件3、一个左右定位金属预埋件5，一个前后定位金属预埋件6，一个高度定位金属预埋件4，四个反射镜安装面预埋件2以及复合材料支架基体1组成。
如图2和图3所示，反射镜支架四个反射镜支架安装面金属预埋件3凸出反射镜支架基体底面1上，一个左右定位金属预埋件5和一个前后定位金属预埋件6凸出布置在复合材料基体1的两个面，一个高度定位金属预埋件4凸出布置在反射镜支架基体1的左侧面上，四个反射镜安装面预埋件2凸出布置在反射镜支架45°斜面上，凸出尺寸为1mm，加工余量为1mm；
所述金属预埋件材料采用铝合金；
所述复合材料预浸料增强纤维为T700纤维布，所述树脂为环氧树脂，铺层方案为：整体构型为4mm等厚构型，单层预浸料压厚0.125mm，总铺层数32，0°,90°，+45°，-45°各8层，对称分布；经测试，0°层板抗拉强度为750MPa，拉伸模量为55GPa，弯曲强度为650MPa，压缩强度为500MPa，层间剪切强度为50MPa。铺层设计如图1所示。反射镜支架设计重量为0.432kg。经分析反射镜支架一阶频率为272Hz，满足设计要求。
所述复合材料反射镜支架的加工成型包括以下步骤：
a、如图4和图5所示通过成型模具右立板7、成型模具斜面支撑板8、成型模具左立板9和成型模具底板10和反射镜安装接口定位块11来定位、装夹铝合金预埋件；
b、对复合材料预浸料进行剪裁，剪裁尺寸加工余量4mm，并铺贴到模具的铺贴表面；
c、通过热压罐共固化成型完成反射镜支架的预成型，压力为600KPa，温度为180℃；
d、加工左右、前后两个定位金属预埋件定位基准面和高度定位金属预埋件定位基准孔，以上述定位基准面和基准孔为加工基准完成反射镜支架外形轮廓的加工，成型精度为±0.2mm；
对反射镜支架结构薄弱部位通过工装进行反向支撑，对反射镜支架安装面和反射镜安装面的角度公差和平面度进行组合精加工，角度公差加工完成精度为±30″，反射镜支架安装面平面度加工完成精度为0.015mm，反射镜安装面平面度加工完成精度为0.015mm。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种复合材料反射镜支架的成型模具，其特征在于：包括左立板、右立板、斜面支撑板、底板、反射镜安装接口定位块、及金属预埋件；
所述斜面支撑板倾斜固定于底板上，两者之间的夹角成锐角；
所述左立板、右立板对称安装于斜面支撑板和底板的两侧，构成一体式成型模具；
所述反射镜安装接口定位块安装于斜面支撑板上端面的两侧，与反射镜安装接口对应；
所述金属预埋件包括反射镜安装面预埋件、支架安装面金属预埋件、高度定位金属预埋件、左右定位金属预埋件、前后定位金属预埋件；四个所述支架安装面金属预埋件对称安装于所述底板的底面上，所述左右定位金属预埋件和前后定位金属预埋件分别安装于底板的两个相邻侧面上，所述高度定位金属预埋件安装于所述左立板的外表面，四个所述反射镜安装面预埋件对称安装于所述斜面支撑板的通孔两侧。
2.根据权利要求1所述复合材料反射镜支架的成型模具，其特征在于：所述斜面支撑板为端面开有通孔的平板结构，其通孔与反射镜支架上安装的反射镜位置相对应。
3.根据权利要求1所述复合材料反射镜支架的成型模具，其特征在于：所述斜面支撑板与底板之间的夹角为45°。
4.一种采用权利要求2或3所述复合材料反射镜支架的成型模具进行复合材料反射镜支架的成型方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：通过所述成型模具定位、装夹金属预埋件；
步骤2：对复合材料预浸料进行剪裁，剪裁尺寸留有加工余量，并铺贴到所述成型模具的铺贴表面；
步骤3：对步骤2铺贴后的复合材料预浸料进行热压罐共固化成型，完成反射镜支架的预成型；
步骤4：加工所述金属预埋件的定位基准面和基准孔，并以该定位基准面和基准孔为加工基准，完成对反射镜支架外形轮廓的加工；
步骤5：对反射镜支架安装面和反射镜安装面的角度公差和平面度进行组合精加工。
5.根据权利要求4所述复合材料反射镜支架的成型方法，其特征在于：所述步骤1中，所述金属预埋件留有加工余量。
6.根据权利要求4所述复合材料反射镜支架的成型方法，其特征在于：所述步骤2中，复合材料预浸料的增强纤维为连续碳纤维增强预浸料，其树脂为环氧树脂或酚醛树脂；所述连续碳纤维增强预浸料树脂体积分数占比30%，碳纤维体积分数占比70%；碳纤维采用2/2斜纹织物预浸料，单位面积质量为200±10g/m2；树脂挥发份含量小于1%，凝胶时间120℃时为11～17min。
7.根据权利要求4所述复合材料反射镜支架的成型方法，其特征在于：所述步骤3中，所述热压罐共固化成型的工艺参数为，压力为600KPa，温度为180℃。
8.根据权利要求4所述复合材料反射镜支架的成型方法，其特征在于：所述步骤4中，加工所述左右定位金属预埋件、前后定位金属预埋件的定位基准面和高度定位金属预埋件的基准孔，以该定位基准面和基准孔为加工基准完成反射镜支架外形轮廓的加工。
9.一种采用权利要求1-3任一项所述复合材料反射镜支架的成型模具制备的反射镜支架，其特征在于：包括复合材料支架基体和金属预埋件,所述金属预埋件嵌装于复合材料支架基体。
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