CN116039116B - 一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具及方法，成型模具为组合模具，由底部模具和侧台阶模具组成，两部分模具通过螺接组装为整体，组合后的成型模具的内凹面几何形状与底板外表面形状一致。成型工艺包括如下步骤：模具清理；分体模具螺接组装；铺敷底板外蒙皮；预埋镶嵌件；铺敷格栅筋条和硬质泡沫中间层；铺敷底板内蒙皮；封装固化；脱模；制孔、打磨等后处理。本发明通过格栅筋条组合硬质泡沫的特殊夹层结构设计，利用金属镶嵌件合理的结构设计、在模具上的高精度定位以及前置胶接预埋处理等技术手段，有效解决了多接口、格栅筋条碳纤维底板不易整体铺层、不能共固化成型、金属预嵌件易脱落、易松动等问题。
Description
技术领域
本发明属于雷达典型承力部件加工制造领域，涉及一种内置格栅结构、多接口雷达全碳纤维曲面承力底板的成型模具及成型方法，主要应用在要求具有轻量化、高强度的雷达承力部件中。
背景技术
承力底板作为机载雷达的关键部件，向上承载支撑天线前端，向下连接伺服转台保证前端旋转运动，具有承载优异、结构可靠、耐候性突出等特点，是一个雷达典型承力部件。
承力底板作为一个中间转接部件，结构中包含有大量的对外接口面和安装面，同时为满足雷达整体气动要求，底板形状为复杂样条曲面结构，此外为兼顾重量与刚强度指标，底板设计有大量的纵横加筋减重槽，导致底板结构组成复杂、加工实现难度较大。目前承力底板通过金属材料切削加工制备，加工工序包括五轴粗铣-热处理-五轴精铣-电火花特种加工等，工序繁琐，加工周期长，同时由于承力底板加工材料为铝合金等金属材料，导致底板的结构重量大、耐腐蚀和抗冲击性能较差，不适合应用在具有高减重、苛刻环境要求下的机载雷达承力底板中。
某产品雷达承力底板为曲面格栅加筋结构，最大轮廓尺寸为530mm×360mm×112mm，设计要求重量控制在3kg以内，制件需满足40g过载冲击及40kg承载要求，现有金属承力底板已经不能满足产品轻量化及高强度需求。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有雷达承力底板结构重量大、加工工序繁琐等问题，采用轻质高强度碳纤维复合材料替代金属材料作为底板的成型材料，利用金属镶嵌件前置胶接预埋方法，通过格栅筋条组合硬质泡沫的特殊夹层结构的铺层设计以及整体固化工艺，本发明提出了一种具有内置格栅结构、多接口雷达全碳纤维曲面承力底板共固化成型新技术方法，满足了机载雷达电子机箱轻量化、高过载指标要求。
技术方案
一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，所述底板由外蒙皮、内蒙皮、格栅筋条和硬质泡沫组成的夹层以及金属镶嵌件组成；其特征在于所述的成型模具为组合凹模结构，由底部模具和侧台阶模具组成，两部分模具通过螺接组装为整体，组合后的成型模具的内凹面几何形状与底板的外表面形状一致；所述的底部模具为圆柱体带切边凹模结构，其直径比底板最大长度投影距离大120mm，厚度为30mm；所述的底部模具的对应位置处设置定位销孔，定位销孔的大小为Φ3H6，深度为5mm，用于镶嵌件预埋时的精确定位；所述的侧台阶模具为内曲面结构，高度比底板的最大高度大20mm。
本发明进一步的技术方案：所述的镶嵌件需内嵌在外蒙皮和内蒙皮中间，镶嵌件的结构为带有沟槽的圆柱切边形状，其高度为t，大径为d1，小径为d2，内径大小为Φ3H6，沟槽深度和高度均为t/7，切边深度为t/14。
本发明进一步的技术方案：所述镶嵌件的高度t，大径d1，小径d2满足下式要求：t＝h-t1-t2；d1≥3d；1.5d≤d2≤2d；其中：h为底板的厚度，单位：mm；t1为内蒙皮的厚度，单位：mm；t2为外蒙皮的厚度，单位：mm；d为底板接口处螺纹的公称直径，单位：mm。
本发明进一步的技术方案：所述底部模具和侧台阶模具材质均为Q345钢。
本发明进一步的技术方案：所述镶嵌件为铝材7075T6，经喷砂、阳极氧化处理。
一种格栅加筋全碳纤维雷达底板的成型方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：底部模具、侧台阶模具和镶嵌件定位销用酒精清洗后，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：底部模具、侧台阶模具通过螺接组装为成型模具后，将定位销放置在模具定位销孔处；
步骤3：组装后的成型模具上铺设外蒙皮，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]2；
步骤4：镶嵌件外表面缠裹胶膜和玻璃纤维后，通过定位销将镶嵌件放置到模具对应位置；
步骤5：成型模具上再铺设格栅筋条，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]5；
步骤6：格栅筋条中间空隙处放置硬质泡沫，铺层完毕后进行预压实处理；
步骤7：成型模具上最后铺设内蒙皮，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]；
步骤8：放置隔离膜，透气毡，制作真空袋，按照蒙皮材料成型固化参数进行热压罐固化成型；
步骤9：去除真空袋、透气毡、隔离膜辅助材料，对成型后的制件进行脱模处理；
步骤10：对脱模后的制件进行制孔、打磨后处理，最终制备底板。
本发明进一步的技术方案：所述的铺层中的织物预浸料为T300碳纤维环氧材料，层厚0.25mm。
本发明进一步的技术方案：所述的铺层中的单向带为T800碳纤维环氧材料，层厚0.12mm。
有益效果
本发明提供的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具及方法，通过碳纤维内外蒙皮加格栅筋条组合硬质泡沫的特殊夹层结构设计，实现了碳纤维底板中复杂格栅筋条的一次固化、快速成型，有效解决了格栅结构碳纤维构件不易整体铺层及共固化成型问题，通过金属镶嵌件合理的结构设计、在模具上的高精度定位以及前置胶接预埋处理等技术手段，解决了碳纤维制件中螺纹连接件易脱落、易松动等连接强度不足问题，实现了碳纤维底板中对外螺纹连接接口部件的高精度、高可靠性制备，最终得到了一种具有一种内置格栅结构、多接口雷达全碳纤维曲面承力底板共固化成型新技术方法，经某军品多套电子机箱实物验证表明：此方法制备的全碳纤维承力底板重量轻、机械强度高，质量稳定可靠。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1承力底板结构图：(a)底板正面三维图；(b)底板反面三维图；(c)底板去除内蒙皮后格栅筋条组合硬质泡沫平面图；(d)镶嵌件预埋断面图；
图2镶嵌件结构图：(e)镶嵌件三维图；(f)镶嵌件二维图；
图3成型模具结构图：(g)底部模具三维图；(h)侧台阶模具三维图；(i)组装后的成型模具三维图。
图4本发明涉及的成型示意图。
图中，1-底板；2-底板外蒙皮；3-底板内蒙皮；4-格栅筋条；5-硬质泡沫；6-底板正面镶嵌件；7-底板反面镶嵌件；8-成型模具；9-底部模具；10-侧台阶模具；11-底部模具定位销孔；12-镶嵌件定位销；t-镶嵌件高度；d1-镶嵌件大径直径；d2-镶嵌件小径直径；h-底板厚度；t1-底板内蒙皮厚度；t2-底板外蒙皮厚度；d-底板接口的螺纹公称直径。
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，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，所述底板1由外蒙皮2、内蒙皮3、格栅筋条4和硬质泡沫5组成的特殊夹层以及金属镶嵌件6～7等组成，其特征在于成型模具8为组合模具，由底部模具9和侧台阶模具10组成，两部分模具通过螺接组装为整体，组合后的成型模具8的内凹面几何形状与底板1的外表面形状一致。所述底部模具9为圆柱体带切边凹模结构，底部模具9的直径比底板1最大长度投影距离大120mm，厚度为30mm，底部模具9的对应位置处设置定位销孔11，定位销孔11的大小为Φ3H6，深度为5mm，用于镶嵌件6～7预埋时的精确定位。侧台阶模具10为内曲面结构，高度比底板1的最大高度大20mm。所述底部模具9和侧台阶模具10材质均为Q345钢。
本发明还提供了一种格栅加筋全碳纤维雷达底板的成型方法，采用步骤如下：
步骤1：底部模具9、侧台阶模具10和镶嵌件定位销12清理后，表面涂覆脱模剂；
步骤2：底部模具9、侧台阶模具10通过螺接组装为成型模具8后，在定位销孔11处放置定位销12；
步骤3：组装后的成型模具8上铺设外蒙皮2，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]2；
步骤4：镶嵌件6～7外表面缠裹胶膜和玻璃纤维后，通过定位销12将镶嵌件6～7放置到模具对应位置；
步骤5：成型模具8上再铺设格栅筋条4，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]5；
步骤6：格栅筋条4中间空隙处放置硬质泡沫5，铺层完毕后进行预压实处理；
步骤7：成型模具8上最后铺设内蒙皮3，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]；
步骤8：制作真空袋，按照蒙皮材料成型固化参数进行热压罐固化成型；
步骤9：去除真空袋、透气毡、隔离膜等辅助材料，对成型后的制件进行脱模处理；
步骤10：对脱模后的制件进行制孔、打磨等后处理，最终制备底板1。
所述镶嵌件6～7为铝材7075T6，经喷砂、阳极氧化处理，镶嵌件6～7为带沟槽圆柱切边结构，高度为t，大径为d1，小径为d2，内径大小为Φ3H6，沟槽深度和高度均为t/7，切边深度为t/14。
所述织物预浸料为T300碳纤维环氧材料，单层层厚0.25mm。
所述单向带为T800碳纤维环氧材料，单层层厚0.12mm。
实施例：
参见附图1所示，底板1为内部设计有复杂格栅筋条、侧面带有曲面结构的碳纤维层压部件，由外蒙皮2、内蒙皮3、格栅筋条4和硬质泡沫5组成的特殊夹层以及金属镶嵌件6～7等组成，底板1正面均布8个金属镶嵌件6，反面均布有8个金属镶嵌件7，金属镶嵌件6～7设置在外蒙皮2和内蒙皮3之间。底板1的轮廓尺寸为530mm×360mm×112mm，设计要求重量控制在3kg以内，制件需满足40g过载冲击及40kg承载要求。
参见附图2所示，镶嵌件6～7材质为铝材7075T6，需经喷砂、阳极氧化处理，镶嵌件6～7为带沟槽圆柱切边结构，高度为t，大径为d1，小径为d2，内径大小为Φ3H6，沟槽深度和高度均为t/7，切边深度为t/14。
参见附图3所示，成型模具8为组合模具，由底部模具9和侧台阶模具10组成，两部分模具通过螺接组装为整体，组合后的成型模具8的内凹面几何形状与底板1的外表面形状一致。底部模具9为圆柱体带切边凹模结构，其直径比底板1最大长度投影距离大120mm，厚度为30mm，底部模具9的对应位置处设置Φ3H6的定位销孔11。侧台阶模具10为内曲面结构，高度比底板1的最大高度大20mm。
本实施例中镶嵌件6～7的高度t，大径d1，小径d2由下式确定：
t＝h-t1-t2；d1≥3d；1.5d≤d2≤2d；
式中：h为底板1的厚度(单位：mm)；t1为内蒙皮3的厚度(单位：mm)；t2为外蒙皮2的厚度(单位：mm)；d为底板1接口处螺纹的公称直径(单位：mm)。
所述底部模具9和侧台阶模具10材质均为Q345钢。
本发明实现其目的所采用的制备工艺包括如下步骤：
(1)底部模具9、侧台阶模具10和镶嵌件定位销12用酒精清洗后，室温晾干后，表面涂覆脱模剂至少2遍，间隔时间至少10min；
(2)底部模具9、侧台阶模具10通过螺接组装为成型模具8后，将定位销12放置在模具定位销孔11处；
(3)组装后的成型模具8上铺设外蒙皮2，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]2；
(4)镶嵌件6～7外表面缠裹胶膜和玻璃纤维后，通过定位销12将镶嵌件6～7放置到模具对应位置；
(5)成型模具8上再铺设格栅筋条4，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]5；
(6)格栅筋条4中间空隙处放置硬质泡沫5，铺层完毕后进行预压实处理；
(7)成型模具8上最后铺设内蒙皮3，铺层顺序为：[(±45°)(织物)
/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]；
(8)制作真空袋，按照蒙皮材料成型固化参数进行热压罐固化成型；
(9)去除真空袋、透气毡、隔离膜等辅助材料，对成型后的制件进行脱模处理；
(10)对脱模后的制件进行制孔、打磨等后处理，最终制备底板1。
所述镶嵌件6～7为铝材7075T6，经喷砂、阳极氧化处理。
所述织物预浸料为T300碳纤维环氧材料，单层层厚0.25mm。
所述单向带为T800碳纤维环氧材料，单层层厚0.12mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，所述底板(1)由外蒙皮(2)、内蒙皮(3)、格栅筋条(4)和硬质泡沫(5)组成的夹层以及金属镶嵌件组成；其特征在于所述的成型模具(8)为组合凹模结构，由底部模具(9)和侧台阶模具(10)组成，两部分模具通过螺接组装为整体，组合后的成型模具(8)的内凹面几何形状与底板(1)的外表面形状一致；所述的底部模具(9)为圆柱体带切边凹模结构，其直径比底板(1)最大长度投影距离大120mm，厚度为30mm；所述的底部模具(9)的设有定位销孔(11)，所述定位销孔(11)的大小为Φ3H6，深度为5mm，用于镶嵌件预埋时的精确定位；所述的侧台阶模具(10)为内曲面结构，高度比底板(1)的最大高度大20mm。
2.根据权利要求1所述的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，其特征在于所述的镶嵌件需内嵌在外蒙皮(2)和内蒙皮(3)中间，镶嵌件的结构为带有沟槽的圆柱切边形状，其高度为t，大径为d1，小径为d2，内径大小为Φ3H6，沟槽深度和高度均为t/7，切边深度为t/14。
3.根据权利要求1所述的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，其特征在于所述镶嵌件的高度t，大径d1，小径d2满足下式要求：t＝h-t1-t2；d1≥3d；1.5d≤d2≤2d；
其中：h为底板(1)的厚度，单位：mm；t1为内蒙皮(3)的厚度，单位：mm；t2为外蒙皮(2)的厚度，单位：mm；d为底板(1)接口处螺纹的公称直径，单位：mm。
4.根据权利要求1所述的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，其特征在于所述底部模具和侧台阶模具材质均为Q345钢。
5.根据权利要求1所述的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板成型模具，其特征在于所述镶嵌件为铝材7075T6，经喷砂、阳极氧化处理。
6.一种根据权利要求1所述的模具实现的格栅加筋全碳纤维雷达底板的成型方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：底部模具(9)、侧台阶模具(10)和镶嵌件定位销(12)用酒精清洗后，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：底部模具(9)、侧台阶模具(10)通过螺接组装为成型模具(8)后，将定位销(12)放置在模具定位销孔(11)处；
步骤3：组装后的成型模具(8)上铺设外蒙皮(2)，铺层顺序为：[(±45°)(织物)/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]2；
步骤4：镶嵌件外表面缠裹胶膜和玻璃纤维后，通过定位销(12)将镶嵌件放置到模具对应位置；
步骤5：成型模具(8)上再铺设格栅筋条(4)，铺层顺序为：[(±45°)(织物)/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]5；
步骤6：格栅筋条(4)中间空隙处放置硬质泡沫(5)，铺层完毕后进行预压实处理；
步骤7：成型模具(8)上最后铺设内蒙皮(3)，铺层顺序为：[(±45°)(织物)/90°/0°2/90°/0°/0°/90°/0°2/90°/(±45°)(织物)]；
步骤8：放置隔离膜，透气毡，制作真空袋，按照蒙皮材料成型固化参数进行热压罐固化成型；
步骤9：去除真空袋、透气毡、隔离膜辅助材料，对成型后的制件进行脱模处理；
步骤10：对脱模后的制件进行制孔、打磨后处理，最终制备底板(1)。
7.根据权利要求6所述的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板的成型方法，其特征在于所述的铺层中的织物预浸料为T300碳纤维环氧材料，层厚0.25mm。
8.根据权利要求6所述的一种格栅加筋全碳纤维雷达底板的成型方法，其特征在于所述的铺层中的单向带为T800碳纤维环氧材料，层厚0.12mm。
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