一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，包括：首先设计三维正交拼接框架模具；其次完成工作面板、背板、封边条的分块开缝等设计并展开下料图；再次按照“分块边界

【技术实现步骤摘要】
一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺


[0001]本专利技术属于反射面天线制造领域，具体涉及一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，特别适用于超大尺寸高精度复杂曲面(包括非解析曲面)的成形要求，尤其适用于高精度反射面天线的小批量定制。

技术介绍

[0002]高精度反射面板是微波通信、雷达、隐身领域的核心部件，常应用于大口径通信天线、射电望远镜和紧缩测试场等领域。针对超大尺寸、超宽频带、复杂极端工况环境等测试需求，需提高反射面口径利用率进而降低技术风险和生产成本，因此高精度面板工程难度日益增加，进而对高精度复杂面板设计和制造提出更高的要求和挑战。
[0003]目前常用面板制造和成形主要有：蒙皮与骨架胶铆成形、实体模具拉压成形、精密机械加工、非金属复合基材机加后表面金属化处理、夹层板柔性模负压成形等工艺。根据申请人在大量的研究与实践了解，现有技术中主要存在以下不足：1)传统蒙皮与骨架铆接成形工艺简单成本低，但是不满足高精度(型面精度优于10
‑2mm)应用场景；2)实体模具拉压成形精度能达到亚毫米级，针对小批量定制化需求模具成本极高；3)机械加工精度高，但是加工周期长、加工成本高；4)复合材料机加后表面金属化处理，要求专用工艺设备，生产周期长、工序复杂且造价高；5)夹层板柔性模负压成形工艺成熟，但是不能满足局部凹凸过渡变化的复杂型面(含非解析曲面)成形的精度要求，同时多层粘胶夹层结构成型脱模后存在内部应力和回弹现象，特别是在高温工况下胶层软化导致面板产生不可恢复的变形，夹层板结构高温环境适应性较差。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，实现复杂型面面板所要求的大尺寸、曲面复杂非解析、高精度、环境适应性好等技术目标。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，适用于包括非解析曲面的大尺寸复杂曲面、10
‑2mm级精度要求的面板成形，所述高精度拼装框架模具蒙皮负压复合面板包括框架模具、工作面板、背板、封边条，在高精度真空负压基准平台上通过室温固化黏胶剂粘接成形，包括如下步骤：
[0007]步骤一：进行三维正交框架模具设计；
[0008]步骤二：进行面板分块及各板料下料设计；
[0009]步骤三：进行下料切割：首先按照“外边框
‑
定位孔
‑
安装孔
‑
应力缝隙”的顺序采用激光切割机进行切割，切割形状和位置精度误差均要求≤0.1mm；
[0010]步骤四：进行框架模具拼装及精度调整；
[0011]步骤五：进行面板负压压膜及自然固化；
[0012]步骤六：进行封边及面板表面处理。
[0013]进一步地，所述步骤一包括：
[0014]1.1)在靠近背板方向作与待成形面板工作曲面的几何中心点处的法向垂直，且与待成形面板的几何中心点的距离为选定框架模型厚度的平面为成形基准面；
[0015]1.2)根据工作面板厚度计算待成形面板工作曲面的等距面，得到框架模具面；
[0016]1.3)取框架模具面的边界，沿基准面法向拉伸至成形基准面获得边界拉伸面；取边界拉伸面与成形基准面的交集得基准截面；接合框架模具面、边界拉伸面以及基准截面获得封闭的面板三维包络边界；
[0017]1.4)根据选定好的框模间距、框模筋条厚度，在成形基准平面上分别绘制横向和纵向框架筋条中心线位置草图，确保中心线位置草图投影覆盖区域大于面板三维包络面在基准面的投影范围大小，其中框模筋条厚度在3mm以上；
[0018]1.5)中心线位置草图沿成形基准面法向拉伸形成肋阵列，以三维包络边界作为分割边界，分割肋阵列留取内部部分得到框架模具整体数模；
[0019]1.6)完成纵横筋条拼接处止口、角件安装孔位、调整结构安装接口、工作面板定位孔柱销等设计；
[0020]1.7)取各个筋条中间截面投影生成筋条下料图。
[0021]进一步地，所述步骤二包括：
[0022]2.1)在工作面板分块及下料设计正中，首先按照保证中心区精度原则根据材料及加工能力大小进行工作面板分块确定分块位置，分块缝隙总宽度按照缝厚比0.3确定，分块缝隙全部开通；其次通过有限元模拟确定应力缝隙位置及长度，应力缝隙宽度按照缝厚比0.2确定，分块后的单块面板整体不断开，应力缝隙上每400mm长度内至少保留不＜2mm的连接区；接着按照工作状态变形最小优化确定工作面板标志点位置，预留φ0.1mm圆形孔；之后根据筋条上工作面板定位孔位柱销位置确定工作面板上定位方形孔，其孔径比筋条上的定位孔位柱销单边大0.1mm～0.2mm；再次通过曲面展开生成工作面板展开面；然后在展开面上确定以预留φ0.1mm圆形孔展开图形的中心为圆心开出φ1.0mm的标志孔位置；最后通过曲面展开生成工作面板下料图；
[0023]2.2)在背板分块及下料设计中，首先基准截面边缘内缩10mm后，在保证刚度条件下根据材料大小进行背板分块，其中要求背板分割线与面板分割线避免重合，正交交错，开缝方法与步骤2.1)相同；其次按照工作状态变形最小优化确定工作面板标志点在背板上的投影位置预留调整机构安装接口位置；最后通过曲面展开生成背板下料图；
[0024]2.3)封边条下料设计：首先截取拉伸边界面朝工作面板方向偏离成形基准面2mm以上部分为封边条曲面；其次通过曲面展开封边条曲面生成封边条展开图；最后根据材料长度及边缘结构分割封边条展开图形成封边条下料图。
[0025]进一步地，所述步骤四包括：首先在0级及以上成形平台上，将各筋条按照设计的位置通过螺栓和角件进行粗拼装；其次采用激光跟踪仪或关节臂对粗拼装后的框架筋条上端面进行测量并与理论框架面进行对比，根据误差分布通过调整角件螺栓、局部毛刺去除抛光、筋条底部垫薄垫片对框架模精度进行反复调整，直至框架型面RMS精度小于0.040mm；精度调整到位后逐个检查锁紧角件连接螺栓，要求每个螺栓均打好螺纹胶用以防松。
[0026]进一步地，所述步骤五包括：首先将工作面板、背板粘胶面打毛后，采用95％以上
工业酒精清洁并热风干燥；其次将工作面板、背板与框架模具筋条表面接触部分满涂黏胶剂；接着在大理石成形平台上逐层铺设并定位背板、框架模具、工作面板、垫板；接着根据型面贴膜应力分析选择合适的负压压力采用真空罩进行负压成形，负压贴膜时间2～4小时；最后是面板的常温自然固化，固化时间满足大于黏胶剂70％固化程度时间。
[0027]进一步地，所述步骤六包括：首先采用金属修补剂将封边条与工作面板、背板进行粘胶密封；其次采用金属导电修补剂填充应力缝隙处后采用800目以上砂纸抛光片或羊毛轮进行抛光；之后对反射面整体进行喷涂，使得底漆和面漆的喷涂均匀且厚度均小于0.02mm，其中工作面采用透波率>97％以上的透波漆；最后对喷涂好反射面进行精度复测，最终型面RM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，适用于包括非解析曲面的大尺寸复杂曲面、10
‑2mm级精度要求的面板成形，所述高精度拼装框架模具蒙皮负压复合面板包括框架模具、工作面板、背板、封边条，在高精度真空负压基准平台上通过室温固化黏胶剂粘接成形，其特征在于，所述高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺包括如下步骤：步骤一：进行三维正交框架模具设计；步骤二：进行面板分块及各板料下料设计；步骤三：进行下料切割：首先按照外边框
‑
定位孔
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安装孔
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应力缝隙的顺序采用激光切割机进行切割，切割形状和位置精度误差均要求≤0.1mm；步骤四：进行框架模具拼装及精度调整；步骤五：进行面板负压压膜及自然固化；步骤六：进行封边及面板表面处理。2.根据权利要求1所述的一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，其特征在于，所述步骤一包括：1.1)在靠近背板方向作与待成形面板工作曲面的几何中心点处的法向垂直，且与待成形面板的几何中心点的距离为选定框架模型厚度的平面为成形基准面；1.2)根据工作面板厚度计算待成形面板工作曲面的等距面，得到框架模具面；1.3)取框架模具面的边界，沿基准面法向拉伸至成形基准面获得边界拉伸面；取边界拉伸面与成形基准面的交集得基准截面；接合框架模具面、边界拉伸面以及基准截面获得封闭的面板三维包络边界；1.4)根据选定好的框模间距、框模筋条厚度，在成形基准平面上分别绘制横向和纵向框架筋条中心线位置草图，确保中心线位置草图投影覆盖区域大于面板三维包络面在基准面的投影范围大小，其中框模筋条厚度在3mm以上；1.5)中心线位置草图沿成形基准面法向拉伸形成肋阵列，以三维包络边界作为分割边界，分割肋阵列留取内部部分得到框架模具整体数模；1.6)完成纵横筋条拼接处止口、角件安装孔位、调整结构安装接口、工作面板定位孔柱销等设计；1.7)取各个筋条中间截面投影生成筋条下料图。3.根据权利要求1所述的一种高精度拼装框架蒙皮负压复合面板成形工艺，其特征在于，所述步骤二包括：2.1)在工作面板分块及下料设计中，首先按照保证中心区精度原则根据材料及加工能力大小进行工作面板分块确定分块位置，分块缝隙总宽度按照缝厚比0.3确定，分块缝隙全部开通；其次通过有限元模拟确定应力缝隙位置及长度，应力缝隙宽度按照缝厚比0.2确定，分块后的单块面板整体不断开，应力缝隙上每400mm长度内至少保留不小于2mm的连接区；接着按照工作状态变形最小优化确定工作面板标志点位置，预留直径0.1mm圆形孔；之后根据筋条上工作面板定位孔位柱销位置确定工作面板上定位方形孔，其孔径比筋条上的定位孔位柱销单边大0.1mm～0.2mm；再次通过曲面展开生成工作面板展开面；然后在工作面板展开面上确定以预留直径0.1mm圆形孔展开图形的中心为圆心开出直径1.0mm的标志孔位置；最后通过曲面展开生成工作面板下料图；2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：