一種高精度大型射電天線的輕量化模具及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度大型射電天線的輕量化模具及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射電天線通常布局在干旱少雨的干燥氣候地區(qū)，耐溫、耐候、熱變形是電天線材料的主要挑戰(zhàn)；同時(shí)為了擴(kuò)寬射電天線的有效頻段，一般需要加大射電天線的尺寸。上述兩點(diǎn)給使用傳統(tǒng)鋼制結(jié)構(gòu)的射電天線帶來(lái)了一些難以解決的問(wèn)題，如超重或精度變差等。
[0003]復(fù)合材料具備了射電望遠(yuǎn)鏡天線所要求的高性能、低成本、高剛度、輕質(zhì)量、熱穩(wěn)定性好、表面精度高等要求的全部性能。因此，用其制成的天線反射體及其模具，不但重量輕，而且強(qiáng)度及尺寸精度穩(wěn)定性都很高。同時(shí)，采用衍架及類似于船舶的隔艙結(jié)構(gòu)，與實(shí)體金屬相比，在能夠在提供相同的支撐面和承載能力的同時(shí)，極大地減輕模具的重量。將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合使用，既是本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種質(zhì)輕、高強(qiáng)度、高精度的用于大型射電天線的輕量化模具及其制造方法。
[0005]一種高精度大型射電天線的輕量化模具，由多個(gè)模具單元拼接構(gòu)成，其特征在于:所述的模具單元包括模具型面和用于支撐模具型面的剛性結(jié)構(gòu)，剛性結(jié)構(gòu)包括鋼架和多個(gè)鋼隔板，多個(gè)鋼隔板豎向固定在鋼架的上表面并且多個(gè)鋼隔板的上表面與對(duì)應(yīng)的模具型面的輪廓相配。
[0006]其中，所述的模具型面包括自下至上依次設(shè)置的型面方管層、玻璃鋼層和樹(shù)脂層；型面方管層由多個(gè)依次緊密平鋪的方管組成，型面方管層的下表面與多個(gè)鋼隔板的上表面相固定，方管與鋼隔板為相交設(shè)置。
[0007]其中，相鄰模具單元的模具型面之間留有拼接縫，在拼接縫內(nèi)填充有用于密封的樹(shù)脂。
[0008]其中，所述的模具單元為四個(gè)，四個(gè)模具單元沿模具的長(zhǎng)軸方向依次進(jìn)行分段。
[0009]其中，所述的樹(shù)脂為代木或可加工塑料。
[0010]—種高精度大型射電天線的輕量化模具的制造方法，其特征在于包括步驟:
[0011]①建立天線反射面復(fù)合材料模具曲面數(shù)學(xué)模型，根據(jù)曲面數(shù)學(xué)模型建立反射面單元模具模型；
[0012]②根據(jù)反射面單元模具模型設(shè)計(jì)模具剛性結(jié)構(gòu)，包括鋼架和多個(gè)鋼隔板，確定鋼隔板和鋼架的外形尺寸，采用熱乳鋼板經(jīng)機(jī)械加工工藝構(gòu)成鋼隔板，采用方鋼通過(guò)焊接加工工藝構(gòu)成鋼架；
[0013]③將多個(gè)鋼隔板豎向定位焊接固定鋼架的上表面，使多個(gè)鋼隔板的上表面與對(duì)應(yīng)的模具型面輪廓相配，構(gòu)成復(fù)合材料模具的剛性結(jié)構(gòu)，焊接完成后將該剛性結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火熱處理；
[0014]④根據(jù)反射面單元模具模型設(shè)計(jì)模具型面層，包括自下至上依次設(shè)置型面鋼管層、玻璃鋼層和樹(shù)脂層，型面方管層采用多個(gè)依次緊密平鋪的方鋼管組成，通過(guò)焊接工藝將型面方管層的下表面與鋼格板的上表面連接在一起；
[0015]⑤在型面鋼管層上表面，通過(guò)手糊工藝將玻璃纖維織物及樹(shù)脂刷涂粘接在型面鋼管層上，并按照相關(guān)工藝固化成型構(gòu)成模具型面玻璃鋼層；
[0016]⑥在玻璃鋼層上表面，通過(guò)機(jī)械涂覆工藝在真空狀態(tài)下將樹(shù)脂層涂覆在玻璃鋼層上表面，并按照相關(guān)工藝固化成型構(gòu)成模具型面樹(shù)脂層；
[0017]⑦根據(jù)反射面單元模具模型，對(duì)復(fù)合材料模具單元表面樹(shù)脂層進(jìn)行機(jī)械加工，通過(guò)機(jī)械加工制備出模具單元間密封槽，用樹(shù)脂對(duì)模具型面樹(shù)脂層表面的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，加熱固化后，進(jìn)行機(jī)械精加工，完成后對(duì)模具樹(shù)脂層非天線區(qū)域進(jìn)行打磨處理并噴涂樹(shù)脂膠衣層，構(gòu)成模具密封區(qū)，實(shí)現(xiàn)大型天線反射面復(fù)合材料模具單元的制備。
[0018]⑧通過(guò)中心線定位實(shí)現(xiàn)模具拼接，并根據(jù)型面刻度線測(cè)量值，調(diào)整確定相鄰模具間距，通過(guò)水準(zhǔn)儀進(jìn)行粗調(diào)平，然后采用激光跟蹤儀測(cè)量設(shè)備進(jìn)行精調(diào)，以實(shí)現(xiàn)大型輕量化模具的高精度，調(diào)整完成后，用定位銷及螺栓將模具連接板固定后焊接在模具鋼支架連接處，用樹(shù)脂糊將模具單元間密封槽填平，實(shí)現(xiàn)高精度大型射電天線的輕量化模具的制造。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的有益效果為:
[0020]1.與傳統(tǒng)金屬模具相比，該輕量化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，采用鋼架和鋼格板組合的方法，提供模具型面的支撐，保證了模具的整體剛度，而且使模具重量得到大幅度的降低，減小了模具因自重所引起的變形，有利于實(shí)現(xiàn)模具的制造精度。
[0021 ] 2.與金屬模具受設(shè)備尺寸限制，所加工的模具單元面積小，需多塊拼接相比，該輕量化模具采用大型分塊方案，減少了模具單元間的拼接裝配，既減少了裝配的累積誤差，又降低了真空泄漏的幾率，有利于實(shí)現(xiàn)模具的高精度和氣密性。
[0022]3.該輕量化模具易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工和批量制造，且成本較低，與傳統(tǒng)模具相比，其加工速度快，研制周期短，有利于實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速研發(fā)，能夠?qū)κ袌?chǎng)需求快速響應(yīng)，有利于提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明模具的分區(qū)示意圖。
[0024]圖2是模具單元的局部剖面示意圖。
[0025]圖3是模具型面的局部放大示意圖。
[0026]圖中，1為模具型面，2為剛性結(jié)構(gòu)，3為鋼隔板、4為鋼架、5為方管層、6為玻璃鋼層、7為樹(shù)脂層。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面，結(jié)合圖1-圖3，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]—種高精度大型射電天線的輕量化模具，由多個(gè)模具單元拼接構(gòu)成，其特征在于:所述的模具單元包括模具型面1和用于支撐模具型面的剛性結(jié)構(gòu)2，剛性結(jié)構(gòu)2包括鋼架4和多個(gè)鋼隔板3，多個(gè)鋼隔板3豎向固定在鋼架4的上表面并且多個(gè)鋼隔板3的上表面與對(duì)應(yīng)的模具型面1的輪廓相配。
[0029]其中，所述的模具型面1包括自下至上依次設(shè)置的型面方管層5、玻璃鋼層6和樹(shù)脂層7 ;型面方管層5由多個(gè)依次緊密平鋪的方管組成，型面方管層5的下表面與多個(gè)鋼隔板3的上表面相固定，方管與鋼隔板3為相交設(shè)置。
[0030]其中，相鄰模具單元的模具型面1之間留有拼接縫，在拼接縫內(nèi)填充有用于密封的樹(shù)脂。
[0031]其中，所述的模具單元為四個(gè)，四個(gè)模具單元沿模具的長(zhǎng)軸方向依次進(jìn)行分段。
[0032]其中，所述的樹(shù)脂為代木或可加工塑料。
[0033]—種高精度大型射電天線的輕量化模具的制造方法，其特征在于包括步驟:
[0034](1)建立天線反射面復(fù)合材料模具曲面數(shù)學(xué)模型。模具單元曲面一般為整個(gè)模具的一個(gè)單元，一般分解為多種的、較小的模具單元，根據(jù)曲面數(shù)學(xué)模型建立反射面單元模具模型。實(shí)施例將整個(gè)模具分解為4個(gè)模具單元，如圖1。
[0035](2)根據(jù)反射面單元模具模型設(shè)計(jì)模具剛性結(jié)構(gòu)2，包括鋼架4和多個(gè)鋼隔板3，確定鋼隔板3和鋼架4的外形尺寸。實(shí)施例采用熱乳鋼板經(jīng)機(jī)械加工工藝構(gòu)成鋼隔板，采用方鋼通過(guò)焊接加工工藝構(gòu)成鋼架，如圖2;
[0036](3)將多個(gè)鋼隔板3豎向定位焊接固定鋼架4的上表面，使多個(gè)鋼隔板3的上表面與對(duì)應(yīng)的模具型面1輪廓相配，構(gòu)成復(fù)合材料模具的剛性結(jié)構(gòu)2，焊接完成后將該剛性結(jié)構(gòu)2進(jìn)行退火熱處理。實(shí)施例中鋼架的主梁、立柱采用100mm X 100mm X 5mm的方鋼焊接，斜撐采用60mm X 60mm X 4mm的方鋼焊接;鋼隔板為6mm熱乳鋼板，按照型面以每隔500mm為一橫截面，并由頂部向下預(yù)留出玻璃鋼與代木的厚度，通過(guò)數(shù)模進(jìn)行精確的加工，并同樣以500_的間距依序焊接在衍架上。每個(gè)區(qū)段均由15-16個(gè)地腳板，通過(guò)調(diào)整螺