復合材料天線罩模具設計淺析

2020-11-20 02:06:54倪娜趙德新王宏亮

裝備維修技術 2020年6期

倪娜趙德新王宏亮

摘 ?要：天線罩樹脂基纖維增強復合材料（簡稱復合材料）由于其高強度、高剛性以及良好的抗疲勞型、抗腐蝕性沒在航空航天領域廣泛應用。模具是復合材料構件制造使用的主要工藝裝備，用以確定制件的形狀、結構關系、控制外圓和獲得良好的表面質量。本文以某型號產品天線罩為基礎，對模具設計展開分析，可供復合材料模具設計參考。

關鍵詞：復合材料構件;天線罩;模具設計

1引言

復合材料的最大特點是復合后的材料優于其組分材料性能，如兩層玻璃布增強纖維、聚合物樹脂和蜂窩夾層復合后的結構，能得到比玻璃布增強纖維、聚合物樹脂、蜂窩天線罩單獨的性能高得多的剛度和強度。復合材料相對于金屬材料，其比強度高、比剛度高，在達到同樣強度和剛度的情況下，質量要比原來的輕1/3～1/2。再結合其透波性，完全適用于天線罩的材料選用要求。

熱固性復合材料構件成型方法主要分為手工濕法成形、纏繞、真空袋烘箱模壓法、預浸料熱壓罐方法、壓機固化、樹脂傳遞模塑（RTM）、樹脂膜熔滲（RFI），應用較廣的是真空袋烘箱模壓法、預浸料熱壓罐方法。然而每種方法均需要模具對其外形結構進行支撐控制。本文以某型號產品天線罩為例進行分析。

2典型天線罩構件分析

天線罩作為無線電子系統的功能部件，其使用目的除了保護天線系統外，還起到了消除風負荷的效果，由于天線罩對天線信號收發方面有重要作用，因此天線罩需要較高的加工精度和表面質量。圖1為某型號天線罩結構示意圖，其材質為環氧樹脂復合材料，用模壓法成型。該天線罩為四方結構，外形尺寸80mm×80mm，壁厚僅為0.6mm，加之其外圈2mm厚度法蘭要求，薄壁結構成型脫模時罩體粘連模具，易造成變形斷裂及表面質量損傷。為保證罩體最終的壁厚均勻、尺寸合適，以及內、外表面光潔度要求，對模具精度及其脫模方法有較高要求。對于壁厚較薄的復材構件，在成型后已經不適用于機械加工，需要人工打磨表面，去除表面光滑的樹脂堆積層，進而保證后續工序的可靠性。

3天線罩模具構件分析

結合該天線罩結構特點分析，適用于陰陽模壓成型。陰陽模壓成型模具如圖2所示包括四部分：陰模、陽模、陰模脫模環、陽模脫模環。陰模和陽模分別用陰模脫模環、陽模脫模環與天線罩分離，進而再將脫模環與天線罩分離，分離模具本案例中采用螺釘加力方法分離模具。設計陰陽模具的分界線是天線罩的內外面，以本文示例天線罩為例，天線罩內部形狀對應陽模、天線罩外面形狀對應陰模，劃清陰模、陽模的分界線后，再將脫模環的結構分別加入到天線罩與對應陰陽模具之間，在拆除模具過程中，利用螺釘頂住陰模脫模環拆除陰模、利用螺釘頂住陽模脫模環拆除陽模，其次是拆除陰模脫模環、陽模脫模環。脫模環一方面方便拆除陰模、陽模，一方面保護天線罩不受損傷。為防止去除陰陽脫模環時對構件造成損傷，在模具中頂出制件位置增加墊片。

4工藝性分析

在設計模具時我們在第2節可以掌握模具設計的基本思路，在設計過程中還需注意一下細節。

脫模角度：在復合材料制件的內外表面沿脫模方向，應設計足夠的脫模斜度以利于脫模，防止脫模困難或者頂出時拉壞、擦傷制件。

模具材料選擇、防止壓機擠壓變形：制造模具的材料要求具有高硬度、高強度、高耐磨性等性能。對于沖壓件復合材料成型模具，選用質量高、耐磨性好的模具鋼。

防止脫離陰模脫模環、陽模脫模環的過程中傷害模具：成型模具多用于批量生產，脫模過程中注意不要劃傷模具內表面，避免影響模具使用性能。

模具表面粗糙度：復合材料模具表面與制件接觸面粗糙度要求較高，模具加工完成后須打磨與制件接觸面，保證粗糙度要求。

5 應用效果

通過實際零件的加工表明，天線罩加工后產品質量良好，結構滿足圖紙要求，產品表面狀態光滑、無氣孔等缺陷，加工質量穩定，滿足了型號研制的需求。天線罩的成本與數量直接相關，模具增加即可減少每個天線罩的生產成本，所以需要根據實際情況調整模具數量進而實現成本最小化。

6結束語

本文提供了一種復合材料天線罩模具設計方法，雖然系統本身較為簡單，但應用效果良好，也正因此特點，其經濟性尤為突出，更加適用于單件小批量產品的加工。

參考文獻

[1]張強。天線罩理論與設計方法[M].國防工業出版社。2014年1月第1版。