復(fù)合材料天線罩模具設(shè)計(jì)淺析

倪娜 趙德新 王宏亮

摘 ?要：天線罩樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（簡稱復(fù)合材料）由于其高強(qiáng)度、高剛性以及良好的抗疲勞型、抗腐蝕性沒在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。模具是復(fù)合材料構(gòu)件制造使用的主要工藝裝備，用以確定制件的形狀、結(jié)構(gòu)關(guān)系、控制外圓和獲得良好的表面質(zhì)量。本文以某型號(hào)產(chǎn)品天線罩為基礎(chǔ)，對(duì)模具設(shè)計(jì)展開分析，可供復(fù)合材料模具設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料構(gòu)件;天線罩;模具設(shè)計(jì)

1引言

復(fù)合材料的最大特點(diǎn)是復(fù)合后的材料優(yōu)于其組分材料性能，如兩層玻璃布增強(qiáng)纖維、聚合物樹脂和蜂窩夾層復(fù)合后的結(jié)構(gòu)，能得到比玻璃布增強(qiáng)纖維、聚合物樹脂、蜂窩天線罩單獨(dú)的性能高得多的剛度和強(qiáng)度。復(fù)合材料相對(duì)于金屬材料，其比強(qiáng)度高、比剛度高，在達(dá)到同樣強(qiáng)度和剛度的情況下，質(zhì)量要比原來的輕1/3～1/2。再結(jié)合其透波性，完全適用于天線罩的材料選用要求。

熱固性復(fù)合材料構(gòu)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(yù)浸料熱壓罐方法、壓機(jī)固化、樹脂傳遞模塑（RTM）、樹脂膜熔滲（RFI），應(yīng)用較廣的是真空袋烘箱模壓法、預(yù)浸料熱壓罐方法。然而每種方法均需要模具對(duì)其外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐控制。本文以某型號(hào)產(chǎn)品天線罩為例進(jìn)行分析。

2典型天線罩構(gòu)件分析

天線罩作為無線電子系統(tǒng)的功能部件，其使用目的除了保護(hù)天線系統(tǒng)外，還起到了消除風(fēng)負(fù)荷的效果，由于天線罩對(duì)天線信號(hào)收發(fā)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(zhì)量。圖1為某型號(hào)天線罩結(jié)構(gòu)示意圖，其材質(zhì)為環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，用模壓法成型。該天線罩為四方結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)成型脫模時(shí)罩體粘連模具，易造成變形斷裂及表面質(zhì)量損傷。為保證罩體最終的壁厚均勻、尺寸合適，以及內(nèi)、外表面光潔度要求，對(duì)模具精度及其脫模方法有較高要求。對(duì)于壁厚較薄的復(fù)材構(gòu)件，在成型后已經(jīng)不適用于機(jī)械加工，需要人工打磨表面，去除表面光滑的樹脂堆積層，進(jìn)而保證后續(xù)工序的可靠性。

3天線罩模具構(gòu)件分析

結(jié)合該天線罩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(huán)、陽模脫模環(huán)。陰模和陽模分別用陰模脫模環(huán)、陽模脫模環(huán)與天線罩分離，進(jìn)而再將脫模環(huán)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(shè)計(jì)陰陽模具的分界線是天線罩的內(nèi)外面，以本文示例天線罩為例，天線罩內(nèi)部形狀對(duì)應(yīng)陽模、天線罩外面形狀對(duì)應(yīng)陰模，劃清陰模、陽模的分界線后，再將脫模環(huán)的結(jié)構(gòu)分別加入到天線罩與對(duì)應(yīng)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(huán)拆除陰模、利用螺釘頂住陽模脫模環(huán)拆除陽模，其次是拆除陰模脫模環(huán)、陽模脫模環(huán)。脫模環(huán)一方面方便拆除陰模、陽模，一方面保護(hù)天線罩不受損傷。為防止去除陰陽脫模環(huán)時(shí)對(duì)構(gòu)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(shè)計(jì)模具時(shí)我們?cè)诘?節(jié)可以掌握模具設(shè)計(jì)的基本思路，在設(shè)計(jì)過程中還需注意一下細(xì)節(jié)。

脫模角度：在復(fù)合材料制件的內(nèi)外表面沿脫模方向，應(yīng)設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度以利于脫模，防止脫模困難或者頂出時(shí)拉壞、擦傷制件。

模具材料選擇、防止壓機(jī)擠壓變形：制造模具的材料要求具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性等性能。對(duì)于沖壓件復(fù)合材料成型模具，選用質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。

防止脫離陰模脫模環(huán)、陽模脫模環(huán)的過程中傷害模具：成型模具多用于批量生產(chǎn)，脫模過程中注意不要?jiǎng)潅＞邇?nèi)表面，避免影響模具使用性能。

模具表面粗糙度：復(fù)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(yīng)用效果

通過實(shí)際零件的加工表明，天線罩加工后產(chǎn)品質(zhì)量良好，結(jié)構(gòu)滿足圖紙要求，產(chǎn)品表面狀態(tài)光滑、無氣孔等缺陷，加工質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了型號(hào)研制的需求。天線罩的成本與數(shù)量直接相關(guān)，模具增加即可減少每個(gè)天線罩的生產(chǎn)成本，所以需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整模具數(shù)量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本最小化。

6結(jié)束語

本文提供了一種復(fù)合材料天線罩模具設(shè)計(jì)方法，雖然系統(tǒng)本身較為簡單，但應(yīng)用效果良好，也正因此特點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)性尤為突出，更加適用于單件小批量產(chǎn)品的加工。

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作者簡介

倪娜，女，1986年，目前從事星上精密機(jī)構(gòu)制造工藝設(shè)計(jì)工作。