格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法，首先制造金属成型芯模，并在金属成型芯模表面刻网格线，同时根据格栅孔形状裁剪聚丙烯酸橡胶片；将碳纤维预浸料按照网格线铺覆在金属成型芯模上，并将聚丙烯酸橡胶片按照格栅孔位置贴在金属成型芯模上；将金属成型芯模封装、真空热压固化；然后脱模修整，去除聚丙烯酸橡胶片，并安装相应的金属接头，得到格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒。本发明通过在金属成型芯模表面刻网格线，保证了碳纤维复合材料格栅铺覆的准确性，通过在格栅孔内贴聚丙烯酸橡胶片，防止真空热压固化时，碳纤维复合材料格栅塌陷变形，采用该方法能够制造出格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒，并满足设计要求。
【专利说明】格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及馈源支撑筒制造【技术领域】，具体为一种格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法。
【背景技术】
[0002]在卫星测控、通讯和遥感接收站中，馈源支撑筒是必不可少的结构部件，用于支撑各类天线；在星载系统中，馈源支撑筒用于固定星载天线电气系统，相应的技术要求是质量轻，在-100°C?100°C温度范围内轴向尺寸稳定。
[0003]目前馈源支撑筒主要采用的是金属或碳纤维复合材料薄壁圆筒，其主要缺点是结构重量大。为了减轻重量，设计单位提出了采用格栅形馈源支撑筒的设计方案，但相比于薄壁圆筒，目前还没有成熟的格栅形馈源支撑筒加工方法。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法。
[0005]本发明的技术方案为:
[0006]所述一种格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0007]步骤1:根据格栅形馈源支撑筒的设计形状设计并制造金属成型芯模，其中金属成型芯模的轴向尺寸通过温度补偿法进行设计；
[0008]步骤2:根据格栅形馈源支撑筒中格栅条的设计宽度和位置，在金属成型芯模表面刻网格线，网格线由一组顺时针螺旋线、一组逆时针螺旋线和一组轴向母线组成，各组线中都包含若干对线，每对线中两根线的间距等于格栅条的设计宽度；根据格栅形馈源支撑筒中的格栅孔形状裁剪聚丙烯酸橡胶片，聚丙烯酸橡胶片边角处修成R3mm?R5mm的圆角；
[0009]步骤3:经过步骤2处理后的金属成型芯模清洗、除油、涂脱模剂后，在芯模表面贴覆一层聚四氟乙稀脱模薄膜；将碳纤维预浸料按照金属成型芯模表面刻的网格线铺覆在金属成型芯模上，形成碳纤维复合材料格栅；将聚丙烯酸橡胶片按照格栅孔位置贴在金属成型芯模上；
[0010]步骤4:将金属成型芯模封装、真空热压固化；然后脱模修整，去除聚丙烯酸橡胶片，并安装相应的金属接头，得到格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒。
[0011]有益效果
[0012]本发明根据格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒的设计要求，提出了相关的制造方法，通过在金属成型芯模表面刻网格线，保证了碳纤维复合材料格栅铺覆的准确性，通过在格栅孔内贴聚丙烯酸橡胶片，防止真空热压固化时，碳纤维复合材料格栅塌陷变形，采用该方法能够制造出格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒，并满足设计要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1:格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒结构图。
[0014]图2:成形方法的工艺流程。
[0015]图3:金属成型芯模示意图。
[0016]图4:铺覆碳纤维预浸料以及粘贴聚丙烯酸橡胶片后的金属成型芯模。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例描述本发明:
[0018]为了降低结构重量，设计单位提出了格栅形馈源支撑筒的设计方案，如图1所示，整体结构上采用了格栅结构，其下半段为圆筒形，上半段为圆锥形，而且端面带有一个金属接头，用于它与其他零件的连接。靠近接头处有三个固定电器制件的窗口，制件中间有三个环向筋，环向筋上也打有孔，用于固定电气零件。在靠近下段面的外缘有8个用于固定其他零件的金属支耳，通过螺栓将支套与相关零件连接在一起。
[0019]相比于传统的薄壁圆筒式的馈源支撑筒，格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒由于结构复杂，性能要求高，需要设计合理的工艺方案，并解决如何格栅位置精确的问题。为此，本实施例采用了以下技术方案:
[0020]步骤1:根据格栅形馈源支撑筒的设计形状设计并制造金属成型芯模，其中金属成型芯模的轴向尺寸通过温度补偿法进行设计。
[0021]在碳纤维复合材料制件的制造过程中，工装模具是CFRP制件成型的依托，是制件结构尺寸的重要保证。根据制件的结构尺寸和脱模要求，模具采用了芯模组合结构形式。在模具设计中除了要考虑如何保证制件的平整度，更重要的要保证制件的结构尺寸要求。在模具材料上我们选择了价格较便宜且加工性能较好的铸铝材料。模具参见图3。
[0022]在模具设计中采用了温度补偿法设计，即把模具在CFRP高温成型过程中的热膨胀因素考虑到模具设计中，复合材料在成型芯模上铺覆、封装完成后，经过高温高压条件下固化成型。成型固化温度达170°C，此时铝芯模会因热膨胀而尺寸产生较大变化。复合材料在高温固化完成后按一定速率降到室温，此时铝芯模尺寸变小，而复合材料因膨胀系数较小保留高温状态下的尺寸。因此要保证制件的尺寸精度，必须考虑模具材料的热膨胀特性。我们采用了温度补偿法设计技术保证了研制出的制件长度尺寸达到了设计要求。
[0023]步骤2:根据格栅形馈源支撑筒中格栅条的设计宽度和位置，在金属成型芯模表面刻网格线，网格线由一组顺时针螺旋线、一组逆时针螺旋线和一组轴向母线组成，各组线中都包含若干对线，每对线中两根线的间距等于格栅条的设计宽度；根据格栅形馈源支撑筒中的格栅孔形状裁剪聚丙烯酸橡胶片，聚丙烯酸橡胶片边角处修成R3mm?R5mm的圆角。
[0024]为了很好地控制格栅条的宽度与形状，采用了数控车床刻线。这些网纹由一组顺时针螺旋线、一组逆时针螺旋线和一组侧母线的网纹组成，每组72根，又分成36对，每对间隔10°，每对线之间间距3.5mm。由于铸铝含杂质较多，对刀具损害较大，刀具与刻线深度的选择直接影响刻线的精度和宽度的一致性，选择1/4刻线刀，刀具转速为2000r/min，纵向进给为0.2mm，刻线深度为0.1mm，每刻三根线，需更换一次刀具，从而保证刻线精度。
[0025]格栅条的成型采用聚丙烯酸橡胶制作辅助工装，聚丙烯酸橡胶片厚度2mm，根据模具留在橡胶片内侧的印记裁切成所需形状。边角处修成约R3mm?R5mm的圆角。参见图4。
[0026]步骤3:经过步骤2处理后的金属成型芯模清洗、除油、涂脱模剂后，在芯模表面贴覆一层聚四氟乙稀脱模薄膜；将碳纤维预浸料按照金属成型芯模表面刻的网格线铺覆在金属成型芯模上，形成碳纤维复合材料格栅；将聚丙烯酸橡胶片按照格栅孔位置贴在金属成型芯模上。
[0027]为了使制件与模具更好地分离，同时避免铸铝材料中的细微砂眼造成制件缺陷，除了用高温环氧腻子封堵外，在芯模上贴覆一层聚四氟乙稀脱模薄膜。并且通过脱模顶出工装实现制件在成型后顺利脱模。
[0028]步骤4:将金属成型芯模封装、真空热压固化；然后脱模修整，去除聚丙烯酸橡胶片，并安装相应的金属接头，得到格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒。
[0029]本实施例中选用M40/4211预浸料制作格栅形馈源支撑筒，通过认真的工艺研究，突破了模具设计与制造、铺层设计、制件外观质量保证、制件尺寸精度控制、成型工艺等关键技术，成型的制件格栅条宽度和厚度均匀，外表光洁，尺寸精度高，满足了设计要求。
【权利要求】
1.一种格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒制造方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤1:根据格栅形馈源支撑筒的设计形状，设计并制造金属成型芯模，其中金属成型芯模的轴向尺寸通过温度补偿法进行设计； 步骤2:根据格栅形馈源支撑筒中格栅条的设计宽度和位置，在金属成型芯模表面刻网格线，网格线由一组顺时针螺旋线、一组逆时针螺旋线和一组轴向母线组成，各组线中都包含若干对线，每对线中两根线的间距等于格栅条的设计宽度；根据格栅形馈源支撑筒中的格栅孔形状裁剪聚丙烯酸橡胶片，聚丙烯酸橡胶片边角处修成R3mm?R5mm的圆角；步骤3:经过步骤2处理后的金属成型芯模清洗、除油、涂脱模剂后，在芯模表面贴覆一层聚四氟乙稀脱模薄膜；将碳纤维预浸料按照金属成型芯模表面刻的网格线铺覆在金属成型芯模上，形成碳纤维复合材料格栅；将聚丙烯酸橡胶片按照格栅孔位置贴在金属成型芯模上； 步骤4:将金属成型芯模封装、真空热压固化；然后脱模修整，去除聚丙烯酸橡胶片，并安装相应的金属接头，得到格栅形碳纤维复合材料馈源支撑筒。
【文档编号】B29C33/76GK104441676SQ201410789369
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】吴利英, 徐锦, 张燕娜 申请人:中国电子科技集团公司第三十九研究所