星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法与装置与流程

本发明星载静电成形薄膜可展开天线技术领域，具体涉及一种星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法与装置。

背景技术：

目前，静电成形薄膜天线是一种新型星载可展开天线，主要由电极面、支撑桁架、薄膜反射面等构成，薄膜反射面是一个一面带有金属镀层的抛物曲面，传统的薄膜反射面是将抛物形状的曲面膜分割放样为平面膜片，采用对拼形式将若干有镀层的平面膜片拼接起来，膜片之间通过粘接的方法连接起来，其中存在很大的原理误差和随机误差。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供种一种星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法与装置，将无镀层的聚酰亚胺平面膜胚件通过热成型的方法二次成形，得到整个或者若干抛物曲面膜片。再通过真空溅射镀的方法在曲面膜的一侧镀上导电层，从而获得更高精度的静电成形薄膜天线反射面，解决现有薄膜天线反射面制备过程中存在较大原理误差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法，采用无镀层的热塑性薄膜作为热成型对象，将薄膜切割为胚件，将胚件加热到弹塑性状态，通过升降装置使配件紧贴在模具表面，依靠模压使得预热的胚件弯曲，冷却定型后，经过修整和表面处理，得到所需抛物面形状带镀层的聚酰亚胺薄膜反射面。

优选的是,热成型的过程在恒温干燥箱中进行，采用电阻丝作为热源，通过烘箱的温度控制元件来控制升温速度、保温时间和冷却速度，通过鼓风设备获得对流换热，将胚件加热到成型温度，进入保温阶段，保温成型后，进入随炉冷却阶段。

上述任一方案优选的是,采用直线步进电机作为往复运动的传动装置，通过控制器实现模压、脱模运动的控制。

上述任一方案优选的是,模具材料选用铝合金，采用单阳模作为模具形式，模具的转角处有圆弧过渡，其曲率半径大于成型胚料的厚度。

上述任一方案优选的是,表面处理即通过物理沉积方法真空溅射在薄膜的一侧得到金属镀层。

本发明还提供一种星载静电成形薄膜天线反射面热成型装置,包括底板和凸模，凸模设置在衬板上部，衬板设置在底板上部，底板、凸模和衬板之间进一步通过中心销连接定位，上夹板和下夹板通过相互啮合的环形锯齿将薄膜夹紧并定位连接，直线轴通过紧定螺钉与底板连接，直线轴顶端通过滑套、轴用挡圈与下夹板连接，方块设置在上夹板上，梁设置方块上，梁、方块与上夹板通过梁连接螺钉连接，直线步进电机的丝杆和梁之间通过开口销连接。

上述任一方案优选的是,所述直线轴与滑套之间的配合为过渡配合，滑套与下夹板之间为过盈配合，直线轴与底板之间为过盈配合，定位销轴与下夹板之间的配合为过盈配合，中心销与凸模、衬板、底板之间的配合为过盈配合。

上述任一方案优选的是,所述上夹板和下夹板的一端通过定位销轴定位连接，另一端通过夹板连接螺钉连接固定，从而能够实现夹紧力的均匀分布。

本发明的有益效果：一种星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法与装置，包括底板和凸模，凸模设置在衬板上部，衬板设置在底板上部，底板、凸模和衬板之间进一步通过中心销连接定位，上夹板和下夹板通过相互啮合的环形锯齿将薄膜夹紧并定位连接，直线轴通过紧定螺钉与底板连接，直线轴顶端通过滑套、轴用挡圈与下夹板连接，方块设置在上夹板上，梁设置方块上，梁、方块与上夹板通过梁连接螺钉连接，直线步进电机的丝杆和梁之间通过开口销连接。采用无镀层的热塑性薄膜作为成型对象，将薄膜切割为胚件，将胚件加热到弹塑性状态，通过升降装置使配件紧贴在模具表面，依靠模压使得预热的胚件弯曲，冷却定型后，经过修整和表面处理，得到所需抛物面形状带镀层的聚酰亚胺薄膜反射面。获得更高精度的静电成形薄膜天线反射面，解决现有薄膜天线反射面制备过程中存在较大原理误差的问题。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法过程图；

图2是本发明星载静电成形薄膜天线反射面热成型装置一优选实施例的装配图；

图3是图2的局部结构示意图；

图4是图3的A处结构放大图；

图5是图3的B处结构放大图；

图6是图2的局部结构示意图；

图7是图6的局部结构示意图；

图8是图2的另一局部结构示意图；

图9是图2的另一局部结构示意图；

图10是图9的局部结构放大图；

图11是图9的局部结构放大图；

图12是图2的局部结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的星载静电成形薄膜天线反射面热成型的制备方法包括：以无镀层的热塑性聚酰亚胺平面薄膜作为成型对象，将薄膜切割为圆形和一定尺寸的胚件，将胚件加热到在玻璃化温度和粘流温度之间达到弹塑性状态，通过升降装置使配件紧贴在模具表面，依靠模压使得预热胚件弯曲，随炉冷却定型后开炉取出制件，经过适当的修整和表面处理，修整包括切边，清洗脱模剂等，表面处理包括表面沉积导电层，得到所需抛物面形状带镀层的聚酰亚胺薄膜反射面。

热成型的作业在恒温干燥箱中进行，采用电阻丝作为热源，通过鼓风设备使得对流换热。将胚件加热到成型温度，成型温度区间为玻璃化温度以上，粘流温度以下，进入保温阶段，期间发生应力松弛等力学现象，保温成型，通常升温时间为1小时，保温时间为2小时，最后随炉冷却到室温。通过烘箱的温度控制元件来控制升温速度、保温时间和冷却速度。

上夹板9和下夹板10之间通过相互啮合的锯齿将薄膜夹紧，上下夹板10之间通过定位销轴11定位连接，通过夹板连接螺钉12连接固定，采用手动方式，简单方便可靠，同时可以实现夹紧力的均匀分布。

采用直线步进电机作为直线往复运动的传动装置，出轴丝杆采用两端贯通式，以实现穿过保温箱预留孔与升降装置连接，同时可实现较大的行程，直线步进电机背部加装消隙螺母避免丝杆的晃动，通过控制器实现模压、脱模运动的控制。

考虑到冷却阶段的尺寸收缩不可以忽略，常用材料中由于铝合金和聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数接近，选用铝合金作为热成型模具材料。采用单阳模作为模具形式，为避免产生内应力，在模具的转角处有圆弧过渡，其曲率半径大于成型胚料的厚度。

聚酰亚胺二次成形过程中有回弹的现象，回弹是由冷却阶段热膨胀系数的不同和聚合物成形过程中高弹形变的储存引起的，模具设计阶段应该把回弹量补偿到模具上，工程中采用经验公式及试验验证的补偿方法，以制件的质心为中心，把试件按如下纠正公式缩小，在模具设计时按缩小后的制件作为工程输入，由此得到理想的制件。

F＝1/[(T-P)×ΔT+1]

式中，F为热膨胀纠正系数，T为模具热膨胀系数，P为制件热膨胀系数，ΔT为成型温度与室温的差值。

聚酰亚胺热成型后得到的是无镀层的曲面膜，通过物理沉积方法中的真空溅射在抛物面薄膜的一侧得到金属镀层。

如图1-图12所示，热成型的制备是以无镀层的热塑性聚酰亚胺平面薄膜作为成型对象，将薄膜切割为圆形的胚件，

上夹板和下夹板通过相互啮合的环形锯齿将薄膜夹紧。环形锯齿的啮合范围为[d_l,d_m]，薄膜胚件的尺寸在环形锯齿的啮合范围内。在模具表面涂覆脱模剂，脱模剂通常为硅脂和树脂脱模剂，将薄膜放置在上夹板9和下夹板10之间夹紧，将装置放置到烘箱中，通过开口销16将直线步进电机连接头和装置连接起来。缓慢升温，将模具加热到成型温度，成型温度范围为玻璃化温度和粘流温度之间，使其到达弹塑性状态，此时聚酰亚胺薄膜受热软化，通过控制器操纵升降装置将胚件紧贴在模具表面，依靠模压使得预热胚件弯曲，保温一段时间直至成型，随炉冷却到室温后，开炉取出制件，经过后期的修整，后期的修整主要包括切边、表面沉积导电材料，得到所需抛物面形状带镀层的聚酰亚胺薄膜反射面。

热成型的作业是在高温烘箱中进行的，采用电阻丝作为热源，通过鼓风设备使得对流换热，通过烘箱的温度控制元件来控制升温速度、保温时间和冷却速度，升温保持为匀速升温，升温时间通常为1小时，保温时间为2小时，冷却为随炉冷却到室温。

上下夹板10之间通过相互啮合的锯齿将薄膜夹紧，上下夹板10之间通过定位销轴11定位连接，通过夹板连接螺钉12连接固定，采用手动方式，简单方便可靠，同时可以实现夹紧力的均匀分布。

采用直线步进电机作为直线往复运动的传动装置，直线步进电机采用两端贯通式，通过出轴的丝杠实现穿过保温箱预留孔与升降装置连接，同时可实现较大的行程，电机要加装消隙螺母避免丝杆的晃动，通过控制器实现模压、脱模运动的控制。

考虑到冷却阶段的尺寸收缩不可以忽略，常用材料中由于铝合金和聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数接近，选用铝合金作为热成型模具材料。

采用单阳模作为模具形式，为避免产生内应力，在模具的转角处有圆弧过渡，其曲率半径大于成型胚料的厚度。

如图2所示，一种星载静电成形薄膜天线反射面热成型装置，包括：底板1、凸模2、衬板3、直线轴4、紧定螺钉5、中心销6、轴用挡圈7、滑套8、上夹板9、下夹板10、定位销轴11、夹板连接螺钉12、梁连接螺钉13、方块14、梁15、开口销16、贯通式直线步进电机。

凸模2放置在衬板3上，衬板3放置在底板1上，通过中心销6连接定位。中心销6与凸模2、衬板3、底板1之间的配合为过盈配合。

如图3所示，凸模2放置在衬板3上，衬板3放置在底板1上，通过中心销6连接定位。销轴11与凸模2、衬板3、底板1之间的配合为过盈配合。凸模2表面为所需的抛物面形状，贯通式直线步进电机可以控制薄膜胚件的升降，实现模压和脱模操作，其放置在高温烘箱的外部，通过控制器来控制薄膜胚件的运动。整个装置放置在高温烘箱中，高温烘箱可以控制升温、降温、随炉冷却的时间以及速率。

上夹板9和下夹板10，通过相互啮合的环形锯齿将薄膜夹紧，通过定位销轴11、夹板连接螺钉12定位连接。定位销轴11与下夹板10之间的配合为过盈配合，定位销轴11上部为锥销，方便定位。

如图5-图7所示，直线轴4底端通过紧定螺钉5与底板1定位连接，直线轴4与底板1之间为过盈配合，顶端通过滑套8、轴用挡圈7与下夹板10配合，直线轴4与滑套8之间的配合为过渡配合，滑套8与下夹板10之间为过盈配合。

方块14放置在上夹板9上，梁15放置在两个方块14上，通过梁连接螺钉13将梁15、方块14与上夹板9连接起来。直线步进电机伸出的丝杆17和梁15之间通过开口销16连接。梁15与丝杆、丝杆与圆柱销之间是间隙配合。

考虑到烘箱内高温环境，电机和限位装置安装在烘箱的外侧，通过预留孔将丝杆伸入烘箱中，来实现步进电机与烘箱中装置的连接。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。