专利名称：一种铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面的制造方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信、无线电测控、深空探测、大型射电望远镜 等领域中的一种铝蒙皮峰窝夹层结构天线反射面的制造方法。特别适
用于工作在Ka频段和Q频段以上的高精度天线面板的反射面批量制 造技术。
背景技术：
随着通信、测控技术的迅速发展，工作频段越来越高，对天线反 射面的精度提出了更高的要求，大中型天线主反射面都是有几十块甚 至数千块单块反射面构成，单块天线反射面的精度是天线主反射面精 度的基础。目前天线反射面的制造多是延续飞机蒙皮的制造工艺，其 单块反射面一般采用先在拉伸模上拉伸成型后，再在包络铆装夹具上 铆接成型的工艺方案，其存在铆接应力大、变形不易控制等缺点，反 射面精度低。
中国专利号200510012407.7、名称为《一种高精度天线反射面制 造方法》专利中公开了一种蜂窝夹层材料厚度为3至10毫米的天线 反射面制造方法，该制造方法中的蜂窝夹层材料的厚度3至10毫米 其带来的天线面板的致命缺点是
1. 在加工过程中存在应力变形比较突出，支撑骨架面板精度差。 支撑骨架面板是在支撑骨架面铆接型架上将Z型材筋梁与支撑骨曲 面板通过铆接来成型，在成型过程中存在铆接应力，导致制造精度差。 同时，支撑骨架面板刚度较大，而肤曲面板厚度只有0.5毫米，刚性 很差，在铝蜂窝处造成上下蒙皮刚度失衡，不利于实现高精度。
2. 铝蜂窝夹层材料厚度偏小。蜂窝夹层材料最大厚度为IO毫米， 决定了蜂窝芯材的刚性很差，无法起到增强刚度的作用，该发明中提 到的蜂窝夹层材料的缓冲作用，依靠蜂窝的伸縮性来弥补支撑骨架面 板与肤曲面板之间的不等高间隙，在工程应用上是无法实现的。
3. 该发明工艺成本高，除制造了肤曲面拉伸模胎、支撑骨曲面拉 伸模胎外，该面板还要制造Z型材筋梁拉弯模胎、支撑骨架面铆接型 架等多种模胎，增加了制造成本，还存在工艺复杂，加工周期长，不 易控制工序多，难以实现高精度，无法实现批量生产高精度面板等缺点。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种 精度高、重量轻、弯曲刚度大、比强度大、比刚度大的铝蒙皮蜂窝夹 层结构天线反射面的制造方法，并且本发明方法制造的天线反射面具 有精度高、刚度大、加工工艺简单、性能稳定可靠、制造成本低廉、 生产环境易于实现、能够批量生产、具有实用价值等特点。
本发明的目的是这样实现的，本发明包括步骤
① 建立内蒙皮曲面l数学模型，根据数学模型设计反射面单元 的内蒙皮拉伸模具2;
② 采用铝合金板材经淬火工艺，在内蒙皮拉伸模具2上采用拉 伸工艺构成内蒙皮3;
③ 以内蒙皮3的凹曲面为基准面，沿法线凸曲面方向移动30 至50毫米取得外蒙皮曲面4;
④ 根据外蒙皮曲面4，设计反射面单元的外蒙皮拉伸模具5;
⑤ 采用铝合金板材经淬火工艺，在外蒙皮拉伸模具5上采用拉
伸工艺构成外蒙皮6;
根据数学模型设计反射面单元的封边曲面，采用铝合金板材 经机械加工工艺构成封边7;
⑦ 根据数学模型和反射面单元的封边7设计封边工装8;
⑧ 根据数学模型设计角装预埋件9-1、连接预埋件9-2，采用 铝合金板材经机械加工工艺构成角装预埋件9-1、连接预埋件9-2;
◎根据外蒙皮6的外形尺寸，采用铝蜂窝材料经机械加工工艺 构成铝蜂窝芯材IO夹层；
在内蒙皮拉伸模具2上，将内蒙皮3贴模定位放置，通过真 空装置抽真空使内蒙皮3贴模；将封边工装8通过螺钉安装在内蒙皮 拉伸模具2上；在内蒙皮3凸曲面、封边7内侧面、外蒙皮6凹曲面 上均涂覆胶粘剂；将封边7安置在内蒙皮3凸曲面上，封边7的外侧 面与封边工装8的内侧面紧密贴合，将封边7定位在内蒙皮3凸曲面 上；将铝蜂窝芯材IO、角装预埋件9-1、连接预埋件9-2安置在内蒙 皮3凸曲面上；将外蒙皮6的凹曲面安置在封边7、铝蜂窝芯材IO、角装预埋件9-l、连接预埋件9-2的表面上；
在内蒙皮拉伸模具2上，将安置后的内蒙皮3、外蒙皮6、 封边7、封边工装8、角装预埋件9-l、连接预埋件9-2、铝蜂窝芯材 IO密封在真空袋内，采用真空负压工艺粘接固化构成反射面单元15;
⑩将粘接固化后的反射面单元15拆除封边工装8，在封边7 与内蒙皮3、外蒙皮6粘接的接缝处涂覆密封剂构成密封层14，完成 铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面单元15制造。
本发明铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面单元15的内蒙皮3或外 蒙皮6的厚度均为0. 5至1. 5毫米；封边7的板材厚度为0. 5毫米至 l.O毫米；预埋件9的板材厚度为0.5至5毫米；铝蜂窝芯材10的 厚度为30至50毫米。
本发明与背景技术相比具有如下优点
1. 本发明克服了传统制造工艺的不足，采用了成熟的模胎拉伸蒙 皮和铝蜂窝芯材胶粘结构形式，在成形的高精度铝蒙皮蜂窝夹层结构 天线反射面15中，内蒙皮3、外蒙皮6和铝蜂窝芯材10通过胶粘剂 粘接形成重量轻、高刚度、可靠性高的一个整体，使得工作反射面不 但精度高，刚度大，可靠性高，而且重量轻，成本低，适应各种形式 和口径的反射面天线。
2. 本发明克服了传统制造工艺的不足，最大限度的消除了内部应 力，不采用在铆装夹具上的铆接工序，去除了铆装应力，内蒙皮3和 外蒙皮6均采用铝合金板材在高精度模胎上拉伸而成，在工艺过程中 铝合金板材发生了塑性变形，消除了铝合金板材由平面变为不可展开 的抛物面或双曲面而产生的内应力和回弹应力。
3. 本发明设计的封边7、角装预埋件9-l、连接预埋件9-2有效的 增加了天线反射面的强度，提高了天线反射面的可靠性，角装预埋件 9-1在反射面单元中增加了粘接强度，起到防剥离的作用，在反射面 与背架的连接件位置设计了连接预埋件9-2，提高了受力位置的强度， 封边7与密封层14互相结合，增加了天线反射面的密封性，提高了 产品使用寿命。
4. 本发明通过高精度的包络模具实现蒙皮的拉伸成形以及蒙皮 与铝蜂窝芯材的粘接成形，通过真空袋密封并施加真空负压,使内蒙
6皮3、外蒙皮6、蜂窝芯材IO、封边7、预埋件9等分离组件由粘接 剂胶接固化为一整体，构成天线反射面，实现反射面在小刚度下成形， 大刚度下定型，使得工作反射面不但精度高，刚度大，可靠性高，而 且重量轻，成本低，操作工序简单，环境易于实现，非常适合批量生 产，具有工程推广应用价值。
图1是本发明最佳实施例的制造工艺流程图。
图l中l为内蒙皮曲面、2为内蒙皮拉伸模具、3为内蒙皮、4 为外蒙皮曲面、5为外蒙皮拉伸模具、6为外蒙皮、7为封边、8为封 边工装、9-1为角装预埋件、9-2为连接预埋件、10为铝蜂窝芯材、 15为天线反射面单元。
具体实施例方式
参照图1，本发明最佳实施例如图1所示，包括下列步骤
① 建立内蒙皮曲面l数学模型，按照数学模型设计反射面单元 的内蒙皮拉伸模具2。天线内蒙皮曲面l可以是任一曲面， 一般由分 割成多种较小的反射面单元调整拼装组成，同一种反射面单元采用同 一个拉伸模具制造。实施例内蒙皮拉伸模具2采用铸铁材料，表面经 数控加工成为高精度内蒙皮的包络面，如图l-l。
② 采用铝合金板材经淬火工艺，在内蒙皮拉伸模具2上采用拉 伸工艺构成内蒙皮3。内蒙皮3是天线反射面的反射面单元，厚度为 0. 5毫米到1. 5毫米，实施例内蒙皮3采用1毫米厚的铝合金板材经 淬火后，拉伸成内蒙皮3，其表面采用磷酸阳极化处理，如图卜2。
③ 以内蒙皮3的凹曲面为基准面，沿法线凸曲面方向移动30 至50毫米取得外蒙皮曲面4，实施例外蒙皮曲面4沿法线凸曲面方 向移动50毫米，如图1-3。
④ 根据外蒙皮曲面4，设计反射面单元的外蒙皮拉伸模具5。 该模具可为树脂胶砂模具，使用木质胎体，表层为环氧树脂，采用样 板刮型制作而成，有精度高、易于日常维护、可有效降低制作成本等 优点，实施例外蒙皮拉伸模具5为树脂胶砂模具，如图1-4。
⑤ 采用铝合金板材经淬火工艺，在外蒙皮拉伸模具5上采用拉 伸工艺构成外蒙皮6。外蒙皮6是天线反射面的非工作反射面，厚度为0. 5毫米到1. 5毫米，实施例外蒙皮6采用1毫米厚的铝合金板材 经淬火后，拉伸成外蒙皮6，其表面采用磷酸阳极化处理，如图l-5。 ◎按照数学模型设计反射面单元的封边曲面，采用铝合金板材 经机械加工工艺构成封边7。封边7可采用与蒙皮相同的材质，也可 采用防锈铝等材料，封边7板材厚度为0. 5毫米至1. 0毫米，作用是 对反射面单元进行密封，增加反射面单元的使用寿命。实施例封边7 采用1毫米厚的铝合金板材，经数控加工制作而成，表面采用磷酸阳 极化处理，如图1-6。
⑦ 根据数学模型和反射面单元的封边7设计封边工装8。封边 工装8既起到封边7的定位作用，也起到防止铝蜂窝芯材在成型过程 中被压縮的作用，实施例封边工装8采用铸铝材质，经数控加工制作 而成，如图1-7。
⑧ 根据数学模型设计角装预埋件9-1、连接预埋件9-2，采用 铝合金板材经机械加工工艺构成角装预埋件9-1、连接预埋件9-2。 角装预埋件9-1安置在反射面单元的四个角部，在反射面单元中增加 了粘接强度，起到防剥离的作用；在外蒙皮6的连接件位置设计了连 接预埋件9-2，提高了受力位置的强度，预埋件9的板材厚度为0.5 至5毫米，实施例角装预埋件9-1采用1毫米厚的铝合金板材加工成 五边形结构的预埋件，连接预埋件9-2采用3毫米厚的铝合金板材加 工成为"工"字结构的预埋件，其表面均采用磷酸阳极化处理，如图 l-8。
◎根据外蒙皮6的外形尺寸，采用铝蜂窝材料经机械加工工艺 构成铝蜂窝芯材IO夹层。铝蜂窝芯材的厚度决定了反射面单元的刚 度，高刚度是实现高精度的重要条件，铝蜂窝芯材的厚度为30至50 毫米，实施例铝蜂窝芯材10为铝箔厚度为0.05毫米，孔格边长为5 毫米，蜂窝厚度为50毫米，如图1-9。
⑩在内蒙皮拉伸模具2上，将内蒙皮3贴模定位放置，通过真 空装置抽真空使内蒙皮3贴模；将封边工装8通过螺钉安装在内蒙皮 拉伸模具2上；在内蒙皮3凸曲面上涂覆胶粘剂构成粘接层11，封 边7内侧面上涂覆胶粘剂构成粘接层12、外蒙皮6凹曲面上涂覆胶 粘剂构成粘接层13;将封边7安置在内蒙皮3凸曲面上，封边7的外侧面与封边工装8的内侧面紧密贴合，将封边7定位在内蒙皮3凸 曲面上；将铝蜂窝芯材IO、角装预埋件9-l、连接预埋件9-2安置在 内蒙皮3凸曲面上；将外蒙皮6的凹曲面安置在封边7、铝蜂窝芯材 10、角装预埋件9-1、连接预埋件9-2表面上，实施例胶粘剂采用 J-133B(AEII)型胶进行粘接，粘接层厚度为0.3毫米，粘接层的厚度 保证了各部件的粘接强度，如图i-io。
在内蒙皮拉伸模具2上，将安置后的内蒙皮3、外蒙皮6、 封边7、封边工装8、角装预埋件9-l、连接预埋件9-2、铝蜂窝芯材 IO密封在真空袋内，采用真空负压工艺粘接固化构成反射面单元15。 实施例胶粘剂通过固化，达到设定强度后释放真空负压，实现反射面 单元在小刚度下成形，大刚度下定型。
⑩将粘接固化后的反射面单元15拆除封边工装8，在封边7 与内蒙皮3、外蒙皮6粘接的接缝处涂覆密封剂构成密封层14，完成 铝蒙皮蜂窝夹层结构的天线反射面单元15制造。实施例在封边7与 内蒙皮3、外蒙皮6粘接的接缝处涂覆HM108A4型密封剂构成密封层 14，防止水蒸气等进入反射面破坏粘接强度，可提高产品使用寿命， 待密封剂和胶粘剂完全固化后，完成高精度铝蒙皮蜂窝夹层结构天线 反射面单元15的制造，如图1-11。
本发明的发明人与中国专利200510012407.7的发明人为同一申 请人，两发明之间最大的特征区别主要是蜂窝夹层厚度尺寸的参数改 变，本发明蜂窝夹层的最小厚度为30毫米，而200510012407. 7专利 蜂窝夹层的最大厚度为10毫米，其蜂窝夹层厚度太薄制造高精度反 射面所造成的不足在背景技术中已阐述，该专利不可能作为工程应 用，因此该200510012407.7专利的发明人又申请了中国专利号为 200610012581.6、名称为《一种无蜂窝夹层的高精度天线反射面制造 方法》的发明专利来实现高精度面板的制造。本发明把蜂窝夹层的厚 度提高到30毫米以上，克服了专利号为200510012407. 7的发明无法 实现工程应用的不足和难题，取得了预想不到的效果，已在工程上获 得了广泛的应用，在商业上获得成功。
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权利要求
1.一种铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面的制造方法，包括步骤①建立内蒙皮曲面(1)数学模型，根据数学模型设计反射面单元的内蒙皮拉伸模具(2)；②采用铝合金板材经淬火工艺，在内蒙皮拉伸模具(2)上采用拉伸工艺构成内蒙皮(3)；③以内蒙皮(3)的凹曲面为基准面，沿法线凸曲面方向移动30至50毫米取得外蒙皮曲面(4)；④根据外蒙皮曲面(4)，设计反射面单元的外蒙皮拉伸模具(5)；⑤采用铝合金板材经淬火工艺，在外蒙皮拉伸模具(5)上采用拉伸工艺构成外蒙皮(6)；其特征在于该方法还包括步骤⑥根据数学模型设计反射面单元的封边曲面，采用铝合金板材经机械加工工艺构成封边(7)；⑦根据数学模型和反射面单元的封边(7)设计封边工装(8)；⑧根据数学模型设计角装预埋件(9-1)、连接预埋件(9-2)，采用铝合金板材经机械加工工艺构成角装预埋件(9-1)、连接预埋件(9-2)；⑨根据外蒙皮(6)的外形尺寸，采用铝蜂窝材料经机械加工工艺构成铝蜂窝芯材(10)夹层；⑩在内蒙皮拉伸模具(2)上，将内蒙皮(3)贴模定位放置，通过真空装置抽真空使内蒙皮(3)贴模；将封边工装(8)通过螺钉安装在内蒙皮拉伸模具(2)上；在内蒙皮(3)凸曲面、封边(7)内侧面、外蒙皮(6)凹曲面上均涂覆胶粘剂；将封边(7)安置在内蒙皮(3)凸曲面上，封边(7)的外侧面与封边工装(8)的内侧面紧密贴合，将封边(7)定位在内蒙皮(3)凸曲面上；将铝蜂窝芯材(10)、角装预埋件(9-1)、连接预埋件(9-2)安置在内蒙皮(3)凸曲面上；将外蒙皮(6)的凹曲面安置在封边(7)、铝蜂窝芯材(10)、角装预埋件(9-1)、连接预埋件(9-2)的表面上； id="icf0001" file="A2009100757510002C1.tif" wi="4" he="4" top= "224" left = "32" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>在内蒙皮拉伸模具(2)上，将安置后的内蒙皮(3)、外蒙皮(6)、封边(7)、封边工装(8)、角装预埋件(9-1)、连接预埋件(9-2)、铝蜂窝芯材(10)密封在真空袋内，采用真空负压工艺粘接固化构成反射面单元(15)； id="icf0002" file="A2009100757510002C2.tif" wi="4" he="4" top= "247" left = "33" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>将粘接固化后的反射面单元(15)拆除封边工装(8)，在封边(7)与内蒙皮(3)、外蒙皮(6)粘接的接缝处涂覆密封剂构成密封层(14)，完成铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面单元(15)制造。
2.根据权利要求1所述的一种铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面的制造方法，其特征在于铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面单元(15)的内蒙皮(3)或外蒙皮(6)的厚度均为0. 5至1. 5毫米；封边(7)的板材厚度为0. 5毫米至1. 0毫米；预埋件(9)的板材厚度为0.5至5毫米；铝蜂窝芯材(10)的厚度为30至50毫米。
全文摘要
本发明公开了一种铝蒙皮蜂窝夹层结构天线反射面的制造方法，它涉及卫星通信、无线电测控、深空探测、大型射电望远镜等领域中的一种天线反射面单元制造技术。它采用高精度的包络模具来实现内蒙皮和外蒙皮的拉伸成形，通过密封和真空装置施加负压，使双层蒙皮和蜂窝等分离组件压贴在模具上并由胶粘剂粘接固化成型为一个整体，释放真空负压后形成高精度铝蒙皮蜂窝夹层天线反射面单元。本发明具有精度高、重量轻、刚度大、强度大、加工工艺简单、性能稳定可靠、制造成本低廉、生产环境易于实现、能够批量生产等优点，特别适用于作ka频段和Q频段以上的高精度天线反射面的制造。
文档编号H01Q15/14GK101673880SQ20091007575
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者党元兰, 宁晓磊, 张万才, 李金良, 王海东, 贺彩霞, 郭海鹰, 超 金, 陈宏辉 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所