[发明专利]一种可调整复合材料模具设计装置与设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具设计装置与设计方法，特别是一种可调整复合材料模具设计装置与设计方法，用于高精度复合材料模具的设计，属于卫星天线领域。

背景技术

反射面天线模具是一种具有一定形状、尺寸和精度要求，为反射面天线制造的生产工具。按照模具材料不同，可将天线反射面天线模具分为金属模具和复合材料模具等。金属模具有铝模具、铸铁模具和殷钢模具；复合材料模具有碳纤维复合材料模具和石墨模具等。

在反射面天线固化成型过程中，反射器紧贴模具型面而固化成型，故模具型面精度(RMS)是反射器型面加工精度的一个重要影响因素。由于天线反射器需在中、高温下固化成型，使得模具在该温度载荷下产生热膨胀变形，造成热膨胀变形后的模具形面形状与模具原理论形面形状不一致，使得紧贴模具固化成型的反射器相对于反射器理论型面不一致，造成反射器型面精度变差。模具材料热膨胀系数(CTE)越大，则模具相对于原理论形面形状的热变形量越大，反射型面精度更差。因而，模具型面精度和热膨胀系数是衡量反射面天线模具性能的两个关键指标，是制造高精度反射器的两个关键因素和瓶颈技术。

传统铸铁模具和铝模具通过机械加工得到，模具型面精度取决于机械加工精度，难于得到进一步提高，且模具热膨胀系数大，故难于加工高精度反射面天线。针对传统模具的不足，目前采取的措施有：(1)采用低热膨胀系数的模具材料：低热膨胀系数模具材料有殷钢、碳纤维复合材料和石墨。(2)对模具型面进行修正和补偿：模具型面补偿是通过计算模具热膨胀变形量，并将该变形量反向补偿于模具型面得到新的模具型面方程的一种方法。在该新的模具型面方程下，模具经热膨胀变形后膨胀至所需的理论方程。

但上述设计方法不足之处在于：(1)模具的加工方式没有改变，仍通过机械加工方式得到，模具型面精度难于得到保证和提高。(2)模具型面补偿方法是在假设均匀温度场条件下计算的模具型面补偿量和补偿方程，与模具实际温度场存在一定差别，较难直接应用于工程中。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可调整复合材料模具设计装置与设计方法，该模具采用国内易获得的高强度碳纤维复合材料作为模具材料以使模具具有低热膨胀系数，通过型面调整来实现了模具型面的高精度，该方法可用于遥感卫星、通信卫星中高精度反射器的研制，亦可应用于地面高精度反射器研制，满足了高精度、低热膨胀系数反射面天线模具需要。

本发明采取如下的技术解决方案：一种可调整复合材料模具设计装置，其特征在于，主要包括模具型面、调整装置、调整工装、模具支撑背架和角片；

所述调整装置布置在模具型面的一侧，且具有直线位移进给功能；

所述模具型面通过调整装置与调整工装进行连接，所述调整工装上的基准点对模具型面的精度进行测量，获得调整装置的法向位移偏差，调整装置根据法向位移偏差对模具型面进行调整，

所述模具支撑背架在模具型面调整完成后通过角片与模具型面进行连接。

所述调整工装的刚度大于模具型面的刚度。

所述模具支撑背架通过角片以粘接和/或机械连接的方式与模具型面连接。

所述调整装置均匀布置于模具型面工作面的同侧或背侧。

一种可调整复合材料模具设计装置的可调整复合材料模具设计方法，包括以下步骤：

(1)确定调整装置的安装位置；

(2)根据步骤(1)中确定的调整装置安装位置，设计模具型面和模具型面调整工装；

(3)将设计得到的模具型面和调整工装通过调整装置进行安装连接；

(4)通过调整工装上的基准点对模具型面的精度进行测量；

(5)根据(4)中模具型面精度测量数据计算各调整装置处的法向位移偏差；

(6)根据(5)中计算得到的各调整装置处的法向位移偏差，对调整装置施加所需调整量，对模具型面进行调整；

(7)当所有调整装置调整完成后，对模具型面的精度进行测量，若模具型面精度没有提高，则进入步骤，否则返回步骤；

(8)根据步骤中确定的调整装置安装位置，设计框架结构模具支撑背架；

(9)将模具型面与模具支撑背架通过角片进行连接；

(10)拆除调整装置和调整工装，得到最终的复合材料模具。

根据中模具型面精度测量数据计算各调整装置处的法向位移偏差，具体由公式：