[发明专利]一种碳纤维复合材料模具表面成型性能筛选方法

说明书

本发明一种碳纤维复合材料模具表面成型性能筛选方法，具体方法为：1)采用数控机床将母模加工出成型表面；2)采用模具预浸料在步骤一的母模表面进行铺放，预浸料铺放完成后，根据模具预浸料树脂体系的固化制度，在热压罐或烘箱中完成复合材料模具的固化成型；3)将复合材料模具在母模上脱出，对复合材料模进行冷热循环处理，获取产品型面的点云信息，并传递给数控磨抛加工系统；4)对高点材料进行去除，待型面精度收敛到模具型面精度阈值后，采用抛光设备依据型面最终精度要求进行循环抛光；5)采用三维测量方法对其成型表面的性能进行综合评估。本发明解决了碳纤维复材成型模具通过磨抛加工手段进一步提高型面精度后表面性能的综合评价问题。

技术领域

本发明属于碳纤维增强树脂基复合材料结构成型技术，应用于航天器复合材料天线反射器结构产品的研制。

背景技术

星载大口径复合材料天线反射器为典型的碳纤维蒙皮蜂窝夹层结构，具有轻量化、高精度、高热稳定性等特点，且随着星载天线向着高频段发展，反射器的口径和型面精度也逐步提升。

树脂基碳纤维复合材料天线反射器成型主要指碳蒙皮蜂窝夹层结构，通过成型模具在高温、高压条件下将两张碳纤维蒙皮与蜂窝芯端面胶接固化，形成稳定结构，同时通过设计专门的机械接口与馈源和安装支架连接，确保满足发射段的力学性能要求和在轨的电性能要求。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构天线反射器的成型模具材料主要包括铸铁、殷钢、碳纤维等，其中铸铁模具适合于成型型面精度在0.1mm RMS的反射器；殷钢模具线膨胀系数较低，适于成型型面精度在0.05mm～0.1mm RMS的反射器；碳纤维模具的线膨胀系数在保持较低的线膨胀系数的同时兼具与产品线膨胀系数一致性较好的优势。

但目前碳纤维成型模具的型面精度主要靠母模翻模得到，其直接成型能够达到的极限精度约0.05mm RMS，仍无法满足大口径高精度复材天线反射器的研制需求，因此需要在直接成型精度的基础上进行磨抛加工进一步提高精度。复材模具表面状态对于其成型性能、精度保持性、脱模精度损失控制等有较大影响，而目前确认对于复材成型模具表面状态的综合评估标准，已有的诸如表面粗糙度的评估方法也较为单一，无法实现对复材磨抛加工后表面的综合评估。

发明内容

本发明解决的技术方案是：目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种碳纤维复合材料模具表面成型性能综合评价方法，解决了碳纤维复材成型模具通过磨抛加工手段进一步提高型面精度后表面性能的综合评价问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种碳纤维复合材料模具表面成型性能筛选方法，步骤如下：

(1)：采用数控机床将母模按照抛物面方程加工出一定型面精度和表面粗糙度的成型表面；

(2)：采用模具预浸料在步骤一的母模表面进行铺放，在预浸料铺放过程中，根据模具预浸料树脂体系的预压制度，对预浸料进行预压处理；预浸料铺放完成后，根据模具预浸料树脂体系的固化制度，在热压罐或烘箱中完成复合材料模具的固化成型；

(3)：复合材料模具在母模上完成步骤二的固化成型后，将复合材料模具在母模上脱出，保证复合材料模具脱模过程无分层开裂损伤，脱模完成后对复合材料模具在能承受的高低温温度范围内进行冷热循环处理，然后对模具成型面采用三坐标测量机进行测量，获取产品型面的点云信息，即高低点坐标值，并对点云分布情况进行拟合处理，将满足模具型面精度阈值的点确定为低点，其余点确定为高点，得到点云信息；将高点区域的点云信息传递给数控磨抛加工系统；

(4)：数控磨抛加工系统根据收到的点云信息生成数控加工程序，磨具按照程序设定的运行轨迹对高点材料进行去除，待型面精度收敛到模具型面精度阈值后，采用抛光设备依据型面最终精度要求进行循环抛光，即抛光一次测量一次，直至收敛到目标型面精度；