本站动态

复材网新版本上线啦~

高精度旋转抛物反射面模具的设计

日期：2005-05-13 来源： 浏览：229

  摘要：高精度旋转抛物反射面型面均方根误差要求很严，复合材料反射面成型时须考虑模具材料的热变形。本文建立了一个方法，对理论方程进行修正。按新方程加工的模具，当加热达到复合材料的成型温度时恰好变形到理论方程型面。如配合“零膨胀”设计，在此型面成型的将是一个高质量产品。
    关键词：复合材料；天线；模具；热变形
    中图分类号：TN820. 8；TQ327. 1文献标识码：A文章编号：1003 -0999（2005）02 -0026 -03

1  前言
    随着通讯技术的进步，人们对天线反射面的型面精度的要求越来越高，其均方根差从几十微米到几百微米。复合材料反射面质轻、受温度影响小，其应用越来越多。复合材料反射面的型面精度是靠原材料、铺层工艺及模具保证的。为了减少热变形，零膨胀设计使复合材料反射面定型后，型面受温度影响变化降至低。模具的影响主要表现在模具的加工精度及热膨胀。现在的机械加工技术，保证了模具加工误差、其均方根差在l00uLm以下是可以办
到的。由于热膨胀是难以避免的，设计者应尽量选择热膨胀系数较小的材料制造模具，但可供选择的材料不多且价高，工艺性也不好，难以应用。一般用铸铁、碳钢加工模具，其热膨胀系数a在20一20090范围内。铸铁为（8.5~11．16) x 10 -6/℃，碳钢为（11.3一13）x 10 -6/℃。用其作模具，这样的膨胀系数对于小尺寸的反射面影响还小，但对大尺寸的反射面，其影响就不可不计。笔者推导证明了抛物面热变形后，仍为抛物面，只是焦距有了变化。这为
型面修正创造了条件。设想将模具型面设计为某一型面，该型面在复合材料达到定型温度时正好膨胀到给定的理论方程型面尺寸；在此温度复合材料定型，如为零膨胀铺层设计，则该型面将保持为理论型面，不再受温度影响而膨胀或缩小变形。
2  理论背景
    一个均质的物体上任意两点间膨胀变形，在计算时△L=axLx△To式中△L为变形量;a为膨胀系数；△T为温差;L为两点间距。L是指两点间直线距离，与从一点到另一点的路径无关。
    可以证明图1中A,B间变形是一样的，计算模具两点间热变形只考虑两点间直线距离。

    抛物线Z = X2 /4F是一簇Z＝0为顶点的曲线族，如图2。它们之间区别在于焦距不同，不同的焦距Fl, F2 , F3……对应不同的曲线①、②、③……。当F1 -->F2时，曲线①斗曲线②，当F1＝F2时两曲线合二为一。这就说明热变形时，模具焦距由F1膨胀凡，其型面也就由Z1变形到Z2。

3  理论公式的建立
    在建立公式之前，先作如下叙述：一个相同材料做成的模具具有a膨胀系数的抛物面Z1=（X2＋Y2）/(4F1）型面，经升温△T变形后仍是抛物面Z2＝（X2＋Y2）／｛4F1(1＋a△T)｝，只是改变了焦距，由F1变成F1（1＋a△T)，也就是Z2＝（X2＋Y2）／4F1（1＋a△T）。为了方便讨论问题，在平面坐标系中讨论。令Y＝0，则Z=X2/4F.

 

如果从修正模具的观点出发，该公式表示已知理论方程的焦距F，修正型面的焦距Fx可用此公式算出。举例证明如下：


  现计算一下未经修正的误差，见图4。

从上述计算可知，热变形还是不小的，而且随着X,Y值的增加而增大，在上例中数值已达到了产品型面允许公差的30一50％，所以在模具设计中应考虑模具的热变形。复合材料基体配方确定成型温度，根据实际情况确定模具加工温度，从而确定了模具修正面热变形温差。
4  结语
    本文建立了一个计及热变形旋转抛物反射面成型模具的设计公式。利用该公式修正理论方程，在温升到复合材料成型温度时，模具型面恰好变形到理论方程型面。如配合材料的“零膨胀”设计，所成型的产品将是一个高精度的并不随温度变化的产品。

 MOULD DESIGN FOR ROTATION PARABOLIC REFLECTOR OF HIGH PRECISION
                                          LI Cheng-bei
                  （Beijing FRP Research＆Design Institute，Beijing 102101，China）
    Abstract：The deviation of the mean square root is very strict for a rotation parabolic reflector of high precision. When a composite reflector is molded，the heat distortion of the mould material should be taken into consider-ation．The paper  adopts the method to revise the theoretical equation. When the mould designed with the new equation is heated to molding temperature，the distortion meets the theoretical equation nicely．With combining zero expansion design，the high quality product will be made．
    Key words：composite；antenna；mould；heat distortion