复合材料天线罩模具设计浅析

倪娜 赵德新 王宏亮

摘  要：天线罩树脂基纤维增强复合材料（简称复合材料）由于其高强度、高刚性以及良好的抗疲劳型、抗腐蚀性没在航空航天领域广泛应用。模具是复合材料构件制造使用的主要工艺装备，用以确定制件的形状、结构关系、控制外圆和获得良好的表面质量。本文以某型号产品天线罩为基础，对模具设计展开分析，可供复合材料模具设计参考。

关键词：复合材料构件;天线罩;模具设计

1引言

复合材料的最大特点是复合后的材料优于其组分材料性能，如两层玻璃布增强纤维、聚合物树脂和蜂窝夹层复合后的结构，能得到比玻璃布增强纤维、聚合物树脂、蜂窝天线罩单独的性能高得多的刚度和强度。复合材料相对于金属材料，其比强度高、比刚度高，在达到同样强度和刚度的情况下，质量要比原来的轻1/3～1/2。再结合其透波性，完全适用于天线罩的材料选用要求。

热固性复合材料构件成型方法主要分为手工湿法成形、缠绕、真空袋烘箱模压法、预浸料热压罐方法、压机固化、树脂传递模塑（RTM）、树脂膜熔渗（RFI），应用较广的是真空袋烘箱模压法、预浸料热压罐方法。然而每种方法均需要模具对其外形结构进行支撑控制。本文以某型号产品天线罩为例进行分析。

2典型天线罩构件分析

天线罩作为无线电子系统的功能部件，其使用目的除了保护天线系统外，还起到了消除风负荷的效果，由于天线罩对天线信号收发方面有重要作用，因此天线罩需要较高的加工精度和表面质量。图1为某型号天线罩结构示意图，其材质为环氧树脂复合材料，用模压法成型。该天线罩为四方结构，外形尺寸80mm×80mm，壁厚仅为0.6mm，加之其外圈2mm厚度法兰要求，薄壁结构成型脱模时罩体粘连模具，易造成变形断裂及表面质量损伤。为保证罩体最终的壁厚均匀、尺寸合适，以及内、外表面光洁度要求，对模具精度及其脱模方法有较高要求。对于壁厚较薄的复材构件，在成型后已经不适用于机械加工，需要人工打磨表面，去除表面光滑的树脂堆积层，进而保证后续工序的可靠性。

3天线罩模具构件分析

结合该天线罩结构特点分析，适用于阴阳模压成型。阴阳模压成型模具如图2所示包括四部分：阴模、阳模、阴模脱模环、阳模脱模环。阴模和阳模分别用阴模脱模环、阳模脱模环与天线罩分离，进而再将脱模环与天线罩分离，分离模具本案例中采用螺钉加力方法分离模具。设计阴阳模具的分界线是天线罩的内外面，以本文示例天线罩为例，天线罩内部形状对应阳模、天线罩外面形状对应阴模，划清阴模、阳模的分界线后，再将脱模环的结构分别加入到天线罩与对应阴阳模具之间，在拆除模具过程中，利用螺钉顶住阴模脱模环拆除阴模、利用螺钉顶住阳模脱模环拆除阳模，其次是拆除阴模脱模环、阳模脱模环。脱模环一方面方便拆除阴模、阳模，一方面保护天线罩不受损伤。为防止去除阴阳脱模环时对构件造成损伤，在模具中顶出制件位置增加垫片。

4工艺性分析

在设计模具时我们在第2节可以掌握模具设计的基本思路，在设计过程中还需注意一下细节。

脱模角度：在复合材料制件的内外表面沿脱模方向，应设计足够的脱模斜度以利于脱模，防止脱模困难或者顶出时拉坏、擦伤制件。

模具材料选择、防止压机挤压变形：制造模具的材料要求具有高硬度、高强度、高耐磨性等性能。对于冲压件复合材料成型模具，选用质量高、耐磨性好的模具钢。

防止脱离阴模脱模环、阳模脱模環的过程中伤害模具：成型模具多用于批量生产，脱模过程中注意不要划伤模具内表面，避免影响模具使用性能。

模具表面粗糙度：复合材料模具表面与制件接触面粗糙度要求较高，模具加工完成后须打磨与制件接触面，保证粗糙度要求。

5 应用效果

通过实际零件的加工表明，天线罩加工后产品质量良好，结构满足图纸要求，产品表面状态光滑、无气孔等缺陷，加工质量稳定，满足了型号研制的需求。天线罩的成本与数量直接相关，模具增加即可减少每个天线罩的生产成本，所以需要根据实际情况调整模具数量进而实现成本最小化。

6结束语

本文提供了一种复合材料天线罩模具设计方法，虽然系统本身较为简单，但应用效果良好，也正因此特点，其经济性尤为突出，更加适用于单件小批量产品的加工。

参考文献

[1]张强。天线罩理论与设计方法[M].国防工业出版社。2014年1月第1版。

[2] 李桂东， 周来水. 复合材料构件成型模具设计方法[J].南京航空航天大学学报，2009，41（06）：777-782.

[3]王大恒，吴旭阳. 复合材料模具设计制造工艺的探讨[J]. 理论与实践2018年8月上：5673.

[4] 乌云其格格，杜宇，益小苏.一种无色透明环氧树脂复合材料的制备及其性能研究[J].高科技纤维与应用，2018，43（3）V255

作者简介

倪娜，女，1986年，目前从事星上精密机构制造工艺设计工作。