一种离散支撑蒙皮赋型模具及其使用方法

技术领域

本发明涉及到曲面钣金成型技术领域，具体来说，涉及一种离散支撑蒙皮赋型模具及其使用方法。

背景技术

射电天文观测和深空探测应用需求推动了大口径反射面天线技术的蓬勃发展，并助推了许多重大科学探索和发现。大口径反射面天线的反射面主要采用了蒙皮背筋结构的反射面板。该结构是由薄板蒙皮在按照特定曲面弯曲成型后再将背筋弯曲贴附在蒙皮背后，最后通过铆接或胶粘等方式固定连接而成。

由于较大的口径尺寸以及数量众多的分块方式，每个单块的反射面板曲率较小，因而蒙皮难以用塑性成形的方式进行弯曲成型，业内主要采用了“包络模具、蒙皮开缝、应力释放、真空负压”原理的面板精密成型技术和制造方法。其中，蒙皮的曲面赋型依托于模具完成。在传统的生产方法中，蒙皮的成型模具都是整体加工的，即模具具有整体连续刚性的工作曲面，因而模具的加工成本很高。每一种面板的生产都需首先制造一个特定曲面和尺寸规格的模具。对于大口径天线来说，由于面板种类很多，则需制造很多不同的模具，从而产生了巨大的生产、存储和管理成本。尤其是对于很多单台套或者很小批量的大口径天线而言，一次性的模具费用在项目整体费用中占比嫌大。另外，连续刚性面的一体式模具同时存在修正曲面形状的困难，不利于制造精度的提高和快速制造。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种离散支撑蒙皮赋型模具及其使用方法。其在一定程度上实现了曲面蒙皮的柔性制造，打破了面板和模具的对应关系，实现了一套模具生产多种面板的目的。特别适合于单台套或小批量的大口径反射面天线生产，以及其它大面积多品种面板类产品的生产。

本发明的技术方案是这样实现的，

一种离散支撑蒙皮赋型模具，包括基体、离散支撑装置、定位装置和定位棒；所述基体上设有多个用于安置离散支撑装置的支撑孔；

所述离散支撑装置包括护套和支撑柱；所述支撑柱的上端为半球形，支撑柱下部具有外螺纹结构，护套的内壁具有内螺纹结构；所述护套套装在支撑柱的下部，并与其螺纹连接；所述护套的顶部设有与其呈一体化的护套法兰；所述护套位于支撑孔中，且护套法兰架在支撑孔顶部的边缘处；多个离散支撑装置的支撑柱用于支撑待赋型的蒙皮；

待赋型的蒙皮上设有定位孔，位于定位孔正下方的离散支撑装置为定位装置；定位装置的支撑柱顶部具有沿支撑柱中轴线延伸的中心孔；所述定位棒贯穿待赋型的蒙皮上的定位孔，并固定在中心孔中。

进一步的，所述基体为一平面结构或曲面结构；所述支撑孔以矩形阵列的方式排布在基体上，所有支撑孔具有独立的识别编号，且各孔之间具有明确的位置关系。

进一步的，所述护套法兰的轴线和护套的轴线重合，且护套法兰的上表面具有圆周均匀的刻度。

一种离散支撑蒙皮赋型模具的使用方法，用于使用如上述的一种离散支撑蒙皮赋型模具，具体步骤如下：

步骤1：确定定位位置：

成型前，根据蒙皮的尺寸形状特点并结合模具上定位装置的分布情况，确定模具上蒙皮的覆盖范围，模具上的定位位置，以及待成型蒙皮的定位位置。该步骤可利用三维造型软件完成；

步骤2：安装定位装置

在模具上的定位位置安装定位装置；在模具上蒙皮覆盖范围内的其他支撑孔位置安装离散支撑装置；在蒙皮上定位位置加工出定位孔，该操作可在蒙皮外形的切割过程中一次性定位加工完成；

步骤3：成型曲面调整

通过支撑柱和套筒的相对旋转运动调整支撑柱的高度，使各离散的支撑柱上端部形成设计既定的曲面形状；精确的调整动作可利用识别护套法兰上的刻度辅助完成；

步骤4：成型曲面确认

支撑柱调整完毕后，取下定位棒，将所有蒙皮覆盖范围的支撑柱上套上测量套筒，在测量套筒上表面粘贴测量靶标，使用数字近景摄影测量设备或其他高精度测量设备快速采集并计算生成曲面的实时形状，以确认曲面调整到位或指导调整作业。

步骤5：蒙皮定位

取下所有测量套筒；在模具定位装置的支撑棒上插入定位棒；将精确切割外形及定位孔的蒙皮铺展在模具的支撑柱上，使定位装置的定位棒插入蒙皮上相应的定位孔，实现蒙皮和模具的定位；

步骤6：蒙皮成型

使用真空负压、沙袋或其他均布压力的方式使蒙皮和模具的各支撑柱上表面贴合紧密可靠，以实现曲面蒙皮的赋型。

进一步的，所述测量套筒为圆柱形结构，其顶部设有凸台，底部设有沿测量套筒中轴线延伸的圆柱孔；圆柱孔的内径与支撑柱的外径相同；所述圆柱孔的中轴线和凸台的中轴线重合；所述凸台的上表面粘贴有测量靶标。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

1、本发明通过单独调整一定数量离散化的支撑结构，调整点阵相对位置，在一套模具上实现了不同曲面的构型，实现了不同蒙皮零件精确定位和赋型的柔性制造，操作性好，通用性强。

2、本发明实现了一套模具代替多个模具的效果，特别适合于小批量多种类的面板生产任务，大大降低了模具的制造、存储和管理成本。

3、本发明便于进行模面形状和精度的调整，省掉了修模步骤，缩短了生产周期，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的使用结构示意图。

图3是本发明实施例离散支撑装置的结构示意图。

图4是本发明实施例定位装置的结构爆炸图。

图5是本发明实施例定位装置的结构示意图。

图6是本发明实施例待赋型的蒙皮的结构示意图。

图7是本发明实施例的测量套筒的结构剖面图。

1：基体；2：离散支撑装置；3：定位装置；4：蒙皮；

2.1：护套，2.2：支撑柱；

3.2：带孔支撑柱，3.3：定位棒；

4.1：开缝结构，4.2定位孔；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图做简单的介绍。描述下列具体实施方式只为示例本发明不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参照图1至图7，一种离散支撑蒙皮赋型模具，主要包括基体1、离散支撑装置2、定位装置3、测量套筒等部分。其中基体1为2.5米×2米的平面钢板，厚度为50毫米。钢板上等距均布阵列支撑孔，支撑孔直径60毫米，支撑孔间距80毫米。如此，每个支撑孔中心点之间都具有明确的位置关系。

离散支撑装置2包括护套2.1和支撑柱2.2两部分。其中护套2.1具有内螺纹结构，护套2.1的护套法兰上表面设置有辐射状的等间距刻度线。支撑柱2.2的上端为直径为50mm的半球形，下半部加工出外螺纹。护套的内螺纹和支撑柱的外螺纹相配合，螺纹选择为细牙梯形螺纹。刻度线用于指导支撑柱的调整作业，操作人员可根据刻度线轻松判断出支撑柱的旋转圈数，从而通过螺距精确计算出支撑柱上下方向的调整距离。

定位装置3包括护套2.1、带孔支撑柱3.2和定位棒3.3。带孔支撑柱3.2和支撑柱2.2的唯一区别在于带孔支撑柱3.2的顶端加工出了直径10mm的中心深孔。定位棒的直径也为10mm。

护套2.1和基体1上的孔固定连接；支撑柱2.2和护套2.1配合连接，并可以沿其轴线做升降运动。测量套筒内圆柱孔直径50mm，可以与支撑柱的上端精确配合。上端具有圆凸台的特征，凸台外径15mm，且与内孔同心。凸台上表面和内圆柱孔的顶面距离均为10mm。凸台的上表面粘贴玻璃微珠的反光测量靶标。

为了实现蒙皮的精确定位和赋型，模具的主要使用操作方法如下：

1、通过理论模型和数据计算，确定模具的曲面形状和定位位置。

根据蒙皮的模型和模胎的规格数据，确定模具的曲面形状，即确定了理论上模具中各支撑柱的相对高度位置，并选择合适位置作为定位的位置；按照成型后的蒙皮数据计算并切割其平面展开料，包括定位孔的尺寸也需一次加工完成。

在本实施例中，根据蒙皮的形状特点确定了蒙皮角点附近的8个定位位置，这八个位置对应着模具上的8个位置用来安装定位装置。

2、调整模具的离散曲面

调整模具上各离散支撑装置中支撑柱半球顶端的相对高低位置，使得一定数量的离散的支撑柱的半球顶端可以拟合出合格的蒙皮成型所需的曲面形状。调整完毕后将全部支撑柱套上测量套筒，并通过数字近景的方式进行凸台圆心处的数据采集，以此计算生成曲面的精度结果进行再次调整，直至离散的支撑柱顶部拟合形成的曲面合乎要求。

选择步骤1中已经确定的8个定位位置，将已安装的离散支撑装置更换为定位装置，其操作可以是只将支撑柱更换为带孔支撑柱，并在其中心孔中插入定位棒。

3、定位蒙皮，完成精确曲面赋型

将平面蒙皮附在模具的支撑柱上，将蒙皮的定位孔套穿在定位棒上。定位棒和定位孔的配合实现了蒙皮的精确定位，然后在通过沙袋或真空负压的方式将蒙皮均匀的完全贴附在支撑柱上实现了蒙皮的精确赋型。

总的来说，本发明专利提供了一种离散支撑蒙皮赋型模具的技术方案，适用于大面积小曲率刚性蒙皮的精确定位和曲面赋型。该方案利用多点成形原理，提供了一种多点支撑非连续面的分体式模具。该模具通过众多规则排列的离散支撑装置以点阵的形式实现了高精度的离散成型曲面；结合理论模型和实物的具体尺寸特点，选择合适的定位位置，通过定位棒和定位孔的方式实现了蒙皮和模具的精确定位。相对于传统连续刚性面的一体式模具，本技术方案在一定程度上实现了曲面蒙皮的柔性制造，打破了面板和模具的对应关系，实现了一套模具生产多种面板的目的。特别适合于单台套或小批量的大口径反射面天线生产，以及其它大面积多品种面板类产品的生产。

该技术方案可以极大减少模具的种类和数量，极大降低模具生产和存储成本，缩短了修模试模的周期，具有积极的意义。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。