[发明专利]超薄细长弹性管状杆的成形工装及成形方法

说明书

技术领域

本发明属于金属管成型技术领域，尤其是涉及一种金属成形工装，该工装能够成形超薄细长弹性金属管状杆，该管状杆主要用于航天器展开机构中。其不仅适用于航天器领域，也可适用于民用装备等领域。

背景技术

管状杆为一维展开机构，是航天器展开机构中一项重要机构。该类结构平绕在鼓轮上或自身绕成卷筒状，折叠收纳成收拢状态。无需外部能源，依靠自身弹性即可从收拢状态恢复为长的管状杆。

文献公开报道国外有直径15mm和直径20mm的一元管状杆应用于航天器中，多采用不锈钢材料，1m长度范围重量约为50g和100g。但随着微小卫星的重量越来越小的需求，收纳比更大，重量更轻的一元管状杆的研制变得更加重要。特别是本专利提到的超薄壁管状杆，1m长度范围内重量不到10g。针对该类超薄壁管状杆，壁厚亚微米量级，成形及控制工艺方法较特殊，国内目前还没有机构进行这方面的研究。因此，需要研制专门的成形工装用于超薄壁金属带材管状杆结构的成形。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种超薄细长弹性管状杆的成形工装，设计的成形装置能够实现超薄壁（壁厚≤0.06mm）金属带材的缠绕成形，成形后的管状杆具有较小的成形直径，展收收纳比达100以上。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种超薄细长弹性管状杆的成形工装，包括弯曲凸模、弯曲凹模和定型工装；

所述弯曲凸模包括：凸模、凸模辊滑轨、凸模辊支架、螺母、凸模辊支承轴、垫片、凸模辊轴承、凸模辊；所述凸模上设有凸模弧形凹槽，所述凸模弧形凹槽开口处设有凸模矩形扩展槽，所述凸模矩形扩展槽两侧各安装有一条凸模辊滑轨，凸模辊滑轨上设有可滑动的凸模辊支架，凸模辊中心左右安装有凸模辊轴承，所述凸模辊的辊轮弧面与凸模弧形凹槽配合，即凸模辊的辊轮能放入凸模弧形凹槽内，所述凸模辊支承轴穿过凸模辊轴承，所述凸模辊支撑轴两端架设在两个凸模辊支架上，依靠外侧的第一螺母和第一垫片固定，使凸模辊能绕凸模辊支承轴滚动，凸模辊支架在凸模辊滑轨水平方向移动，向前形成移动加滚动的成形运动；

所述弯曲凹模，包括凹模、凹模辊滑轨、凹模辊支架、第二螺母、凹模辊支承轴、第二垫片、凹模辊轴承、凹模辊；所述凹模上设有凹模弧形凹槽，所述凹模弧形凹槽开口处设有凹模矩形扩展槽，所述凹模矩形扩展槽两侧各安装有一条凹模辊滑轨，所述凹模滑轨上固定有凹模辊支架，凹模辊中心左右安装有凹模辊轴承，所述凹模辊的设有向内凹陷的凹模辊凹槽，所述凹模辊凹槽与凹模弧形凹槽配合，截面形成一个整圆，所述凹模辊的轮辊置于凹模矩形扩展槽内，所述凹模辊支承轴穿过凹模辊轴承，依靠两侧的第二螺母和第二垫片固定，使凹模辊能绕凹模辊支承轴滚动，凹模辊支架在凹模辊滑轨上水平方向移动，向前形成移动加滚动的成形运动；

所述定型工装包括：定型芯轴和定型模，所述定型芯轴的外径与所加工的管杆内径相等，所述定型模的内径与所加工的管杆外径相等，即定型芯模与定型模之间为合金板带经弯曲凸模和弯曲凹模成型的结构件，成形的合金板带和定型芯轴依靠定型模固定，形成定型模组件；

进一步的，所述定型模外形可根据具体的热处理设备为外圆形、外四方或外正多边形的结构。

进一步的，所述弯曲凸模还包括：压平辊芯轴、压平辊轴承、板带压平辊和辅助支撑臂；所述板带压平辊两侧安装有压平辊轴承，所述压平辊芯轴穿过压平辊轴承固定在两个辅助支撑臂上，辅助支撑臂固接在凸模支架上，组成辅助辊压组件。

进一步的，所述凸模和凹模为同一模座，所述凸模轨道和凹模轨道为同一模座的轨道，所述凸模辊支架和凹模辊支架为同一支架，所述凸模辊支承轴和凹模辊支承轴为同一轴，所述辅助支撑臂与凸模辊支架为能拆装的装配结构；即仅通过更换凸模辊和凹模辊就可在同一基础组件上完成管状杆的一次弯曲成形和一次校形成形工作。

根据管状杆使用性能要求，采用一次弯曲成形→次校形成形→次定型成形模式，实现超薄壁弹性合金带的塑性成形。这种结构采用一次弯曲成形实现下半圆的成形，一次校形成形完成上半圆的成形，最后通过定型工装，热处理完成最终整圆的定型。一次弯曲成形过程，依靠辅助辊压组件，压平薄壁合金带，避免后续弯曲成形板带翘曲变形，实现超薄比板带的塑性成形，使该机构能够制造出超薄比收纳比100以上的合金管状杆。因此，本发明在超薄比金属管状杆的成形应用领域具有很强的竞争力。

本发明中，定型模组件通过定型模将通过弯曲凸模和弯曲凹模成形的板带固定，完成整个成形装置的最后一道工序，最终通过热处理实现定型。