超薄细长弹性管状杆的成形工装及成形方法

摘要

本发明属于管状杆成形技术领域，特别的提供了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、凸模辊，所述凸模辊能沿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、凹模辊；所述凹模辊能沿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，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；本发明所述的成形工装能够实现超薄壁金属带材的缠绕成形的管状杆，成形的管状杆具有较小的成形直径，展收收纳比达100以上。

权利要求

1.超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：包括弯曲凸模、弯曲凹模；

所述弯曲凸模，包括：凸模(101)、凸模辊滑轨(102)、凸模辊支架(103)、凸模辊支承轴(105)、凸模辊(108)；所述凸模(101)上设有凸模弧形凹槽(100)，所述凸模弧形凹槽(100)两侧各安装有一条凸模辊滑轨(102)，凸模辊滑轨(102)上设有凸模辊支架(103)，所述凸模辊支架(103)沿凸模辊滑轨(102)滑动，所述凸模辊(108)的辊轮弧面与凸模弧形凹槽(100)配合，所述凸模辊支承轴(105)两端固定在两个凸模辊支架(103)上；

所述弯曲凹模，包括：凹模(201)、凹模辊滑轨(202)、凹模辊支架(203)、凹模辊支承轴(205)、凹模辊(208)；所述凹模(201)上设有凹模弧形凹槽(200)，所述凹模弧形凹槽(200)两侧各安装有一条凹模辊滑轨(202)，所述凹模辊滑轨(202)上设有凹模辊支架(203)，所述凹模辊(208)的辊轮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(200)配合形成整圆截面，凹模辊支承轴(205)两端固定在凹模辊支架(203)上。

2.根据权利要求1所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：还包括定型工装，所述定型工装包括：定型芯轴(002)和定型模(003)，所述定型芯轴(002)的外径小于定型模(003)的内径。

3.根据权利要求2所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：定型模(003)为外圆形或外四方或外多边形结构。

4.根据权利要求2所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：所述弯曲凸模还包括：压平辊芯轴(109)、压平辊轴承(110)、板带压平辊(111)和辅助支撑臂(112)；所述板带压平辊(111)两侧安装有压平辊轴承(110)，所述压平辊芯轴(109)穿过压平辊轴承(110)固定在两个辅助支撑臂(112)上，辅助支撑臂(112)的另一端安装在凸模辊支架(103)上。

5.根据权利要求3所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：所述凸模弧形凹槽(100)开口处向两外侧设有凸模矩形扩展槽(1000)，所述凹模弧形凹槽(200)开口处设有凹模矩形扩展槽(2000)。

6.根据权利要求1所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：所述弯曲凸模还包括凸模辊轴承(107)，凸模辊轴承(107)安装在凸模辊(108)中心左右；所述弯曲凹模还包括凹模辊轴承(207)，凹模辊轴承(207)安装在凹模辊(208)中心左右。

7.根据权利要求1所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装，其特征在于：所述凸模辊支架(103)上端呈U形结构或长方形开口结构，所述凸模辊支承轴(105)架设在凸模辊支架(103)的U型口内或长方形口内，凸模辊支架(103)外侧由第一螺母(104)和第一垫片(106)固定；所述凹模辊支架(203)上端呈U型结构或长方形开口结构，所述凹模辊支承轴(205)架设在凹模辊支架(203)的U型口内或长方形口内，凹模辊支架(203)外侧由第二螺母(204)和第二垫片(206)固定。

8.一种使用超薄细长弹性管状杆的成形工装的成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将合金板带(001)放置在凸模矩形扩展槽(1000)上，调节凸模辊(108)与凸模弧形凹槽(100)的间隙，由第一螺母(104)和第一垫片(106)将凸模辊支承轴(105)固定在两侧的凸模辊支架(103)上，调节板带压平辊(111)至凸模矩形扩展槽(1000)内，推动凸模辊支架(103)，使凸模辊(108)沿凸模辊滑轨(102)滑动，板带压平辊(111)压住合金板带(001)，凸模辊(108)辊压合金板带(001)至凸模弧形凹槽(100)内，完成一次弯曲成形；

S2、将经过依次弯曲成形后的合金板带(001)放置在凹模弧形凹槽(200)内，将定型芯轴(002)放置在弯曲的合金板带(001)内，调节凹模辊(208)与凹模弧形凹槽(200)的间隙，由第二螺母(204)和第二垫片(206)将凹模辊支承轴(205)固定在两侧的凹模辊支架(203)上，推动凹模辊支架(203)，使凹模辊(208)沿凹模辊滑轨(202)滑动，凹模辊(208)辊压一次弯曲后的合金板带(001)至贴合完全贴合与定型芯轴(002)，完成一次校形成形；

S3、将定型模(003)套设在一次校形成形的合金板带(001)和定型芯轴(002)上，经热处理完成最终整圆的定型。

说明书

超薄细长弹性管状杆的成形工装及成形方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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

[0004] 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。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 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；

[0007] 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；

[0008] 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；

[0009] 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；

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 相对于现有技术，本发明所述的超薄细长弹性管状杆的成形工装具有以下优势：

[0016] 本发明所述的成形工装能够实现超薄壁，壁厚≤0.06mm金属带材的缠绕成形，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，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。

附图说明

[0017] 构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在
附图中：

[0018] 图1为本发明实施例所述的成形工装弯曲凸模外观图；

[0019] 图2为本发明实施例所述的弯曲凸模部分剖视图；

[0020] 图3为本发明实施例所述的弯曲凸模端面示意图；

[0021] 图4为本发明实施例所述的弯曲凸模压平辊部分剖视图；

[0022] 图5为本发明实施例所述的成形工装弯曲凹模外观图；

[0023] 图6为本发明实施例所述的弯曲凹模部分剖视图；

[0024] 图7为本发明实施例所述的弯曲凹模端面示意图；

[0025] 图8为本发明实施例所述的成形工装定型模外观图。

[0026] 附图标记说明：

[0027] 100-凸模弧形凹槽；1000-凸模矩形扩展槽；101-凸模；102-凸模辊滑轨；103-凸模辊支架；104-第一螺母；105-凸模辊支承轴；106-第一垫片；107-凸模辊轴承；108-凸模辊；
109-压平辊芯轴；110-压平辊轴承；111-板带压平辊；112-辅助支撑臂；200-凹模弧形凹槽；
2000-凹模矩形扩展槽；201-凹模；202凹模辊滑轨；203-凹模辊支架；204-第二螺母；205-凹
模辊支承轴；206-第二垫片；207-凹模辊轴承；208-凹模辊；001-合金板带；002-定型芯轴；
003-定型模。

具体实施方式

[0028] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0029] 在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解
为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另
有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0030] 在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上
述术语在本发明创造中的具体含义。

[0031] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

[0032] 本发明所述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；

[0033] 如图1、2和3所示，所述弯曲凸模包括：凸模101、凸模辊滑轨102、凸模辊支架103、第一螺母104、凸模辊支承轴105、第一垫片106、凸模辊轴承107、凸模辊108；所述凸模101上
设有凸模弧形凹槽100，所述凸模弧形凹槽100开口处设有凸模矩形扩展槽1000，所述凸模
矩形扩展槽1000两侧各安装有一条凸模辊滑轨102，凸模辊滑轨102上设有可滑动的凸模辊
支架103，凸模辊108中心左右安装有凸模辊轴承107，所述凸模辊108的辊轮弧面与凸模弧
形凹槽100配合，即凸模辊108的辊轮能放入凸模弧形凹槽100内，所述凸模辊支承轴105穿
过凸模辊轴承107，所述凸模辊支撑轴105两端架设在两个凸模辊支架103上，依靠外侧的第
一螺母104和第一垫片106固定，使凸模辊108能绕凸模辊支承轴105滚动，凸模辊支架103在
凸模辊滑轨102水平方向移动，向前形成移动加滚动的成形运动；

[0034] 如图1和4所示，所述弯曲凸模还包括：压平辊芯轴109、压平辊轴承110、板带压平辊111和辅助支撑臂112；所述板带压平辊111两侧安装有压平辊轴承110，所述压平辊芯轴
109穿过压平辊轴承110固定在两个辅助支撑臂112上，辅助支撑臂112固接在凸模辊支架
103上，组成辅助辊压组件。

[0035] 如图5、6和7所示，所述弯曲凹模，包括凹模201、凹模辊滑轨202、凹模辊支架203、第二螺母204、凹模辊支承轴205、第二垫片206、凹模辊轴承207、凹模辊208；所述凹模201上
设有凹模弧形凹槽200，所述凹模弧形凹槽200开口处设有凹模矩形扩展槽2000，所述凹模
矩形扩展槽2000两侧各安装有一条凹模辊滑轨202，所述凹模滑轨202上固定有凹模辊支架
203，凹模辊208中心左右安装有凹模辊轴承207，所述凹模辊208的辊轮设有向内凹陷的凹
模辊凹槽，所述凹模辊凹槽与凹模弧形凹槽200配合，截面形成一个整圆，所述凹模辊208的
轮辊置于凹模矩形扩展槽2000内，所述凹模辊支承轴205穿过凹模辊轴承207，依靠两侧的
第二螺母204和第二垫片206固定，使凹模辊208能绕凹模辊支承轴205滚动，凹模辊支架203
在凹模辊滑轨202上水平方向移动，向前形成移动加滚动的成形运动。

[0036] 如图8所示，所述定型工装包括：定型芯轴002和定型模003，所述定型芯轴002的外径与所加工的管杆内径相等，所述定型模003的内径与所加工的管杆外径相等，即定型芯模
002与定型模003之间为合金板带001经弯曲凸模和弯曲凹模成型的结构件，成形的合金板
带001和定型芯轴002依靠定型模003固定，形成定型模组件，图中所示的定型模003为外圆
形，外形可根据具体的热处理设备改为外四方或外多边形的结构。

[0037] 最佳的，所述凸模101和凹模201为同一模座，所述凸模轨道102和凹模轨道202为同一模座的轨道，所述凸模辊支架103和凹模辊支架203为同一支架，所述凸模辊支承轴105
和凹模辊支承轴205为同一轴，所述辅助支撑臂112与凸模辊支架103为能拆装的装配结构；
即仅通过更换凸模辊108和凹模辊208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。

[0038] 本发明所述的超薄细长弹性管状杆成型工装的加工原理及成形方法：

[0039] 本发明所述的弯曲凸模的运动由手动驱动，根据后续要求可改为电动，也可将凸模101置于运动机构上，固定凸模辊支架103，实现凸模101与凸模辊支架103的相对运动；设
有凸模辊108和板带压平辊111的凸模辊支架103沿凸模滑轨102做直线运动，依靠板带压平
辊111的滚压运动，限制薄壁板带的扭曲变形；如图3所示，所述凸模辊支架103一端呈U型结
构或长方形口结构，所述凸模辊支承轴105架设在凸模辊支架103的U型口内或长方形口内，
通过调节凸模辊支承轴105在凸模辊支架103上的上下位置，控制凸模辊108和凸模弧形凹
槽100的间距，依靠凸模辊108的滚压形成实现管状杆的下半圆成形，完成一次弯曲成形；

[0040] 本发明所述的弯曲凹模组件的运动由手动驱动，根据后续要求可改为电动，也可将凹模201置于运动机构上，固定凹模辊支架203，实现凹模201与凹模辊支架203的相对运
动；设有凹模辊208的凹模辊支架203沿凹模滑轨202做直线运动，同时将合金板带001和定
型芯轴002放入凹模弧形凹槽200对应位置上，如图5所示，所述凹模辊支架203一端呈U形结
构或长方形口结构，所述凹模辊支承轴205架设在凹模辊支架203的U形口内或长方形口内，
通过调节凹模支承轴205在凹模辊支架203上的上下位置，控制凹模辊208和凹模弧形凹槽
200的间距，依靠凹模辊208的滚压形成实现管状杆的上半圆成形，完成一次校形成形；

[0041] 本发明所述的定型工装的使用，将定型模003套设在一次校形成形的合金板带001和定型芯模002上，经热处理完成最终整圆的定型。

[0042] 本发明通过设计巧妙的一次弯曲成形→次校形成形→次定型成形三道次的成形结构，并通过一定的辅助滚压功能，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。

[0043] 以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造
的保护范围之内。