CN117483501A - 基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法 - Google Patents
基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117483501A CN117483501A CN202410003767.3A CN202410003767A CN117483501A CN 117483501 A CN117483501 A CN 117483501A CN 202410003767 A CN202410003767 A CN 202410003767A CN 117483501 A CN117483501 A CN 117483501A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rod
- forming die
- bending
- melting
- bending forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 122
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 158
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 71
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 62
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 62
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 29
- 238000009958 sewing Methods 0.000 claims description 25
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 238000004826 seaming Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
- B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/16—Heating or cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
本发明涉及航天在轨制造技术领域，具体涉及一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法；该轨成形机构包括：支座；熔融弯曲成形模具，设于所述支座上，所述熔融弯曲成形模具的一端设有进料口，所述进料口用于输送内置金属层材料件；所述熔融弯曲成形模具内设有渐变弯曲成形模腔，所述熔融弯曲成形模具上缠绕弯曲导电线圈，所述弯曲导电线圈用于加热所述内置金属层材料件，并在所述渐变弯曲成形模腔内弯曲成具有开口的杆状结构；在空间桁架结构在轨建造过程中，通过采用感应辅热技术对内植金属层合材料件进行卷管成形，解决了传统加热形式在真空环境下由于缺乏空气介质而导致加热效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及成形设备技术领域，具体涉及一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法。
背景技术
在太空环境中制造复合材料卷管的工艺过程，用于制造内植层合杆件。传统的地面水冷或油冷散热方式在真空环境下无法满足要求。在热传递过程中，由于缺乏空气传热条件，需要高效加热方法。
在轨条件下，由于存在重力、温度和真空等特殊条件，传统的焊接方法往往不适用或受到一些限制。在独特的太空环境中，引入焊接技术面临着一些挑战。首先，重力的缺乏导致熔融材料的流动行为与地球上的焊接有所不同。其次，极端温度差异和真空环境使得热量传递和材料热响应的特性发生变化，需要采取相应的措施进行调节。因此，需要开发适用于太空环境的专门焊接技术，以满足太空器件的制造需求。
由于在轨制造卷管成形在极端温度条件下进行，经地面实验发现，只有在有效的降温条件下才能确保杆件的成形工艺。然而，地面常用的冷却介质无法满足太空环境下的极端条件。使用常规冷却介质可能会导致成形缺陷，如孔洞、夹杂、大范围未缝合、开裂和张口等问题。因此，需要开发适应太空环境的新型冷却介质，以解决这些成形缺陷的问题。
太空环境中的特殊条件导致熔融材料行为与地面上的焊接有所不同，需要适应太空环境的专门焊接技术。而且在轨制造卷管成形焊接需要有效的降温条件，但常规冷却介质无法满足太空环境下的要求，导致成形缺陷，传统加热形式在真空环境下由于缺乏空气介质而导致加热效率低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的统加热形式在真空环境下由于缺乏空气介质而导致加热效率低的问题，从而提供一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，包括：支座；熔融弯曲成形模具，设于所述支座上，所述熔融弯曲成形模具的一端设有进料口，所述进料口用于输送内置金属层材料件；所述熔融弯曲成形模具内设有渐变弯曲成形模腔，所述熔融弯曲成形模具上缠绕弯曲导电线圈，所述弯曲导电线圈用于加热所述内置金属层材料件，并在所述渐变弯曲成形模腔内弯曲成具有开口的杆状结构；熔融缝合结构，设于所述熔融弯曲成形模具远离所述进料口的一端，所述熔融缝合结构的直径小于所述渐变弯曲成形模腔的直径，所述具有开口的杆状结构在所述熔融缝合结构缝合成封闭杆状结构；冷却结构，设于所述熔融缝合结构远离所述熔融弯曲成形模具的一端，所述冷却结构包括壳体和引出模具、以及磁流体，所述磁流体设于所述壳体上，所述引出模具位于所述壳体内，所述引出模具用于引出所述封闭杆状结构；供电结构，与所述熔融弯曲成形模具和熔融缝合结构、以及冷却结构连接。
进一步地，所述渐变弯曲成形模腔包括依次连接的平铺段和弯曲段、以及杆状成形段，所述平铺段位于所述进料口处，所述弯曲段用于连接所述平铺段和杆状成形段。
进一步地，所述弯曲导电线圈包括内部导电线圈和外部导电线圈，所述内部导电线圈位于熔融弯曲成形模具的内部，所述外部导电线圈位于所述熔融弯曲成形模具的外部。
进一步地，所述熔融弯曲成形模具的外部套设有电磁屏蔽外壳。
进一步地，所述熔融缝合结构的外壁上设有缝合导电线圈。
进一步地，所述熔融缝合结构与冷却结构之间设有均温管。
进一步地，所述冷却结构包括：冷却管，具有多个，所述冷却管设于所述壳体内，所述磁流体设于所述冷却管内；通电导线，设于所述壳体上。
进一步地，所述冷却结构还包括隔热层，所述隔热层设于所述通电导线与壳体之间。
进一步地，所述内置金属层材料件包括一类碳纤维铺层和二类碳纤维铺层、以及金属网铺层，所述金属网铺层位于所述一类碳纤维铺层和二类碳纤维铺层之间。
本发明还提供了一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构制作的成形方法，包括：
通过进料口将内置金属层材料件输送至渐变弯曲成形模腔内，利用弯曲导电线圈对所述熔融弯曲成形模具加热，渐变弯曲成形模腔挤压所述内置金属层材料件，板状的所述内置金属层材料件经过加热和所述熔融弯曲成形模具制作成具有开口的杆状结构，然后，所述具有开口的杆状结构经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔的直径的熔融缝合结构，此时，依然对所述具有开口的杆状结构进行加热，再经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔的直径的所述熔融缝合结构进行缝合，将所述具有开口的杆状结构缝合成封闭杆状结构，最后，所述封闭杆状结构经过冷却结构，利用磁流体对所述封闭杆状结构进行冷却，再利用引出模具将冷却后的封闭杆状结构引出冷却结构，得到制作成形的封闭杆状结构。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，包括：支座；熔融弯曲成形模具，设于所述支座上，所述熔融弯曲成形模具的一端设有进料口，所述进料口用于输送内置金属层材料件；所述熔融弯曲成形模具内设有渐变弯曲成形模腔，所述熔融弯曲成形模具上缠绕弯曲导电线圈，所述弯曲导电线圈用于加热所述内置金属层材料件，并在所述渐变弯曲成形模腔内弯曲成具有开口的杆状结构；熔融缝合结构，设于所述熔融弯曲成形模具远离所述进料口的一端，所述熔融缝合结构的直径小于所述渐变弯曲成形模腔的直径，所述具有开口的杆状结构在所述熔融缝合结构缝合成封闭杆状结构；冷却结构，设于所述熔融缝合结构远离所述熔融弯曲成形模具的一端，所述冷却结构包括壳体和引出模具、以及磁流体，所述磁流体设于所述壳体上，所述引出模具位于所述壳体内，所述引出模具用于引出所述封闭杆状结构；供电结构，与所述熔融弯曲成形模具和熔融缝合结构、以及冷却结构连接。
通过在支座上设置熔融弯曲成形模具，即利用支座对熔融弯曲成形模具进行支撑；同时，该熔融弯曲成形模具的一端设有进料口，可通过进料口将内置金属层材料件输送至熔融弯曲成形模具内进行弯曲成形。其中，渐变弯曲成形模具型腔上设置弯曲导电线圈，当内置金属层材料件输送至渐变弯曲成形型腔内时，利用弯曲导电线圈对该熔融弯曲成形模具加热，内置金属层材料件4在模腔5内加热成形，从而将板状的内置金属层材料件经过加热和熔融弯曲成形模具制作成具有开口的杆状结构，该开口为沿着杆状结构的长度方向上设置。然后，该具有开口的杆状结构经过直径小于渐变弯曲成形模腔的直径的熔融缝合结构，在该阶段，依然对具有开口的杆状结构进行加热，从而增加具有开口的杆状结构的热塑性，使得该具有开口的杆状结构更易成形，再经过直径小于渐变弯曲成形模腔的直径的熔融缝合结构进行缝合，从而将具有开口的杆状结构缝合成封闭杆状结构，最后，该封闭杆状结构经过冷却结构，可利用磁流体对封闭杆状结构进行冷却，然后，再利用引出模具将冷却后的封闭杆状结构引出冷却结构，则可得到制作成形的封闭杆状结构。
在空间桁架结构在轨建造过程中，通过采用感应辅热技术对内植金属层合材料件进行卷管成形，解决了传统加热形式在真空环境下由于缺乏空气介质而导致加热效率低的问题。这种方法提高了加工效率，并满足了太空环境下对温度的要求。利用感应辅热技术实现局部加热，可以使制作而成的合杆件的成形温度更加均匀，避免传统加热方式中可能存在的温度非均匀问题；这有助于提高合杆件的成形质量，并减少可能出现的缺陷和变形；
同时，在成形后的冷却过程中，引入磁流体冷却技术，可以实现更均匀和高效的冷却效果。磁流体在磁场中悬浮并流动，可以通过调节磁场的强弱来控制冷却速率，以满足不同材料的冷却需求。这有助于提高成形工件的冷却效率，减少成形过程中的热应力和变形；
为了提高热塑性复合带材的感应辅热的加热效率，采用在材料内部铺设金属网的方式，通过设置不同位置金属网的疏密达到了控制局部温度的效果。通过调节加热和冷却参数来精确控制成形过程中的温度和冷却速率。这使得制造过程更加可控，能够根据需要进行精确的调整，以满足材料性能和几何要求。因为可以更准确地控制加热和冷却过程，减少不必要的能量消耗和材料损失。这对于太空环境下资源的有限性和能源的宝贵性具有重要意义。
2.本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，所述弯曲导电线圈包括内部导电线圈和外部导电线圈，所述内部导电线圈位于熔融弯曲成形模具的内部，所述外部导电线圈位于所述熔融弯曲成形模具的外部。通过将弯曲导电线圈分成内部导电线圈和外部导电线圈，其中，该内部导电线圈设置在熔融弯曲成形模具的内部，并且，便于多渐变弯曲成形模腔进行加热，保证内置金属层材料件的始终处于加热状态；同时，外部导电线圈设置在熔融弯曲成形模具的外部，可对整个熔融弯曲成形模具进行整体加热，再配合内部导电线圈，充分地保证内置金属层材料件处于稳定的加热状态，便于后期的挤压成形具有开口的杆状结构。
3.本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，所述熔融弯曲成形模具的外部套设有电磁屏蔽外壳。该电磁屏蔽外壳包袱在弯曲导电线圈外侧，可以有效地控制电磁波的传播和干扰，可以将感应热焊接过程中产生的高频磁场局限在焊接区域内，从而更有效地集中能量加热焊接接头。这有助于提高焊接效率和焊接质量。从而提升感应热焊接的效果和质量。感应热焊接过程中产生的高频交流电流会产生强烈的电磁场。这个电磁场有可能干扰周围的电子设备和电路，影响其正常工作。电磁屏蔽外壳可以将电磁波局限在焊接区域内，减少对周围环境的电磁干扰。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的结构示意图；
图2为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的剖面图；
图3为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的熔融弯曲成形模具的剖面图；
图4为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的熔融弯曲成形模具的结构示意图；
图5为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的熔融弯曲成形模具的仰视图；
图6为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的冷却结构的结构示意图；
图7为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的冷却结构的剖面图；
图8为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的封闭杆状结构的结构示意图；
图9为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的具有开口的杆状结构的结构示意图；
图10为本发明提供的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构的内置金属层材料件的结构示意图。
附图标记说明：
1、支座；2、熔融弯曲成形模具；3、进料口；4、内置金属层材料件；5、渐变弯曲成形模腔；6、具有开口的杆状结构；61、封闭杆状结构；7、弯曲导电线圈；8、熔融缝合结构；9、冷却结构；10、壳体；11、引出模具；12、磁流体；13、供电结构；14、平铺段；15、弯曲段；16、杆状成形段；17、内部导电线圈；18、外部导电线圈；19、电磁屏蔽外壳；20、缝合导电线圈；21、均温管；22、冷却管；23、通电导线；24、隔热层；25、一类碳纤维铺层；26、二类碳纤维铺层；27、金属网铺层。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"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"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
请参阅图1至图10所示，本发明提供了一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，包括：支座1；熔融弯曲成形模具2，设于所述支座1上，所述熔融弯曲成形模具2的一端设有进料口3，所述进料口3用于输送内置金属层材料件4；所述熔融弯曲成形模具2内设有渐变弯曲成形模腔5，所述熔融弯曲成形模具2上缠绕弯曲导电线圈7，所述弯曲导电线圈7用于加热所述内置金属层材料件4，并在所述渐变弯曲成形模腔5内弯曲成具有开口的杆状结构6；熔融缝合结构8，设于所述熔融弯曲成形模具2远离所述进料口3的一端，所述熔融缝合结构8的直径小于所述渐变弯曲成形模腔5的直径，所述具有开口的杆状结构6在所述熔融缝合结构8缝合成封闭杆状结构61；冷却结构9，设于所述熔融缝合结构8远离所述熔融弯曲成形模具2的一端，所述冷却结构9包括壳体10和引出模具11、以及磁流体12，所述磁流体12设于所述壳体10上，所述引出模具11位于所述壳体10内，所述引出模具11用于引出所述封闭杆状结构61；供电结构13，与所述熔融弯曲成形模具2和熔融缝合结构8、以及冷却结构9连接。
通过在支座1上设置熔融弯曲成形模具2，即利用支座1对熔融弯曲成形模具2进行支撑；同时，该熔融弯曲成形模具2的一端设有进料口3，可通过进料口3将内置金属层材料件4输送至熔融弯曲成形模具2内进行弯曲成形。其中，渐变弯曲成形模具模腔5上设置弯曲导电线圈7，当内置金属层材料件4输送至渐变弯曲成形型腔内时，利用弯曲导电线圈7对该熔融弯曲成形模具2加热，内置金属层材料件4在模腔5内加热成形，从而将板状的内置金属层材料件4经过加热和熔融弯曲成形模具2制作成具有开口的杆状结构6，该开口为沿着杆状结构的长度方向上设置。然后，该具有开口的杆状结构6经过直径小于渐变弯曲成形模腔5的直径的熔融缝合结构8，在该阶段，依然对具有开口的杆状结构6进行加热，从而增加具有开口的杆状结构6的热塑性，使得该具有开口的杆状结构6更易成形，再经过直径小于渐变弯曲成形模腔5的直径的熔融缝合结构8进行缝合，从而将具有开口的杆状结构6缝合成封闭杆状结构61，最后，该封闭杆状结构61经过冷却结构9，可利用磁流体12对封闭杆状结构61进行冷却，然后，再利用引出模具11将冷却后的封闭杆状结构61引出冷却结构9，则可得到制作成形的封闭杆状结构61。
在空间桁架结构在轨建造过程中，通过采用感应辅热技术对内植金属层合材料件进行卷管成形，解决了传统加热形式在真空环境下由于缺乏空气介质而导致加热效率低的问题。这种方法提高了加工效率，并满足了太空环境下对温度的要求。利用感应辅热技术实现局部加热，可以使制作而成的合杆件的成形温度更加均匀，避免传统加热方式中可能存在的温度非均匀问题；这有助于提高合杆件的成形质量，并减少可能出现的缺陷和变形；
同时，在成形后的冷却过程中，引入磁流体12冷却技术，可以实现更均匀和高效的冷却效果。磁流体12在磁场中悬浮并流动，可以通过调节磁场的强弱来控制冷却速率，以满足不同材料的冷却需求。这有助于提高成形工件的冷却效率，减少成形过程中的热应力和变形；
为了提高热塑性复合带材的感应辅热的加热效率，采用在材料内部铺设金属网的方式，通过设置不同位置金属网的疏密达到了控制局部温度的效果。通过调节加热和冷却参数来精确控制成形过程中的温度和冷却速率。这使得制造过程更加可控，能够根据需要进行精确的调整，以满足材料性能和几何要求。因为可以更准确地控制加热和冷却过程，减少不必要的能量消耗和材料损失。这对于太空环境下资源的有限性和能源的宝贵性具有重要意义。
其中，供电结构13为ZVS模块，供电结构13设于整个成形机构的外侧，供电结构13用于控制缠绕在熔融弯曲成形模具2上的弯曲导电线圈7的供电。通过该供电结构13，将从交流电源输入的电压转化为高频电流，并提供适当的电流和电压波形，来影响通过弯曲导电线圈7的高频电流进而产生磁场。
在一些可选的实施例中，所述渐变弯曲成形模腔5包括依次连接的平铺段14和弯曲段15、以及杆状成形段16，所述平铺段14位于所述进料口3处，所述弯曲段15用于连接所述平铺段14和杆状成形段16。
通过将渐变弯曲成形模腔5由平铺段14和弯曲段15、以及杆状成形段16自称，使得板状的内置金属层材料件4经过渐变弯曲成形模腔5，并配合熔融缝合结构8挤压成形具有开口的杆状结构6。
其中，弯曲段15和杆状成形段16由多个不同弯曲半径和曲线形状组成，可以实现对材料弯曲和卷管过程中的尺寸和形状进行精确控制。内置金属层材料件4通过渐变弯曲成形模腔5进行弯曲和卷，确保内置金属层材料件4按照预定的轨迹进行弯曲，以获得所需的零件形状和几何参数。确保所得到的零件满足制造要求，并保证精度和重复性。
在一些可选的实施例中，所述弯曲导电线圈7包括内部导电线圈17和外部导电线圈18，所述内部导电线圈17位于熔融弯曲成形模具2的内部，所述外部导电线圈18位于所述熔融弯曲成形模具2的外部。
通过将弯曲导电线圈7分成内部导电线圈17和外部导电线圈18，其中，该内部导电线圈17设置在熔融弯曲成形模具2的内部，便于多渐变弯曲成形模腔5进行加热，保证内置金属层材料件4的始终处于加热状态；同时，外部导电线圈18设置在熔融弯曲成形模具2的外部，可对整个熔融弯曲成形模具2进行整体加热，再配合内部导电线圈17，充分地保证内置金属层材料件4处于稳定的加热状态，便于后期的挤压成形具有开口的杆状结构6。
内部导电线圈17和外部导电线圈18通过通电产生高频交流电流，从而形成高频交变磁场。这个高频磁场在焊接过程中起到加热内置金属层材料件4的作用。
内置金属层材料件4在进入弯曲导电线圈7内时，内置金属层材料件4的金属网会被加热，进而使内置金属层材料件4温度上升，达到焊接温度并形成焊缝。弯曲导电线圈7的形状和布局随着渐变弯曲成形模腔5设置，以实现对被加热物体的特定区域进行定向加热。
在熔融弯曲成形模具2内，该部分弯曲导电线圈7缠绕较为稀疏，该设置方式，可以有效地控制内置金属层材料件4内部产生的温度，防止内置金属层材料件4热破坏。外部导电线圈18将熔融弯曲成形模具2完整的包裹起来，使得整个内置金属层材料件4均匀受热，塑形效果更好。
在一些可选的实施例中，所述熔融弯曲成形模具2的外部套设有电磁屏蔽外壳19。该电磁屏蔽外壳19包袱在弯曲导电线圈7外侧，可以有效地控制电磁波的传播和干扰，可以将感应热焊接过程中产生的高频磁场局限在焊接区域内，从而更有效地集中能量加热焊接接头。这有助于提高焊接效率和焊接质量。从而提升感应热焊接的效果和质量。感应热焊接过程中产生的高频交流电流会产生强烈的电磁场。这个电磁场有可能干扰周围的电子设备和电路，影响其正常工作。电磁屏蔽外壳19可以将电磁波局限在焊接区域内，减少对周围环境的电磁干扰。
在一些可选的实施例中，所述熔融缝合结构8的外壁上设有缝合导电线圈20。通过缝合导电线圈20的设置，即可利用该缝合导电线圈20对熔融缝合结构8进行加热，再利用所述熔融缝合结构8的直径小于所述渐变弯曲成形模腔5的直径，因此，可使得具有开口的杆状结构6在所述熔融缝合结构8缝合成封闭杆状结构61。
其中，熔融缝合结构8内的温度大于熔融弯曲成形模具2内的温度，可增加具有开口的杆状结构6的温度，进而增加该具有开口的杆状结构6的热塑性，便于具有开口的杆状结构6缝合成封闭杆状结构61。
该部分缝合导电线圈20缠绕密集，更有利于内置金属层材料件4内部金属网达到缝合所需的温度。部分缠绕的缝合导电线圈20可以是焊接缝合部位单独受热，避免了其他部位在高温的条件下发生破坏。
在一些可选的实施例中，所述熔融缝合结构8与冷却结构9之间设有均温管21。均温管21的设置，实现了熔融缝合结构8与冷却结构9的连接，使得熔融缝合结构8与冷却结构9连接成一体件，便于封闭杆状结构61由熔融缝合结构8出去，直接进入至冷却结构9内进行冷却。
在一些可选的实施例中，所述冷却结构9包括：冷却管22，具有多个，所述冷却管22设于所述壳体10内，所述磁流体12设于所述冷却管22内；通电导线23，设于所述壳体10上。
通过将磁流体12存储在冷却管22内，可以有效地给磁流体12散热，使得热量能够得到高效地释放，可以提高磁流体12冷的散热效率。通过增加散热面积、优化热传导通道、增强对流等手段，更有效地从磁流体12中吸收热能并将其散发出去，提高散热效率和散热能力。从而保证磁流体12的正常运作，提高冷却结构9的稳定性和可靠性。
通过对通电导线23通电，产生的磁力驱动磁流体12流动的方式，冷却焊缝周围以及整个壳体10的热量，有效控制冷却结构9的温度。
通电导线23缠绕壳体10上，主要起到控制磁流体12流动的作用，在通电的条件下，磁流体12流动加速封闭杆状结构61的冷却。
在一些可选的实施例中，所述冷却结构9还包括隔热层24，所述隔热层24设于所述通电导线23与壳体10之间。隔热层24包覆在壳体10的外侧，主要起到对温度的控制作用，减小温度变化，提高降温效率。
在一些可选的实施例中，所述内置金属层材料件4包括一类碳纤维铺层25和二类碳纤维铺层26、以及金属网铺层27，所述金属网铺层27位于所述一类碳纤维铺层25和二类碳纤维铺层26之间。
内置金属层材料件4在穿过通电的金属线圈时，会产生感应电流即涡流，因涡流受阻产热，使得内置金属层材料件4被逐渐加热，最终达到可加工的温度。金属网在内置金属层材料件4内部排布不均匀，边缘处比中心处密集；该设计方便了才来边缘在最后的缝合过程，更密集的金属网使得该部位温度高，有利于熔融缝合。
该基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，具有强大的加热冷却过程可控制性：感应热缝合允许对缝合过程的精确控制，可以根据材料性质和需求调整加热温度、时间和缝合压力等参数，确保一致性和高质量的缝合接头。
磁流体12冷却可以根据需求对冷却功率进行调节。通过调整磁场强度和磁流体12的性质，可以实现冷却效果的精确控制，确保设备在不同的工作条件下保持稳定的温度。
快速加工并提高成形质量：感应热缝合快速加热和冷却，提高了缝合速度，焊缝附近的热影响区很小。这可以减小热应力和变形的风险，从而提高缝合接头的质量和可靠性。磁流体12冷实现在相对较小的体积内实现高效的散热。磁流体12可以有效地吸热并传递给冷却结构9，提供更高的冷却效率。
降低故障风险：冷却结构9可以在振动环境下保持良好的冷却效果。磁流体12冷却不依赖于机械部件，减少了由于振动和震动引起的故障风险。
多材料适用性：感应热缝合适用于多种金属材料和一些导电性好的非金属材料，增加了太空器件中不同材料缝合的灵活性。
本发明还提供了一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构制作的成形方法，包括：
通过进料口3将内置金属层材料件4输送至渐变弯曲成形模腔5内，利用弯曲导电线圈7对所述熔融弯曲成形模具2加热，渐变弯曲成形模腔5挤压所述内置金属层材料件4，板状的所述内置金属层材料件4经过加热和所述熔融弯曲成形模具2制作成具有开口的杆状结构6，然后，所述具有开口的杆状结构6经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔5的直径的熔融缝合结构8，此时，依然对所述具有开口的杆状结构6进行加热，再经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔5的直径的所述熔融缝合结构8进行缝合，将所述具有开口的杆状结构6缝合成封闭杆状结构61，最后，所述封闭杆状结构61经过冷却结构9，利用磁流体12对所述封闭杆状结构61进行冷却，再利用引出模具11将冷却后的封闭杆状结构61引出冷却结构9，得到制作成形的封闭杆状结构61。
在进行空间桁架结构在轨建造过程中，基于感应辅热与磁流体12冷却的内植层合杆件结构在轨成形制造，首先内置金属层材料件4会被缠绕成预制带卷，预制带卷在开卷装置（图中未示出）的作用下，始终保持一个不会松散的状态，并在输送装置（图中未示出）的作用下，逐渐展开、并向前输送进入成形加工区域。
成形加工区包含熔融弯曲成形模具2和熔融缝合结构8、以及冷却机构；通过进料口3将内置金属层材料件4输送至渐变弯曲成形模腔5内，利用外部导电线圈18和内部导电线圈17对所述熔融弯曲成形模具2进行加热，渐变弯曲成形模腔5挤压所述内置金属层材料件4，板状的所述内置金属层材料件4经过加热和所述熔融弯曲成形模具2制作成具有开口的杆状结构6，然后，所述具有开口的杆状结构6经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔5的直径的熔融缝合结构8，此时，利用缝合导电线圈20对所述具有开口的杆状结构6进行加热，再经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔5的直径的所述熔融缝合结构8进行缝合，将所述具有开口的杆状结构6缝合成封闭杆状结构61，最后，所述封闭杆状结构61经过冷却结构9，利用磁流体12和冷却管22对所述封闭杆状结构61进行冷却，再利用引出模具11将冷却后的封闭杆状结构61引出冷却结构9，得到制作成形的封闭杆状结构61。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，包括：
支座（1）；
熔融弯曲成形模具（2），设于所述支座（1）上，所述熔融弯曲成形模具（2）的一端设有进料口（3），所述进料口（3）用于输送内置金属层材料件（4）；
所述熔融弯曲成形模具（2）内设有渐变弯曲成形模腔（5），所述熔融弯曲成形模具（2）上缠绕弯曲导电线圈（7），所述弯曲导电线圈（7）用于加热所述内置金属层材料件（4），并在所述渐变弯曲成形模腔（5）内弯曲成具有开口的杆状结构（6）；
熔融缝合结构（8），设于所述熔融弯曲成形模具（2）远离所述进料口（3）的一端，所述熔融缝合结构（8）的直径小于所述渐变弯曲成形模腔（5）的直径，所述具有开口的杆状结构（6）在所述熔融缝合结构（8）缝合成封闭杆状结构（61）；
冷却结构（9），设于所述熔融缝合结构（8）远离所述熔融弯曲成形模具（2）的一端，所述冷却结构（9）包括壳体（10）和引出模具（11）、以及磁流体（12），所述磁流体（12）设于所述壳体（10）上，所述引出模具（11）位于所述壳体（10）内，所述引出模具（11）用于引出所述封闭杆状结构（61）；
供电结构（13），与所述熔融弯曲成形模具（2）和熔融缝合结构（8）、以及冷却结构（9）连接。
2.根据权利要求1所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述渐变弯曲成形模腔（5）包括依次连接的平铺段（14）和弯曲段（15）、以及杆状成形段（16），所述平铺段（14）位于所述进料口（3）处，所述弯曲段（15）用于连接所述平铺段（14）和杆状成形段（16）。
3.根据权利要求2所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述弯曲导电线圈（7）包括内部导电线圈（17）和外部导电线圈（18），所述内部导电线圈（17）位于熔融弯曲成形模具（2）的内部，所述外部导电线圈（18）位于所述熔融弯曲成形模具（2）的外部。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述熔融弯曲成形模具（2）的外部套设有电磁屏蔽外壳（19）。
5.根据权利要求4所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述熔融缝合结构（8）的外壁上设有缝合导电线圈（20）。
6.根据权利要求5所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述熔融缝合结构（8）与冷却结构（9）之间设有均温管（21）。
7.根据权利要求6所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述冷却结构（9）包括：
冷却管（22），具有多个，所述冷却管（22）设于所述壳体（10）内，所述磁流体（12）设于所述冷却管（22）内；
通电导线（23），设于所述壳体（10）上。
8.根据权利要求7所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述冷却结构（9）还包括隔热层（24），所述隔热层（24）设于所述通电导线（23）与壳体（10）之间。
9.根据权利要求8所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构，其特征在于，所述内置金属层材料件（4）包括一类碳纤维铺层（25）和二类碳纤维铺层（26）、以及金属网铺层（27），所述金属网铺层（27）位于所述一类碳纤维铺层（25）和二类碳纤维铺层（26）之间。
10.一种采用权利要求1-9中任一项所述的基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构制作的成形方法，其特征在于，包括：
通过进料口（3）将内置金属层材料件（4）输送至渐变弯曲成形模腔（5）内，利用弯曲导电线圈（7）对所述熔融弯曲成形模具（2）加热，渐变弯曲成形模腔（5）挤压所述内置金属层材料件（4），板状的所述内置金属层材料件（4）经过加热和所述熔融弯曲成形模具（2）制作成具有开口的杆状结构（6），然后，所述具有开口的杆状结构（6）经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔（5）的直径的熔融缝合结构（8），此时，依然对所述具有开口的杆状结构（6）进行加热，再经过直径小于所述渐变弯曲成形模腔（5）的直径的所述熔融缝合结构（8）进行缝合，将所述具有开口的杆状结构（6）缝合成封闭杆状结构（61），最后，所述封闭杆状结构（61）经过冷却结构（9），利用磁流体（12）对所述封闭杆状结构（61）进行冷却，再利用引出模具（11）将冷却后的封闭杆状结构（61）引出冷却结构（9），得到制作成形的封闭杆状结构（61）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410003767.3A CN117483501B (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410003767.3A CN117483501B (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117483501A true CN117483501A (zh) | 2024-02-02 |
| CN117483501B CN117483501B (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=89683380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410003767.3A Active CN117483501B (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117483501B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB384672A (en) * | 1931-06-10 | 1932-12-12 | Midland Steel Prod Co | Improvements in process and apparatus for welding metal stock |
| GB767583A (en) * | 1952-05-14 | 1957-02-06 | Joseph Barry Brennan | Improvements in or relating to lamination casting |
| CN109130154A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-04 | 上海宇航系统工程研究所 | 热塑性复合材料在轨拉拔成型制管工艺 |
| CN111372705A (zh) * | 2017-10-25 | 2020-07-03 | 罗图公司 | 用于特别是金属玻璃的模制方法和装置 |
| CN116278012A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-06-23 | 燕山大学 | 一种peek带材连续渐变弯曲-缝合制管装置及方法 |
-
2024
- 2024-01-03 CN CN202410003767.3A patent/CN117483501B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB384672A (en) * | 1931-06-10 | 1932-12-12 | Midland Steel Prod Co | Improvements in process and apparatus for welding metal stock |
| GB767583A (en) * | 1952-05-14 | 1957-02-06 | Joseph Barry Brennan | Improvements in or relating to lamination casting |
| CN111372705A (zh) * | 2017-10-25 | 2020-07-03 | 罗图公司 | 用于特别是金属玻璃的模制方法和装置 |
| CN109130154A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-04 | 上海宇航系统工程研究所 | 热塑性复合材料在轨拉拔成型制管工艺 |
| CN116278012A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-06-23 | 燕山大学 | 一种peek带材连续渐变弯曲-缝合制管装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张金铭: "聚醚醚酮带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺", 1 June 2024 (2024-06-01) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117483501B (zh) | 2024-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101909839B (zh) | 聚合物成形系统和方法 | |
| US7902456B2 (en) | Thermal mass compensated dielectric foam support structures for coaxial cables and method of manufacture | |
| KR101230784B1 (ko) | 타이어 가황기 | |
| JP2017503657A (ja) | 金属素材を溶融して供給するための誘導加熱ヘッド | |
| CN101540353B (zh) | 用于连接太阳能电池的焊接设备 | |
| KR101718967B1 (ko) | 복수의 유도가열 헤드를 구비한 3d 프린터 | |
| CN107848033B (zh) | 金属合金金属丝用三维打印机 | |
| CN117483501B (zh) | 基于感应辅热与磁流体冷却的杆件在轨成形机构与方法 | |
| KR101659584B1 (ko) | 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법 및 시스템 | |
| US7446257B2 (en) | Coaxial cable with fine wire inner conductor and method of manufacture | |
| CN108555427B (zh) | 一种用于小直径厚壁管的高频焊接装置 | |
| CN206961649U (zh) | 电磁线圈液冷系统 | |
| CN100589671C (zh) | 一种高温度梯度定向凝固的复合感应加热装置 | |
| CN112853081B (zh) | 一种大尺寸焊接结构的热处理方法 | |
| CN107871595A (zh) | 电磁线圈液冷系统 | |
| KR20090127558A (ko) | 비접촉 고주파 유도 금형 가열 장치 | |
| CN101262154B (zh) | 大、中型同步发电机定子线棒连接线焊接工艺 | |
| JP2017159558A (ja) | 電磁誘導加熱式樹脂成形金型及び該金型を用いた樹脂成形体の製造方法 | |
| CN111974820A (zh) | 一种制造超细无缝金属管的设备 | |
| US20230211564A1 (en) | Induction welding with an electromagnetic field concentrator | |
| CN217832247U (zh) | 焊接机构 | |
| US20230211568A1 (en) | Induction welding with an electromagnetic field concentrator | |
| JP2014143144A (ja) | 高周波誘導加熱装置 | |
| JPH0389095A (ja) | 熱可塑性樹脂製管継手およびその製造方法 | |
| CN211237859U (zh) | 电磁感应线圈 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |