本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域，用于在軌環(huán)境下樹脂基材料螺旋管連續(xù)成形制造。

背景技術(shù)：

1、在軌制造是指在地球大氣層以外空間領(lǐng)域進(jìn)行的制造活動(dòng)。主要是通過攜帶制造裝備和原材料，在太空中以即造即用的模式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)地面制造上行補(bǔ)給的方式，滿足空間應(yīng)用的需求。主要解決在空間極端環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)制造的全部工藝過程，以獲得所需的制件或產(chǎn)品。桁架結(jié)構(gòu)作為經(jīng)典的支撐結(jié)構(gòu)，其建造規(guī)模的增大對(duì)于在軌設(shè)備及儀器性能的提高具有非凡的作用，比如射電望遠(yuǎn)鏡口徑的增大可提高其分辨率、空間站體積的增大可提供更大的內(nèi)部空間等。目前服役的在軌設(shè)備，其支撐結(jié)構(gòu)多采用可折展型結(jié)構(gòu)，即地面建造、折疊、發(fā)射、在軌展開的建造形式。這種建造形式其最大尺寸受火箭內(nèi)部空間限制，且建造成本較高、空間利用率低等缺點(diǎn)。因此將原材料發(fā)射，在軌對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行制備具有重要意義。而管材作為典型的結(jié)構(gòu)件，在大型空間結(jié)構(gòu)中得到廣泛的使用，目前樹脂基材料管材在軌制造存在以下問題：

2、1.樹脂基管材地面制造大都采用拉拔成形和注塑成型，其中拉拔成形設(shè)備占用空間較大，制作不同口徑管材需要進(jìn)行模具的更換，制造柔性較差；注塑成型需要將材料全部加熱融化再通過模具口擠出冷卻形成管材，能耗高且成型效率低，不適用于在軌欠資源環(huán)境下的管材生產(chǎn)；

3、2.傳統(tǒng)金屬管材地面大多為直縫焊管和螺旋焊管，直縫焊管生產(chǎn)管材直徑是確定的，如果需要變換管材直徑，就要將整個(gè)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，且直縫焊管生產(chǎn)機(jī)組占用空間大，不滿足在軌需求；螺旋焊管機(jī)組能夠改變成形角來滿足不同直徑管材的生產(chǎn)，但其設(shè)備占用空間較大而且其焊接方式很難用于高分子管材的生產(chǎn)；

4、3.目前管材的在軌生產(chǎn)主要靠在軌3d打印制備，由于受到制造設(shè)備的局限性，管材的生產(chǎn)長(zhǎng)度受到限制，不能夠?qū)崿F(xiàn)管材連續(xù)生產(chǎn)，無法滿足較長(zhǎng)管件的生產(chǎn)需求；

5、4.目前管材的生產(chǎn)大都為單一直徑管材的生產(chǎn)，面對(duì)多樣性的在軌需求，單一直徑和剛度的管材無法滿足生產(chǎn)需求，亟需一種管材柔性制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造方法，實(shí)現(xiàn)樹脂基材料管材的在軌連續(xù)制造，通過螺旋纏繞成形的方式生產(chǎn)管材，解決了在軌管材生產(chǎn)不連續(xù)的問題，能夠生產(chǎn)出滿足各種長(zhǎng)度需求的管材；通過帶材梯度加熱的方式，解決了樹脂基材料生產(chǎn)過程中能耗大且形狀精度及性能難以控制的問題；通過搭接連接工藝，解決了成形管材剛度較差的問題，增加了成形管材的剛度，并提出通過改變搭接寬度及成形角度來實(shí)現(xiàn)在同一帶材寬度下成形不同直徑管材和不同剛度管材。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：

3、第一方面，提供了一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，包括機(jī)架、帶材卷筒、帶材續(xù)送工裝、帶材梯度加熱工裝、芯軸、帶材成形壓緊工裝和搭邊壓緊工裝；帶材卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架，帶材卷筒上纏繞有帶材，帶材卷筒、帶材續(xù)送工裝、帶材梯度加熱工裝和芯軸依次連接于機(jī)架，帶材續(xù)送工裝用于帶動(dòng)帶材向成形方向運(yùn)動(dòng)，帶材梯度加熱工裝用于對(duì)帶材的一側(cè)加熱；芯軸的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架、另一端懸空，芯軸與機(jī)架連接一端到芯軸懸空一端的方向?yàn)槁菪艹尚畏较?，螺旋管成形方向與帶材運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為銳角；帶材成形壓緊工裝設(shè)置于芯軸背離帶材卷筒的一側(cè)，帶材成形壓緊工裝與芯軸配合用于將帶材繞卷起來形成螺旋管；搭邊壓緊工裝正對(duì)螺旋管的搭接位置，用于將螺旋管的搭接位置壓緊。

4、所述機(jī)架還連接有帶材對(duì)中工裝，帶材對(duì)中工裝位于帶材卷筒和帶材續(xù)送工裝之間，以使帶材送進(jìn)時(shí)不發(fā)生偏移。

5、所述帶材對(duì)中工裝包括多個(gè)對(duì)中輪，對(duì)中輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架，多個(gè)對(duì)中輪分別位于帶材寬度方向兩側(cè)，帶材與對(duì)中輪的外周向面接觸。

6、所述帶材梯度加熱工裝包括加熱片，加熱片連接于機(jī)架，加熱片位于帶材朝向螺旋管成形方向的一側(cè)。

7、所述芯軸與機(jī)架之間可拆卸連接。

8、所述帶材成形壓緊工裝包括壓輪，壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于移動(dòng)支架，移動(dòng)支架連接于機(jī)架，壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行，壓輪位于芯軸背離帶材卷筒的一側(cè)，壓輪位于帶材的外側(cè)。

9、所述移動(dòng)支架滑動(dòng)連接于機(jī)架，使得壓輪與芯軸軸線之間的距離可調(diào)。

10、所述搭邊壓緊工裝包括壓緊輪，壓緊輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于壓緊支架，壓緊支架連接于機(jī)架，壓緊輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行，壓緊輪位于芯軸背離帶材卷筒的一側(cè)，壓緊輪位于帶材的外側(cè)，壓緊輪正對(duì)帶材繞卷后的搭接位置；壓緊支架滑動(dòng)連接于機(jī)架，使得壓緊輪與芯軸軸線之間的距離可調(diào)。

11、所述帶材為樹脂基復(fù)合材料。

12、第二方面，提供了一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造方法，使用上述任一所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，包括：

13、將帶材纏繞到帶材卷筒上，并將帶材安裝到帶材續(xù)送工裝的送進(jìn)輥輪下；

14、開啟帶材梯度加熱工裝，進(jìn)行工裝預(yù)加熱；

15、帶材梯度加熱工裝最高溫度達(dá)到帶材的熔融溫度后，開啟帶材續(xù)送工裝，帶材在帶材續(xù)送工裝的牽引下向前送進(jìn)；

16、帶材通過梯度加熱工裝5，進(jìn)行局部軟化和熔融，并持續(xù)向前送進(jìn)，通過芯軸，并在帶材成形壓緊工裝的作用下使帶材繞著芯軸旋轉(zhuǎn)形成螺旋管；

17、當(dāng)帶材第二圈旋轉(zhuǎn)和第一圈旋轉(zhuǎn)形成搭接后，在搭邊壓緊工裝的作用下使螺旋管的搭接處進(jìn)行熔接，如此反復(fù)，獲得所需長(zhǎng)度的螺旋管管件。

18、綜上所述，本申請(qǐng)至少包括以下有益技術(shù)效果：

19、1)實(shí)現(xiàn)樹脂基復(fù)材螺旋管的在軌連續(xù)制造，能夠滿足不同長(zhǎng)度需求管材的成形制造；2)實(shí)現(xiàn)樹脂基復(fù)材螺旋管成形制造過程中的形性控制，提升螺旋管的成形質(zhì)量；3)實(shí)現(xiàn)螺旋管單一帶材下的變直徑及變剛度的柔性制造，滿足在軌環(huán)境的需求。

技術(shù)特征：

1.一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：包括機(jī)架、帶材卷筒(2)、帶材續(xù)送工裝(4)、帶材梯度加熱工裝(5)、芯軸(6)、帶材成形壓緊工裝(7)和搭邊壓緊工裝(8)；帶材卷筒(2)、帶材續(xù)送工裝(4)、帶材梯度加熱工裝(5)和芯軸(6)依次連接于機(jī)架，帶材卷筒(2)轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架，帶材卷筒(2)上纏繞有帶材(1)；帶材續(xù)送工裝(4)用于帶動(dòng)帶材(1)向成形方向運(yùn)動(dòng)，帶材梯度加熱工裝(5)用于對(duì)帶材(1)的一側(cè)加熱；芯軸(6)的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架、另一端懸空，芯軸(6)與機(jī)架連接一端到芯軸(6)懸空一端的方向?yàn)槁菪艹尚畏较?，螺旋管成形方向與帶材運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為銳角；帶材成形壓緊工裝(7)設(shè)置于芯軸(6)背離帶材卷筒(2)的一側(cè)，帶材成形壓緊工裝(7)與芯軸(6)配合用于將帶材(1)繞卷起來形成螺旋管；搭邊壓緊工裝(8)正對(duì)螺旋管的搭接位置，用于將螺旋管的搭接位置壓緊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述機(jī)架還連接有帶材對(duì)中工裝(3)，帶材對(duì)中工裝(3)位于帶材卷筒(2)和帶材續(xù)送工裝(4)之間，以使帶材送進(jìn)時(shí)不發(fā)生偏移。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述帶材對(duì)中工裝(3)包括多個(gè)對(duì)中輪，對(duì)中輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架，多個(gè)對(duì)中輪分別位于帶材寬度方向兩側(cè)，帶材與對(duì)中輪的外周向面接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述帶材梯度加熱工裝(5)包括加熱片，加熱片連接于機(jī)架，加熱片位于帶材(1)朝向螺旋管成形方向的一側(cè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述芯軸(6)與機(jī)架之間可拆卸連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述帶材成形壓緊工裝(7)包括壓輪，壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于移動(dòng)支架，移動(dòng)支架連接于機(jī)架，壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與芯軸(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行，壓輪位于芯軸(6)背離帶材卷筒(2)的一側(cè)，壓輪位于帶材的外側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述移動(dòng)支架滑動(dòng)連接于機(jī)架，使得壓輪與芯軸(6)軸線之間的距離可調(diào)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述搭邊壓緊工裝(8)包括壓緊輪，壓緊輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接于壓緊支架，壓緊支架連接于機(jī)架，壓緊輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與芯軸(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行，壓緊輪位于芯軸(6)背離帶材卷筒(2)的一側(cè)，壓緊輪位于帶材的外側(cè)，壓緊輪正對(duì)帶材繞卷后的搭接位置；壓緊支架滑動(dòng)連接于機(jī)架，使得壓緊輪與芯軸(6)軸線之間的距離可調(diào)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，其特征在于：所述帶材為樹脂基復(fù)合材料。

10.一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-9任一所述的一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)，包括：

技術(shù)總結(jié)
一種樹脂基復(fù)材螺旋管在軌柔性制造系統(tǒng)及方法，涉及航空航天領(lǐng)域，包括機(jī)架、帶材成形壓緊工裝和搭邊壓緊工裝；帶材卷筒、帶材續(xù)送工裝、帶材梯度加熱工裝和芯軸依次連接于機(jī)架，帶材卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架，帶材卷筒上纏繞帶材，帶材續(xù)送工裝帶動(dòng)帶材向成形方向運(yùn)動(dòng)，帶材梯度加熱工裝用于對(duì)帶材的一側(cè)加熱；芯軸的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)架、另一端懸空，芯軸與機(jī)架連接一端到芯軸懸空一端的方向?yàn)槁菪艹尚畏较?，螺旋管成形方向與帶材運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為銳角；帶材成形壓緊工裝與芯軸配合用于將帶材繞卷起來形成螺旋管；搭邊壓緊工裝正對(duì)螺旋管的搭接位置，用于將螺旋管的搭接位置壓緊。實(shí)現(xiàn)樹脂基材料管材的在軌連續(xù)制造。

技術(shù)研發(fā)人員：顏家勇,袁虹影,朱敏,李鵬,張斌,張利新,崔慶新,耿會(huì)程,田昀,王存義,王大鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京衛(wèi)星制造廠有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9