[发明专利]主动可重构的拉伸成形工具和方法

说明书

技术领域

本发明第一方面涉及一种主动可重构的拉伸成形工具，本发明另一方面涉及一种拉伸成形方法。所述工具和方法在实心板金属或网内形成三维的形状，以生产用于反射器天线的板方面是有用的。

背景技术

精确的天线板的制造是大规模的反射器天线制造中最困难和劳动最密集的一方面，且其显著地影响天线的性能。

许多方法已经应用在天线板的制造上。这些方法中的一些是以速度和成本为代价获得高精度的结构，尽管其他的是更适合低精度部件的大量制造。广泛使用的一些方法如下所述：

螺钉床

所谓“螺钉床”方法包括在可调整螺钉的阵列上方设置金属板条，可调整螺钉安装在大的扁平台上。所述螺钉在高度上被调节以体现需要的弯曲度。

只靠弹性变形获得需要的弯曲度的足够狭窄的金属板的条被放置成横跨所述螺钉的顶部，然后通过真空装袋(vacuum bagging)下拉。虽然所述条通过合适的真空保持形状，但坚硬的背衬结构被结合至所述开口侧，以在所述形成的形状内永久地保持所述条。

虽然该方法产生任何需求形状的高精度的板条，但材料内弹性变形应力的存在需要背衬元件的紧密间隔阵列以保持所述板条处于良好状态。用来保持所述板条的真空可以在所述螺钉之间导致浅的规则间隔的凹陷，背衬元件的规则间距已经被发现产生周期的波纹。所有这些问题都导致天线格栅裂片。螺钉床方法在CSIRO的专利“可调整螺钉的高度的快速设定”中有更充分的描述[1]。

压制成形

压制成形包括在成形模具之间挤压一块材料。所述材料塑性变形从而其永久地保持被挤压的形状。根据要产生的形状，在成形期间所述材料或被塑性拉伸或被塑性压缩，或两者都执行。在压力去除后会发生一些回弹或“恢复”，所以成形模具的形状不必与所要完成的板的形状相同。

形成没有皱纹和弯曲的精确的形状是复杂的，并包括成形的很多重复和成形模具的细节。模具通常由硬化的工具钢制造，大而且昂贵，每个模具只能生产一个形状。需要在生产量上达到好几百公吨的大压力来操作所述模具。然而，一旦模具开发出来，重复部件的生产非常的快。

液压成形

液压成形包括在液压下将平板拉伸至成形模具内。所述材料然后保持所述模具的形状。与压制成形类似，材料在成形后会在某种程度上恢复。用于天线反射器制造的液压成形法已经被美国安德森制造有限公司在商业上应用。

液压成形模具比较大，但与压制成形模具比较而言，其比较简单，且可以由软的材料制成或背衬有聚合物充填化合物以简化成形。不需要较大的压力。可以生产非常大的板，但模具一旦被修正和开发，将只能生产一个形状的几部分，且工件材料特性的变化还会影响成形后的恢复的再现性。

美国在发展用于射电天文学的天线解决方案的近期努力已经得到用于Allan望远镜阵列的许多6米反射器的成功的液压成形，具有12米直径的液压成形反射器的研究仍在进行。

拉伸成形

术语拉伸成形包括金属成形的许多方面，从弯梁的成形到用于飞行器和汽车本体的板的成形。与压制成形和液压成形相似，需要成形模具或拉伸成形工具。

就板材的拉伸成形的情况，所述片材沿着两个相对的边缘被牢固地夹住并被支撑在成形台上方。随后，在被紧紧地拉伸的片材下面，向上驱动所述成形台(或所述夹具向下移动)，直到所述成形工具的形状被复制到所述材料中，这类似于以在足球上拉伸一块薄的橡胶的方式。这在图1中图示。在图1(a)中示出了一张夹在用于拉伸的成形台上的材料。在图1(b)中通过所述夹具施加拉伸负载，成形台相对于所述片材移动，到达接触点。在图1(c)中完成成形。

拉伸和成形力的同时应用可以显著地减少，以及几乎可以消除材料在成形后的形状复原。通过其获得这些功能的机构如图2所示。

在图2(a)中，一件材料已经通过弯曲负载的施加而变形。随着其被弯曲，拉伸和压缩应力在材料内产生。这些应力朝向所述材料的外面在量级上增加，且在中心存在中性轴线，其上没有拉伸或压缩应力存在。

所有的材料在塑性变形后都会在某种程度上，在施加的变形应力相反的方向弹性地恢复。在这种情况下，应力的不均匀分布将导致所述材料在弯曲负载去除后轻微地变直，且最终的弯曲度会显著地小于预期。

在图2b中，所述材料已经被沿着它自己的轴线弯曲和拉伸。如果拉伸负载在这个方向足够产生屈服或轻微的塑性变形，所述材料内部的应力将变为拉伸应力的均匀分布。随后，当移除所述拉伸负载时，弹性恢复沿所述材料的中心线发生，而在整体形状上有很小或没有变化。