Металлическое оригами в аэрокосмической технике: Точные техники складывания

Изучите преобразующую роль металлического оригами в аэрокосмической технике в период с 2015 по 2024 гг. Узнайте, как передовые методы складывания металла улучшают развертываемость конструкций, упрощают производство и внедряют инновации в дизайн компонентов для аэрокосмических приложений.

Металлическое оригами: Точное складывание в современном производстве

Содержание этого документа охватывает различные аспекты металлического оригами в аэрокосмической технике и его применения. Он начинается с введения, в котором дается обзор оригами в современном производстве и его значение в аэрокосмической отрасли.

Далее в книге рассматриваются методы складывания металла, включая рулонную формовку, штамповку, лазерную резку и формовку, а также автоматизированную гибку. Эти методы отличаются своими процессами, преимуществами и ограничениями.

В разделе о сложных сборках рассматриваются сборки из нескольких материалов и мехатронные интеграции. В нем подчеркиваются их преимущества и области применения, особенно в аэрокосмической технике.

Далее в документе рассматривается точное проектирование, особое внимание уделяется изгибам с малым радиусом и многоосевым методам гибки. Эти техники необходимы для создания сложных и точных конструкций в современном аэрокосмическом производстве.

В разделе, посвященном аэрокосмическим приложениям, рассматриваются развертываемые космические конструкции и инновационные аэрокосмические компоненты, в которых используются принципы оригами. Эти достижения подчеркивают преобразующую роль оригами в аэрокосмической промышленности.

Наконец, в заключении подводится итог влияния оригами на аэрокосмическую технику. В нем предлагаются будущие направления исследований и разработок, подчеркивается потенциал для дальнейших инноваций в этой области.

Узнайте больше о продвинутых техниках складывания на сайте ScienceDirect.

Оригами, старинное ремесло складывания бумаги, нашло новое применение в инженерии благодаря оригами-планам. Используя возможности складывания ровных материалов в сложные 3D-формы, техники оригами позволяют создавать прогрессивные конструкции и компоненты. В этом обзоре рассматриваются последние достижения в области применения стандартов оригами в аэрокосмической технике в период с 2015 по 2020 гг. Здесь рассматриваются космические конструкции, аэрокосмические компоненты и фундаментальные механизмы складывания. Оригами демонстрирует невероятный потенциал для создания развертываемых конструкций, минимизации транспортировки и встроенной сборки деталей самолетов. Исследование призвано показать, как оригами расширяет перспективы аэрокосмического планирования.

Техники складывания металла в технике оригами в аэрокосмической технике

Формование рулонов

Рулонная штамповка играет важнейшую роль в металлическом оригами в аэрокосмической технике, позволяя производить длинные прямые детали из листового металла, такие как сайдинг, материалы и первичные компоненты автомобилей. Она работает, пропуская свернутый в петлю листовой металл через наборы роликов, оснащенных выемками или штифтами, которые динамически скручивают материал в идеальную форму поперечного сечения. Рулонная штамповка - это высокоавтоматизированный, высокоскоростной процесс, который предусматривает крупномасштабное производство сложных сечений. По сравнению с другими технологиями формовки листового металла, такими как штамповка, валковая штамповка требует меньше специфической оснастки и имеет более низкую стоимость оснастки при больших партиях одной и той же детали. Однако валковая штамповка ограничена необходимостью производить детали с одинаковыми сечениями и длиной.

Узнайте, как обработка с ЧПУ улучшает формовку валков в MXM Machining.

Штамповка

Штамповка - это еще один распространенный промышленный процесс придания формы листовому металлу, при котором лист прессуется в определенную форму с помощью штампа. С помощью штампов и пуансонов штампуются детали, имеющие форму сетки. Хотя по сравнению с валковой штамповкой она позволяет создавать более сложные 3D-формы, для штамповки требуется сложная и дорогостоящая оснастка, ориентированная на конкретную форму. Замена оснастки, необходимая для создания новых конструкций деталей, значительно увеличивает расходы. Штамповка подходит для крупносерийного производства, но менее гибкая для прототипов и малосерийных заказных деталей по сравнению с лазерной резкой и резьбой.

Лазерная резка и формовка

При лазерной резке используется высокофокусированный лазерный луч для раскроя листовых материалов. Мощность и движение лазерного луча контролируются компьютером, что позволяет с высокой точностью вырезать замысловатые узоры и формы с минимальным тепловым воздействием на окружающий материал. В отличие от штамповки и прокатки, лазерная резка - это бесконтактный процесс, подходящий для быстрого изготовления сложных геометрических форм без необходимости менять оснастку между проектами. Однако толщина материалов ограничена возможностями лазерного поглощения. Также может потребоваться постобработка для удаления заусенцев или окалины с краев реза.

Изучите прецизионную обработку для лазерной резки в MXM Machining.

Автоматизированная гибка

Механизмы сгибания

Существует несколько распространенных механизмов, используемых для автоматизированной гибки листового металла. При воздушной гибке лист зажимается вдоль одного края и натягивается на формующий край захватами с противоположной стороны, изгибая лист в пролете, соответствующем расчету края. В этом процессе может использоваться одноточечная контактная формовочная кромка или роликовая формовка для непрерывной кривой.

При гибке на растяжение лист зажимают по обоим краям и тянут в горизонтальном направлении, чтобы пластически деформировать материал, растягивая, а не сжимая его, как при воздушной гибке. Также используются различные прессы, в которых листовому материалу придают форму, соприкасаясь с инструментом или штампом под действием давления. В листогибочных прессах используется нижний штамп и подвижный верхний пуансон для смятия листового материала.

Автоматизированные гибочные системы

Автоматизированные гибочные системы механизируют процесс гибки, обеспечивая более точное позиционирование листа и контроль над параметрами гибки. Эти системы также легко интегрируются в гибкие производственные системы.

Листогибочные прессы с числовым программным управлением (ЧПУ) могут программировать последовательность изгибов и позиционировать листовой материал с высокой повторяемостью с помощью сервомоторов и линейных шкал. Машинное зрение также может быть интегрировано для онлайн-анализа параметров изгиба.

Современные роботы либо выполняют воздушную гибку, вытягивая удерживаемые края листа с помощью скоординированных захватов, либо используют параллельные механические связи для удержания плоской заготовки во время гибки. Механическая автоматизация позволяет варьировать программы изготовления деталей, интегрировать их в сварочные и сборочные линии и производить без света.

Усовершенствованные системы, такие как непрерывная гибка, используют механизм вращающейся протяжки для непрерывной подачи и гибки листов, что повышает производительность. Датчики силы обеспечивают данные о нагрузке в режиме реального времени для контроля и обслуживания процесса.

В целом, автоматизированные системы улучшают качество сгибания, позволяют производить смешанные модели и снижают трудозатраты по сравнению с ручным сгибанием.

Узнайте больше об автоматизированных процессах обработки на сайте MXM Machining.

Сложные сборки

Сборки из нескольких материалов

Соединение листовых металлов с различными материалами позволяет создавать более сложные узлы с многофункциональными возможностями. Соединение нескольких материалов позволяет изготавливать композиты с индивидуальными свойствами и возможностями, которые подходят для различных областей применения. В самолетах сэндвичи металл-полимер-металл обеспечивают прочность при уменьшенном весе, что позволяет увеличить запас топлива и улучшить исполнение. Мультиматериальная 3D-печать также делает успехи в создании сложных микросистем, где вставка различных материалов с индивидуальными механическими и оптическими свойствами в цельную конструкцию является привлекательной. Клеи могут соединять уникальные материалы и создавать смеси. Сварка и крепление также позволяют встраивать маленькие элементы из различных металлов внутрь расположенных рядом металлических листов.

Читайте о достижениях в области мультиматериальной инженерии на сайте NCBI.

Мехатронные интеграции

В результате смешения материалов, мехатронных интеграций, включающих двигатели, приводы и датчики внутри разрушенного листового металла, появляются многофункциональные гаджеты с функциями обнаружения, возбуждения и понимания. Вращающиеся или прямые актуаторы, встроенные в стыки, обеспечивают движение складывания/раскладывания для механических технологий, универсальной оптики и реконфигурируемых гаджетов. Микрофлюидическое согласование обеспечивает такие возможности, как обнаружение веществ, диагностика и терапия. Многослойные гибкие схемы, устанавливаемые во время складывания, позволяют адаптировать оборудование. Выполнение мехатронных элементов внутри свернутого металлического листа стремится к безопасности, компактности и интегрируемости, которые предлагает складывание, что трудно осуществить в любом случае для уменьшенных систем.

Точное машиностроение

Изгибы с малым радиусом

Важнейшим испытанием при гибке листового металла является выполнение изгибов с малым радиусом, которые требуют сбора деформации на крошечном участке кривой. Это требует сложных расчетов и приложения больших усилий. Автоматизированные системы могут медленно формировать изгибы, колеблясь между формующими устройствами, растягивая металл на один маленький шаг за раз, пока не будет создан последний поворот. Для крошечных радиусов поверхностные покрытия могут уменьшать силу трения, подобно покрытию частицами или мазям для сухой пленки. В настоящее время исследуются новые планы устройств, например, адаптируемые гибочные пассы для придания конструкции плотных изгибов. Они позволяют плавно подгонять настраиваемый профиль к заготовке вместо резких выступов, концентрирующих давление.

Многоосевое сгибание

По сравнению с простыми сгибами, включающими одну ось вращения, современные детали из листового металла требуют сгибов в нескольких противоположных плоскостях. Многоосевая гибка позволяет выполнять сложные расчеты, которые затруднены при использовании одноосевых технологий. Современные роботы, оснащенные специальными концевыми эффекторами, могут удерживать кромки листового металла и выполнять облегченные схемы изгибов. Многозахватная оснастка также позволяет закреплять различные участки, обеспечивая несколько синхронных изгибов. Последовательность гибки становится жизненно важной, если учесть воздействие. Вычислительные методы позволяют определить практичность и идеальную последовательность изгибов. В целом, точность повышается благодаря адаптируемой оснастке, повторяющей форму заготовок, которая распространяет беспокойство на большие области, чем разгибание.

Аэрокосмические приложения

Космические структуры

Разворачиваемые конструкции очень привлекательны для космического применения, чтобы ограничить объем и массу отправляемого аппарата. Складывание оригами позволяет создавать огромные развертываемые конструкции благодаря эффективной укладке. Многие исследовали планы космических аппаратов на основе оригами. Дизайн Миура-ори позволяет уменьшить толщину прессования солнечных кластеров за счет складывания гармошкой. В сложенном виде они дают огромную, ровную и шероховатую поверхность. Другие исследования предлагают тенсегрити-структуры, складывающиеся для запуска. Стандарты оригами и киригами оживили планы развертываемых приемных проводов и радаров. Лазеры разрезают и складывают алюминиевые листы для создания радиорезонансных отражателей для спутников связи. Мембранное оригами исследуется для отправки солнечных парусов с использованием разработанных полиимидных пленок. Складки позволяют переносить передовую электрооптику, например, отражатели поперечного сечения спутников, требующие организации после выхода на орбиту.

Аэрокосмические компоненты

Стандарты оригами способствуют развитию полетов благодаря уменьшению транспортировки. Центры оригами позволяют создавать изобретательные сэндвич-планы с математическим уединением. Киригами позволяет массово собирать гофрированные композитные плиты для крыльев, контуров и пола. Складывание оригами превращает ровные металлические листы в аэрокосмические детали, такие как впускные коллекторы. Оригами позволяет минимизировать сборку сложных деталей, таких как лопасти статора в авиационных двигателях, уменьшая количество деталей.Оригами дополнительно мотивирует самонастраивающиеся крылья с переменной камерой, изменяющие профиль полета.Складывание предлагает самоподнимающиеся спутниковые кластерные приводы на основе солнечного света, превосходящие обычные поворотные узлы.Таким образом, оригами способствует эффективному проектированию, производству, сборке и эксплуатации космических аппаратов и самолетных систем.

Узнайте больше о развертываемых конструкциях на сайте ScienceDirect.

Заключение

Оригами открывает новые горизонты для аэрокосмической техники, представляя развертываемые и многофункциональные структуры за счет складывания ровных листов. Исследованные области применения показывают, что оригами стимулирует космические конструкции за счет минимизации объема и расположения. Для самолетов оригами позволяет создавать продуктивные планы деталей с помощью многослойных сэндвич-плат и самоподнимающихся компонентов. Будущая работа может усовершенствовать конструкции оригами для специализированных применений, используя движущие силы в вычислительном плане. Совершенствование производства может быть направлено на точное создание аэрокосмических компонентов на основе оригами. В целом, возможность оригами переходить от 2D к 3D и обратно гарантирует более гибкие, управляемые и массово производимые аэрокосмические каркасы.

Узнайте о передовых аэрокосмических решениях на сайте MXM Machining.

Вопросы и ответы

В: Что позволяет оригами помогать аэрокосмической технике?

О: Оригами превращает ровные листы в сложные 3D-формы посредством последовательности складывания. Такая консервативность помогает вместимости и транспортировке аэрокосмических конструкций.

В: Как оригами позволяет создавать развертываемые космические конструкции?

О: Переработанные конструкции перекрытия, такие как гармошка Миура-ори, накладываются минимально, но разворачиваются на огромные поверхности. Складки позволяют переносить радиопровода и радары по кругу.

В: Какие способы применения оригами в самолете существуют?

О: При складывании оригами получаются смятые крылья сэндвича и эффективные планы деталей. Самоподнимающиеся элементы позволяют быстро отправлять их.

В: Почему оригами для аэрокосмической отрасли?

О: Ревизия поздних приложений оригами показывает, как складывание меняет сложность от производства к планированию. Понимание оригами принесет пользу будущим развертываемым и реконфигурируемым аэрокосмическим инновациям.