帶有加載加熱裝置的整體壁板時效成形模具及其使用方法與流程

2023-12-04 23:29:11

本發明涉及航空航天鈑金成形領域，尤其是一種帶有加載加熱裝置的整體壁板時效成形模具及其使用方法。

背景技術：

時效成形技術是一種利用金屬的蠕變特性，將成形與時效熱處理同時進行的一種鈑金成形方法，特別適用於成形大型飛機或者運載火箭的整體壁板或者蒙皮零件。

在公開號為CN103008411A的專利申請中，公開了一種用於時效成形的柔性四點彎曲預彎夾具。夾具在底板上安裝兩個支撐塊，在龍門形支架上安裝另外兩個支撐塊，實現對試件的預彎曲。該夾具只用於單曲率試件的彎曲，而且在加載後試件的表面要受到龍門架的遮擋。

在公開號為CN104942090A的專利申請中，公開了一種用於柔性時效成形的預應力夾具。該夾具使用兩組橫梁安置壓杆，使用壓杆實現對壁板工件的雙曲率加載。該夾具的壓杆手工調整需要較長的時間。

在公開號為CN102266887A的專利申請中，公開了一種形板式機械加載蠕變時效成形裝置。該裝置有若干形板支撐零件，通過旋合加載螺栓，使零件與形板的型面完全貼合。該裝置可以用於成形複雜曲面的零件，但是使用螺栓直接加載，易產生應力集中。

在公開號為CN101543864A的專利申請中，公開了一種熱壓罐純彎曲時效成形模具。該模具使用機械式加載裝置，同時使用四個彎曲壓軸和形板，配合熱壓罐內的氣壓加載，使試件在成形過程中的曲率始終保持不變，但是結構較為複雜。

在公開號為CN103194699A的專利申請中，公開了一種鋁鋰合金焊接結構壁板的時效成形方法及模具。模具分為上下兩個模體，下模體內有具有成型面的模塊。模具通過上模體上的加載螺栓對鋁鋰合金焊接壁板進行加載，使之與模塊的成型面貼合。該模具可以用於壁板的成形，但加載螺栓同樣存在應力集中的問題。

在公開號為CN202921725U的專利申請中，公開了一種金屬板材蠕變時效成形裝置。該裝置使用一對壓管和一對壓板配合實現對試件的四點彎曲，而且通過在壓管上開設不同深度的槽，實現多個不同半徑的試件彎曲。但是因為沒有助力機構，在彎曲時比較費力。

在公開號為CN104384323A的專利申請中，公開了一種恆溫箱零件時效成形裝置。該裝置通過螺旋杆帶動上肋板模具和下肋板模具合攏，實現對試件的加載。通過使用不同曲率的肋板，可以實現試件的不同曲率的彎曲。但是裝置中的中間梁受力較大。

在公開號為CN104759542A的專利申請中，公開了一種恆溫箱零件時效成形裝置。該裝置使用多層框架，每層框架都安裝肋板，其中，中間層的肋板上下表面都加工型面，通過肋板型面的合攏實現加載。該裝置可以同時成形多個不同半徑的試件。但是裝置中的連接杆螺紋受力較大。

在公開號為CN103586799A的專利申請中，公開了一種壁板零件時效應力鬆弛成形的成形工裝及成形方法。該裝置在工裝成形曲面的一端設置了定位銷。但工裝的成形曲面和工裝的本體是一體結構，一套工裝只能用於一個零件的成形。而且該工裝在抽真空時，要特別注意操作，停止真空袋破裂。

在公開號為CN202105905U的專利申請中，公開了一種壁板類鈑金零件時效成形模具。裝置使用一組型板構成模具的型面，型板固定在框板上，框板安放在一塊完整的底板上。該模具結構簡單，適於成形整體壁板。但是構成型面的框板要在裝配後再進行數控加工。

在公開號為CN202427838U的專利申請中，公開了一種液壓加載的彎曲時效成形模具。該模具同時使用型板和壓軸，可以在成形過程中保持試件的彎曲程度不變，並且使用液壓進行加載，節省體力，可以同時對多個不同半徑的試件進行加載。但是需要額外的液壓壓力源才能夠工作。

在公開號為CN101774274A的專利申請中，公開了一種基於熱壓罐的蠕變時效成形柔性工裝。該裝置由框板組成一個圍框，圍框內安裝固定板，固定板上通過螺紋安裝可調節釘柱。通過多個可調節釘柱組成柔性型面。但是該裝置的真空氣咀安裝在底板下表面，不便於操作。可調節釘柱的調節要花較多的時間。

在公開號為CN102218472A的專利申請中，公開了一種複雜雙曲率蠕變時效成形裝置。該裝置採用可調整上下對稱多點彎曲變形的結構，使用下支架12上的四根支杆支撐零件，使用上支架上的四根壓杆8對零件進行加載。該裝置可以實現零件兩個正交方向的彎曲，但每個方向上曲率是不變的。

在公開號為CN101518803A的專利申請中，公開了一種純彎曲時效成形模具。該模具同時使用四點彎曲裝置和帶有型面的框板，使用渦輪蝸杆和絲槓進行加載。但該模具設計上要包裹真空袋使用，因為模具外形複雜，有多處凸起的凹陷，抽真空時易導致真空袋破裂。

在公開號為CN103191984A的專利申請中，公開了一種時效成形裝置。該裝置包括凸模和凹模、底座和支柱。通過在底座上安放千斤頂，使凸模和凹模合攏，實現對試件的加載。加載完成後凸械和凹模使用螺栓固定，可以從底座和支柱上取下，放入小型乾燥箱內進行時效成形。該模具結構簡單，可成形的零件厚度大。但只能用於成形小尺寸試件。

在公開號為CN103191987A的專利申請中，公開了一種恆溫箱整體壁板時效成形模具。該模具使用螺栓連接的多個下模具板和多個上模具板實現對整體壁板的加載。但每個上模具板只通過兩個螺栓固定，螺栓承受的力很大，完成加載操作時，需要的體力也很大。

上述的時效成形模具可以分為自身不帶加載裝置的模具和自身帶有加載裝置的模具兩類。其中，自身不帶加載裝置的模具需要配合熱壓罐使用，成本較高；自身帶有機械加載裝置的模具往往存在加載力不均勻的問題。

技術實現要素：

本發明提供一種帶有加載加熱裝置的整體壁板時效成形模具及其使用方法，這種整體壁板時效成形模具不需要熱壓罐或者其它加熱設備就可以獨立的完成時效成形試驗，且零件的受力較為均勻。

一種帶有加載加熱裝置的整體壁板時效成形模具，包括

底座，所述底座為一個上部敞開的盒形零件，底座中部的截面為呈等腰梯形的凸臺，等腰梯形凸臺的頂部為模具的型腔，型腔的底面為與型板的V形底面相互配合的V形型腔底面，用於對型板進行定位，在型腔的沿長度方向的側壁上設有一列夾緊凸塊，夾緊凸塊的頂部開有螺紋孔，夾緊凸塊的下部切出一個斜面，夾緊凸塊螺紋孔和斜面分別用於安裝夾緊斜塊組件的螺栓和斜塊，夾緊凸塊的寬度和夾緊斜塊組件上的斜塊寬度相同，夾緊凸塊之間的間距與型板的厚度成間隙配合，在型腔沿寬度方向的側壁上，各有一個凸臺，用於安裝根據整體壁板的特徵所設計的成形定位裝置；

型板，所述型板為一塊厚板，其底部為V形面，V形面的角度與底座型腔內的V形面相同，用於在底座上定位；型板的上表面加工出型面，通過多塊型板的組合，形成整個模具的型面；

壓板，所述壓板為一塊平板，平板的寬度與底座的模具型腔寬度為間隙配合，平板的上表面中心連接一個圓臺，圓臺內開有一個球窩，球窩是一個超過半球的球型腔體，用於容納壓杆最下部的球頭；

壓杆，所述壓杆為一根帶有螺紋的圓柱杆，圓柱杆的末端為球頭，所述球頭與壓板的球窩為間隙配合；

耐熱墊，所述耐熱墊的寬度與壓板的寬度相同，厚度達到可以填充底座的型腔的程度，所述耐熱墊設置在壓板的下端面與壓板疊接；

加熱組件，所述加熱組件包括下部的支撐架和上部的加熱棒兩部分，支撐架為一塊厚板，其厚度與底座的夾緊凸塊的寬度相同，使用支撐架可以放入型板所形成的間隙當中，支撐架底部為一個V形面，用於在底座型腔內的V形面上定位；支撐架頂部開有半圓槽，半圓槽內設有加熱棒；

夾緊斜塊組件，所述夾緊斜塊組件包括螺栓和楔塊兩部分，所述螺栓尺寸與底座的夾緊凸塊頂部的螺栓孔尺寸相同，楔塊的斜度與底座的夾緊凸塊的斜面斜度相同；楔塊安裝在底座的夾緊凸塊的斜面，夾緊斜塊組件由螺栓安裝在底座的夾緊凸塊頂部的螺栓孔中，擰動夾緊斜塊組件由螺栓、推動楔塊運動完成對型板的夾緊；

支架，所述支架的頂部為一塊厚板，厚板中心開有用於安裝壓杆的螺紋孔，厚板的四角向下方延伸出四條支腳，所述支腳與底座固定連接；

所述支架與壓杆、耐熱墊、壓板一起組成模具的機械加載結構。

所述底座1的底部向外延伸出兩個矩形凸臺，所述支架支腳的末端設有水平凸臺，水平凸臺與底座的矩形凸臺固定連接。

在底座型腔的一個側壁的底部，開有一個與型腔外連通的通孔。

整個加熱組件安裝後的高度不超過型板的上表面安裝高度。

所述壓杆的頂端設有手輪。

使用時，根據整體壁板設計的外形，設計和加工一系列型板的上表面型面，加工好的型板安裝在底座的型腔V形面上，並且在底座的夾緊凸塊上安裝夾緊斜塊組件，擰動夾緊斜塊組件的螺栓夾緊型板；耐熱墊固定在壓板的底部，壓杆的圓柱杆穿過支架的頂部螺紋孔，連接在壓板上；在型板形成的間隙中安裝加熱組件，並連接電源與溫控線路；電源與溫控線路從底座側壁的與型腔外連通的通孔中，引出模具型腔，連接到溫度控制器上；在型板上安裝整體壁板；支架通過固定螺栓固定在底座上。轉動壓杆的手輪，使壓板推動耐熱橡膠擠壓整體壁板與型板貼合，開啟溫度控制器，設定溫度控制曲線進行時效成形過程，時效成形完成後，關閉溫度控制器，反向旋轉壓杆的手輪，進行卸載，從底座上移除支架，取出整體壁板零件。

這種整體壁板時效成形模具不需要熱壓罐或者其它加熱設備就可以獨立的完成時效成形試驗，且零件的受力較為均勻。

附圖說明

圖1為實施例中整體壁板時效成形模具的縱向剖視示意圖；

圖2為實施例中整體壁板時效成形模具的沿寬度方向的剖視圖；

圖3為實施例中整體壁板時效成形模具的斜軸測圖；

圖4為實施例中底座的斜軸測圖；

圖5為實施例中支架的軸測圖；

圖6為實施例中壓杆的軸測圖；

圖7為實施例中壓板的軸測圖；

圖8為實施例中型板的軸測圖；

圖9為實施例中加熱組件的軸測圖；

圖10為實施例中夾緊斜塊組件的軸測圖。

圖中，1.底座 1-1.型腔底面 1-2.通孔 1-3.矩形凸臺 2.支架 3.壓杆 3-1.手輪 4.耐熱墊 5.壓板 5-1.圓臺 6.加熱組件 7.型板 8.夾緊斜塊組件 9.固定螺母 10.整體壁板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步的闡述，但不是對本發明的限定。

實施例：

參照圖1-圖3，一種帶有加載加熱裝置的整體壁板時效成形模具，包括

底座1，所述底座1為一個上部敞開的盒形零件，底座1中部的截面為呈等腰梯形的凸臺，等腰梯形凸臺的頂部為模具的型腔，型腔的底面為與型板7的V形底面相互配合的V形型腔底面1-1，用於對型板7進行定位，在型腔的沿長度方向的側壁上設有一列夾緊凸塊，夾緊凸塊的頂部開有螺紋孔，夾緊凸塊的下部切出一個斜面，夾緊凸塊螺紋孔和斜面分別用於安裝夾緊斜塊組件8的螺栓和斜塊，夾緊凸塊的寬度和夾緊斜塊組件8上的斜塊寬度相同，夾緊凸塊之間的間距與型板7的厚度成間隙配合，在型腔沿寬度方向的側壁上，各有一個凸臺，用於安裝根據整體壁板的特徵所設計的成形定位裝置，如圖4所示；

型板7，所述型板7為一塊厚板，其底部為V形面，V形面的角度與底座1型腔內的V形面相同，用於在底座上定位；型板7的上表面加工出型面，通過多塊型板7的組合，形成整個模具的型面，如圖8所示；

壓板5，所述壓板5為一塊平板，平板的寬度與底座1的模具型腔寬度為間隙配合，平板5的上表面中心連接一個圓臺5-1，圓臺內開有一個球窩，球窩是一個超過半球的球型腔體，用於容納壓杆3最下部的球頭，如圖7所示；

壓杆3，所述壓杆3為一根帶有螺紋的圓柱杆，圓柱杆的末端為球頭，所述球頭與壓板5的球窩為間隙配合，如圖6所示；

耐熱墊4，所述耐熱墊4的寬度與壓板5的寬度相同，厚度達到可以填充底座1的型腔的程度，所述耐熱墊4設置在壓板5的下端面與壓板5疊接；

加熱組件6，所述加熱組件6包括下部的支撐架和上部的加熱棒兩部分，支撐架為一塊厚板，其厚度與底座1的夾緊凸塊的寬度相同，使用支撐架可以放入型板7所形成的間隙當中，支撐架底部為一個V形面，用於在底座1型腔內的V形面上定位；支撐架頂部開有半圓槽，半圓槽內設有加熱棒，如圖9所示；

夾緊斜塊組件8，所述夾緊斜塊組件8包括螺栓和楔塊兩部分，所述螺栓尺寸與底座1的夾緊凸塊頂部的螺栓孔尺寸相同，楔塊的斜度與底座1的夾緊凸塊的斜面斜度相同；楔塊安裝在底座1的夾緊凸塊的斜面，夾緊斜塊組件8由螺栓安裝在底座1的夾緊凸塊頂部的螺栓孔中，擰動夾緊斜塊組件8由螺栓、推動楔塊運動完成對型板7的夾緊，如圖10所示；

支架2，所述支架2的頂部為一塊厚板，厚板中心開有用於安裝壓杆3的螺紋孔，厚板的四角向下方延伸出四條支腳，所述支腳與底座1固定連接，如圖5所示；

所述支架2與壓杆3、耐熱墊4、壓板5一起組成模具的機械加載結構。

所述底座1底面向外延伸出兩個矩形凸臺1-3，所述支架2支腳的末端設有水平凸臺，水平凸臺與底座1的矩形凸臺1-3固定連接。矩形凸臺上開有螺栓孔，水平凸臺上開有孔，用於安裝固定螺栓9。

在底座1型腔的一個側壁的底部，開有一個與型腔外連通的通孔1-2，用於安裝連接加熱組件6的電源線路和測溫線路。

整個加熱組件安裝後的高度不超過型板7的上表面安裝高度。

所述壓杆3的頂端設有手輪3-1。

根據要成形的整體壁板的長度，底座1上可以安裝多套機械加載結構。

使用時，根據整體壁板設計的外形，設計和加工一系列型板7的上表面型面，加工好的型板7安裝在底座1的型腔V型面上，並且在底座1的夾緊凸塊上安裝夾緊斜塊組件8，擰動夾緊斜塊組件8的螺栓夾緊型板7；耐熱墊4固定在壓板5的底部，壓杆3的圓柱杆穿過支架2的頂部螺紋孔，連接在壓板5上；在型板7形成的間隙中安裝加熱組件6，並連接電源與溫控線路，電源與溫控線路從底座1側壁的與型腔外連通的通孔中，引出模具型腔，連接到溫度控制器上；在型板7上安裝整體壁板；轉動壓杆3的手輪，使壓板5推動耐熱墊4擠壓整體壁板與型板7貼合；開啟溫度控制器，設定溫度控制曲線進行時效成形過程，時效成形完成後，關閉溫度控制器，反向旋轉壓杆3的手輪，進行卸載，從底座1上移除支架2，取出整體壁板零件。