一種恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置的製作方法

2023-05-08 04:25:51

本發明涉及一種恆溫箱時效成形裝置，具體地說，涉及一種恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置，屬於航空製造工程領域。

背景技術：

帶筋整體壁板將傳統飛機結構中的蒙皮、骨架元素和連接元素製成了一體，蒙皮、筋條之間無任何機械連接，從而可以達到減重並縮短裝配周期和工作量的目的，同時提高外形的裝配質量。鋁合金整體壁板的蠕變時效成形方法的本質是宏觀成形和時效強化演變兩種現象的耦合，在減小成形後鋁合金回彈的同時也提高了其強度和剛度。整體壁板的時效成形技術對航空製造業的發展十分重要。

由於帶筋壁板的筋條會與凸、凹模模具出現幹涉，傳統的方法為使用凹模配合真空袋加載的方式在熱壓罐中成形，由於使用真空袋包覆在工件上表面進行加載，可不受筋條的限制，但此方法成本高、操作複雜且容易出現破袋現象，不適用於進行大量的基礎性試驗。相比之下，恆溫箱時效成形具有成本低、操作方便的特點。

專利cn1526490中公開了「一種板材柔性多點曲面成形模具裝置」，其由凸、凹模組件組成,其中凸模組件包括多個彈性模體,凹模組件包含有若干個能上下調節的小模的小模具組組成，該裝置具有小模數量少,製造成本低，調節模具的時間可縮短的特點。但是，凹模部分小模具組的高度手動調節精度較差，曲面精度難以保證，當工件帶筋條時會與彈性模體發生幹涉，所以該裝置不適合成形帶筋條的零件。

專利cn103191987a中提出了「一種恆溫箱整體壁板時效成形模具」，所述模具由框架及上下模具板構成，通過螺栓施加載荷成形零件，不用包裹真空袋以及吸真空直接採用機械加載，能夠成形單曲率、雙曲率帶筋條的整體壁板結構零件。但是，其所能成形的帶筋整體壁板對筋條方向有限制，只能成形筋條方向為平行於模具板方向的壁板，對於筋條方向垂直於模具板以及筋條有交叉的壁板零件，該模具無法進行加載。

現有的整體壁板蠕變時效成形裝置主要有熱壓罐和恆溫箱。熱壓罐時效成形特別適用於帶筋壁板，通過真空袋包覆在工件上表面對其進行加載且成形過程不受筋條的限制，可成形任意複雜曲面的帶筋壁板，但是此成形方法成本高，且真空袋和工件之間需要鋪設透氣氈、吸膠材料、蓋板等多層材料，操作複雜且成形過程中容易出現破袋現象。恆溫箱時效成形一般是通過模具自身結構來保持對工件的加載力，從而進行時效成形，具有成本低、操作簡便的特點；但是成形帶筋壁板時對筋條的方向、高度往往存在限制，且成形後的表面質量也難以保證。

技術實現要素：

為了避免現有技術存在的不足，本發明提出了一種恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括導向杆、支撐螺杆、緊固螺母、調節螺母、上框板、下框板、吊環、凸模、凹模、固定塊、墊板、柔性支柱、定位銷、彈簧、保持架，所述上框板與所述下框板通過四根導向杆和緊固螺母配合連接，兩個支撐螺杆分別安裝在下框板上沿長度方向的對稱軸處的螺紋盲孔中，凸模和凹模分別與兩側固定塊固連，固定塊與上框板、下框板固連，保持架位於凸模與凹模之間；所述凹模上曲面的一側部有兩個豎直盲孔作為定位孔，定位孔內裝有定位銷和彈簧，彈簧位於定位銷下方，定位銷在工件加載貼模的過程中逐漸被墊板擠壓，向下壓縮彈簧使定位銷隨工件的變形逐漸縮入定位孔中，直至工件與凹模曲面貼合，實現定位工件成形；

所述下框板為支撐底座，下框板兩端各有兩個凸耳用於安裝吊環，下框板上表面的四角各有螺紋盲孔用於與導向杆下端螺紋連接，下框板上表面兩側短邊中間各有螺紋盲孔用於與支撐螺杆螺紋連接，下框板上表面兩側長邊各有等間距分布的螺紋盲孔用於與固定塊連接；

所述導向杆兩端加工有螺紋，下端螺紋用於將導向杆固定在下框板上，上端螺紋用於安裝緊固螺母來固定上框板以保持施加在工件上的載荷,導向杆中間部分為光杆，用於保持架和上框板的導向；

所述保持架兩側分別有三個凸耳，凸耳中心開有通孔，用於將保持架安裝在導向杆和支撐螺杆上，保持架上均布有通孔用於安裝柔性支柱，且柔性支柱在通孔中自由移動，支撐螺杆安裝在下框板上，調節螺母承受保持架的重力並通過支撐螺杆傳遞至下框板，保持架的上下位置隨調節螺母的位置移動；

所述柔性支柱為階梯圓柱體，上段直徑大於下段直徑，且下段細長，柔性支柱兩端為球面，柔性支柱上端球面與凸模表面接觸，柔性支柱下端穿過保持架上的通孔，柔性支柱下端球面與墊板接觸，柔性支柱上段直徑大於保持架上通孔直徑，防止柔性支柱從保持架上穿過；

所述墊板分為若干塊，依據工件上的筋條位置裁剪成形，並置於工件的筋條之間，用於減輕柔性支柱下端球面對工件上表面造成的壓痕。

所述保持架上開有若干通孔。

所述柔性支柱數量為若干個,柔性支柱的數量與保持架上通孔數量相同。

有益效果

本發明提出了一種恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置；通過在凸、凹模之間設置的柔性支柱來簡化對帶筋壁板的加載，可拆卸的柔性支柱使該裝置快速的應用於不同種類帶筋壁板的成形，只需更換不同曲率半徑的凸凹模即可，使裝置的通用性極大地提高。帶筋壁板無筋條一側的外表面為主要工作面，裝置中工件成形時無筋條一側外表面與凹模曲面貼合，成形後其表面光滑，提高了成形質量。

本發明恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置的特點在於:其能在熱壓罐中成形各種簡單及複雜曲率的帶筋整體壁板或平板，且不受筋條方向及高度的限制，凸模與凹模成對使用，更換不同曲率半徑的凸模、凹模即可成形不同的零件，具有極大的便利性和通用性。時效成形裝置在零件成形過程中，帶筋壁板外表面直接與模具貼合，成形後零件外表面光滑，方便後續測量；成型模具結構簡單,使用操作方便。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明一種恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置作進一步詳細說明。

圖1為本發明恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置軸測圖。

圖2為本發明恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置結構示意圖。

圖3為本發明時效成形裝置的下框板示意圖。

圖4為本發明時效成形裝置的墊板示意圖。

圖5為本發明時效成形裝置的定位銷安裝部位剖視圖。

圖6為本發明時效成形裝置的柔性支柱示意圖。

圖7為本發明時效成形裝置的固定塊示意圖。

圖8為本發明時效成形裝置的凹模示意圖。

圖9為本發明時效成形裝置的保持架示意圖。

圖10為本發明時效成形裝置使用時去掉與筋條幹涉的柔性支柱示意圖。

圖11為本發明時效成形裝置的上框板示意圖。

圖12為本發明時效成形裝置的凸模示意圖。

圖13為本實施例的工件示意圖。

圖中:

1.上框板2.吊環3.柔性支柱4.導向杆5.調節螺母6.支撐螺杆7.凹模8.緊固螺母9.固定塊10.內六角螺釘11.下框板12.工件13.墊板14.保持架15.凸模16.液壓機壓頭17.定位銷18.彈簧

具體實施方式

本實施例是一種恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置。應用於成形的工件為帶筋整體壁板，帶筋整體壁板的外形尺寸為400×300×2mm，筋條高度為20mm、厚度2mm、根部圓角半徑3mm，筋條包括一根縱向筋條和兩根橫向筋條。

參閱圖1～圖13，本實施例恆溫箱帶筋壁板時效成形裝置，由導向杆4、支撐螺杆6、緊固螺母8、調節螺母5、上框板1、下框板11、吊環2、凸模15、凹模7、固定塊9、墊板13、若干柔性支柱3和保持架14組成。兩個支撐螺杆6分別通過緊固螺母8安裝在下框板11上沿長度方向的對稱軸處的螺紋盲孔中，四根導向杆4分別通過緊固螺母8安裝在下框板11上表面四角處的螺紋盲孔中，凹模7的兩側各通過內六角螺釘10與固定塊9固連，固定塊9通過內六角螺釘10與下框板11固連。凹模7上表面曲面的一側部有兩個豎直盲孔，盲孔內先安裝彈簧18，彈簧18上方安裝有定位銷17。保持架14位於凹模7上部，安裝在下框架四角的導向杆4分別從保持架14四角處凸耳上的通孔中穿過，使保持架14沿導向杆4上下移動。支撐螺杆6分別穿過保持架14兩端中間部位凸耳上的通孔，調節螺母5安裝在支撐螺杆6上並緊靠保持架14的下表面。柔性支柱3細端向下插入保持架14上的規則分布的通孔陣列中，柔性支柱3的數目與保持架14上通孔陣列的數目相等；墊板13安裝在工件12及柔性支柱3的細端圓頭之間；凸模15安裝在柔性支柱3上方，凸模曲面與柔性支柱3粗端圓頭接觸，上框板1安裝在凸模15上方，凸模15通過四個內六角螺釘與固定塊9固連，固定塊9通過三個內六角螺釘與上框板1固定連接；上框板1通過上表面四角的四個通孔安裝在於導向杆4上，緊固螺母安裝在導向杆4上端螺紋處與上框板1上表面相接觸；吊耳2分別安裝在下框板11四角的凸耳上和上框板1上表面兩側中間的螺紋孔中。加載時，液壓機壓頭16向下移動與上框板1相接觸，施加力通過凸模15傳遞給柔性支柱3，柔性支柱3向下運動使工件12變形，通過工件12將力傳遞給凹模7及下框板11。

本實施例中,固定塊9用於固定凸模15、凹模7在上框板1、下框板11上的位置，其上表面有三個等間距分布的階梯通孔，安裝用於連接固定塊9與上、下框板的內六角螺釘10，前表面有四個等間距分布的臺階通孔，安裝用於連接固定塊9與凸、凹模的內六角螺栓。下框板11為其它各部件提供支撐，本實施例中下框板11為500mm×400mm×25mm的長方體，其兩端各有兩個凸耳，凸耳上有螺紋通孔，用於安裝吊環2；下框板11上表面四角有四個螺紋盲孔與導向杆4下端螺紋連接；下框板11上表面短邊兩側的中間各有一個螺紋盲孔與支撐螺杆6的螺紋連接；下框板11上表面長邊的兩側各有三個等間距分布的螺紋盲孔與緊固固定塊9的內六角螺釘連接。下框板11上有四個通槽用來減輕裝置質量。為了減少表面加工工作量，在下框板11底面開有2mm深的凹槽，且下框板11上表面與凹模7下表面接觸處設置2mm高的凸臺，凸臺大小與凹模7下表面大小一致。上框板1與下框板11不同之處在於上框板1的四角處沒有凸耳，吊環2安裝於上表面短邊兩側的中間的螺紋盲孔中；上框板1的上表面為平面；上框板1的下表面有2mm的凸臺，凸臺表面與凸模15上表面接觸，凸臺大小與凸模15上表面大小一致。

本實施例中,柔性支柱3細端向下豎直安裝在於保持架14上的陣列孔中，柔性支柱3粗端直徑大於保持架14上陣列孔直徑，柔性支柱3不會從孔中穿過。成形時，凸模15的曲面形狀通過多個柔性支柱3的細端球頭映射到墊板13和工件12上；卸載時通過調節螺母5將保持架14上移即帶動柔性支柱3離開工件12和墊板13，方便將工件12和墊板13取出。安裝在保持架14通孔陣列中的柔性支柱3若與工件12的筋條出現碰撞幹涉，可取出該幹涉部分柔性支柱3；柔性支柱3的細端長度根據所成形的工件曲率選擇，但需要滿足細端長度l大於凹模7的最大弦高h、保持架14厚度m、工件12上的筋條高度z、工件12的厚度t之和，即l>h+m+z+t。本實施例中，凹模7的最大弦高h為20.2mm，保持架14厚度m為20mm，工件12筋條高度z為20mm，工件12厚度為2mm；柔性支柱3總長度為89mm，其中,細端直徑為8mm，細端圓頭半徑為4mm，細端長度為67mm；粗端直徑為10mm，粗端圓頭半徑為5mm，粗端長度為22mm。

凹模7前表面、後表面靠下側分別有四個螺紋盲孔與穿過固定塊9的內六角螺釘10連接。凹模7上表面一側部有兩個豎直的定位盲孔，用於安裝彈簧18和定位銷17。凹模7上表面為圓柱曲面，凸模15曲面與凹模7曲面的曲率形狀相同，凸模15與凹模7二者成對使用，根據成形工件12的需要可將曲面加工為單曲率或變曲率複雜曲面。本實施例中，凸模15與凹模7曲面半徑為1000mm的單曲率曲面。

定位銷17和彈簧18安裝在凹模7上的定位孔中，安裝時彈簧18在下部，定位銷17在彈簧18上。定位銷17在工件12加載貼模的過程中逐漸被墊板13擠壓，向下壓縮彈簧18使定位銷17隨工件12的變形逐漸縮入定位孔中，直至工件12完全與凹模7曲面貼合。加載前，定位銷17安裝後要求其上端面不低於安裝於凹模7上的工件12蒙皮部分的上表面，同時定位銷17下端面必須在定位孔中，不得超出凹模7的曲面。定位銷17的長度與彈簧18的最小高度之和不超過凹模7上定位孔的深度。本實施例中，定位銷17長度為20mm；彈簧18自由長度為20mm，壓縮比為50％；定位孔的深度為30mm。

墊板13放置在工件12的上表面與柔性支柱3下端圓頭之間，根據筋條位置裁剪成合適尺寸放在工件12筋條之間的蒙皮上，目的是為了減輕柔性支柱3下端圓頭在工件12表面壓出的凹痕，使工件12受力均勻，提高成形質量。本實施例使用的墊板13厚度為1mm的不鏽鋼板。

保持架14四個角處的凸耳上有通孔，由固定在下框板11上的導向杆4分別穿過所述通孔，限制保持架14在水平方向的移動；保持架14兩側中間凸耳上有通孔，固定在下框板11上的支撐螺杆6穿過所述通孔，通過安裝在支撐螺杆6上部的調節螺母5來支撐保持架14，限制保持架14向下的移動。保持架14表面有等距分布的陣列通孔，用於安裝柔性支柱3並限制其水平移動。卸載時，通過調節螺母5的轉動帶動保持架14向上移動，將所有柔性支柱3抬離工件12表面。保持架14上陣列通孔的數目根據零件尺寸確定，柔性支柱3的數目與陣列通孔的數目相等。本實施例中，保持架14上陣列通孔為24×18，保持架14厚度為20mm。

成形裝置安裝過程:

第一步，將凹模7放置在下框板11的凸臺上，使用四個內六角螺釘穿過固定塊9上的有四個等距分布的階梯孔的側面與凹模7側面的螺紋孔連接，然後用三個內六角螺釘穿過固定塊9上有三個等距分布的階梯孔的側面與下框板11上螺紋孔連接，將凹模7通過兩側的兩個固定塊9緊固在下框板11上；

第二步，將導向杆4下端螺紋與下框板11四角處的螺紋盲孔連接，並通過緊固螺母將導向杆4固定在下框板11上；

第三步，將支撐螺杆6安裝在下框板11上表面兩側的螺紋盲孔中，並通過緊固螺母5將支撐螺杆6固定在下框板11上，然後將調節螺母5分別安裝在兩側支撐螺杆6上部，保持安裝高度一致且超過凹模7的最高點；

第四步，將保持架14四角處凸耳上的通孔分別對應穿過導向杆4，直至保持架14兩端中間凸耳上的孔穿過支撐螺杆6，落在調節螺母5的上方；

第五步，將柔性支柱3細端向下依次插入保持架14上的陣列通孔；

第六步，同第一步，將凸模15用內六角螺釘通過兩個固定塊9緊固在上框板1上；

第七步，將凸模15與上框板1固接後的整體部件的位置調整為凸模15在下，上框板1在上，將上框板1四角處的通孔分別對應穿過導向杆4；

第八步，將緊固螺母分別安裝在導向杆4上端螺紋處；

第九步，將吊環2分別安裝在下框板11四個角處凸耳上的螺紋孔和上框板1上表面兩側中間的螺紋孔中。

使用過程:

第一步，通過下框板11上的四個吊環2將整體裝置移動至液壓機工作檯上，使上框板1上表面中間正對液壓機壓頭16；第二步，去掉安裝在上框板1上側的各導向杆4上的緊固螺母，通過上框板1上的吊環2將上框板1連同凸模15吊起，同時轉動兩側支撐螺杆6上的調節螺母5，驅動保持架14使其帶動所有柔性支柱3沿導向杆4向上移動，直至柔性支柱3與凹模7之間有足夠空間放入工件12時停止；第三步，先將彈簧18分別裝入凹模7上定位盲孔中，再將工件12放入凹模7上方，使兩個定位銷17分別同時穿過工件12上的定位孔放入凹模7上的定位盲孔；第四步，將根據工件12筋條位置裁剪為合適大小的若干塊墊板13放在工件12的筋條之間；第五步，將兩側的調節螺母5同時放下，保持架14及柔性支柱3隨螺母向下移動，柔性支柱3下端球面與墊板13接觸，調整兩側調節螺母5直至保持架14的下表面高於工件12筋條最高點約10mm時停止；第六步，觀察安裝在保持架14上的柔性支柱3的陣列，將落在工件12筋條上以及筋條底部圓角處的柔性支柱3取出；第七步，將第二步中吊起的上框板1、凸模15部件放回裝置中；第八步，啟動液壓機，液壓機壓頭16向下移動，接觸上框板1後開始加載，液壓機壓頭16帶動上框板1、凸模15、柔性支柱3向下移動，越來越多的柔性支柱3上端球面與凸模15的曲面接觸並隨凸模15向下移動；當所有柔性支柱3上端球面與凸模15曲面接觸且工件12下表面與凹模7曲面完全貼合時，保持液壓機壓力不變；第九步，將緊固螺母分別安裝在各個導向杆4上，並將螺母擰緊保持對工件12的加載狀態，隨後升起液壓機壓頭16；第十步，通過下框板11上的吊環2將整個裝置放置在恆溫箱內進行時效成形；時效結束後待裝置冷卻至室溫後，通過下框板11上的吊環2將裝置取出，鬆開上框板1上方各導向杆4上的緊固螺母進行卸載，將成形後的工件12及墊板13一同取出，時效成形結束。