一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置

摘要

本发明涉及航空航天设备用薄壁构件制造领域，具体涉及一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置，装置包括粘性介质注入加载模、型模、芯轴、粘性介质注入缸、加载模密封圈、筒坯料、粘性介质加载动力源液压缸和粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸。该装置通过动力控制系统提供粘性介质注入压力，对粘性介质加载压力进行控制；粘性介质通过注入通道施加到成形坯料并对其产生成形力，可根据成形零件形状和壁厚设置不同数量和形状的注入通道，可以有效控制粘性介质外压成形压力加载，实现控制板坯料应力状态，使板坯料合理变形流动，提高板材成形性。该装置结构简单、易操作，控制稳定性较好，可以有效的进行粘性介质外压成形。

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天设备的薄壁件成形制造领域，尤其涉及一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置。

背景技术

大曲率薄壁构件是一种典型的壳体结构，其常用于航空、航天以及工业热能工程领域的热防护系统。目前，加工此类零件常采用的方法是对变形区进行单纯的软模压缩成形，当坯料两端无约束时，由于坯料两端处于自由状态，筒坯材料在粘性软模材料附着应力的作用下向变形区流动，若补充的材料大于表面积的增加，在环向压应力的作用下，就会产生失稳起皱等缺陷，严重降低了成形件的表面质量；当坯料两端有约束时，由于坯料两端处于约束状态，成形时非变形区的材料很难向变形区流动，变形区表面积的增加只能靠自身壁厚的减薄实现，因而该方法在变形区最小直径处容易出现壁厚分布不均匀、局部严重减薄、甚至破裂。还可以通过外压多道次成形：即增加加工次数分步成形，控制单道次变形量于失稳起皱范围内，逐步成形出所需的零件形状，由于增加了加工次数，模具复杂、成形频繁、成形精度差、成本高。

此外，我方申请的专利CN104226777A公开了“一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形方法”，该发明为大曲率薄壁构件提供了一种有效的外压成形方法。粘性介质压力成形的特点在于粘性介质可以对板材同时形成正压力和切向粘性附着应力，成形过程中对各区域的成形力进行合理的控制是粘性介质压力成形的关键。然而缺少对应的成形装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置，装置包括粘性介质注入加载模、型模、芯轴和粘性介质注入缸，所述型模置于粘性介质注入加载模中，所述芯轴置于型模中部，所述粘性介质注入缸置于粘性介质注入加载模底部，对粘性介质进行加载。装置还包括加载模密封圈、粘性介质加载动力源液压缸和粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸，所述粘性介质加载动力源液压缸置于粘性介质注入缸底部，在所述粘性介质注入加载模中设置粘性介质注入通道，所述粘性介质注入通道的下端的通道进口与所述粘性介质注入缸的介质腔连通，筒坯料置于粘性介质注入加载模与型模之间，粘性介质通过注入通道的通道出口提供筒坯料成形所需压力，在所述粘性介质注入加载模的内壁面上设置加载模环槽，在所述加载模环槽内设置加载模密封圈，且在筒坯料的上下两端均设置一个所述加载模密封圈，对成形装置进行密封，所述粘性介质注入缸内设置柱塞，所述柱塞由所述粘性介质加载动力源液压缸驱动，所述粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸为粘性介质注入加载模端部密封提供加载力，所述粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸置于粘性介质注入加载模顶部。

优选的，所述粘性介质注入缸采用模具钢加工而成，所述粘性介质注入缸包括内缸和外套，内缸壁厚W为20mm～40mm，外套壁厚a×W，其中系数a为1.2～3.5，粘性介质注入缸的内孔的直径为Φ，粘性介质注入缸的高度为H，所述直径Φ的取值范围为50mm～80mm，所述高度H的取值范围为300mm～600mm。

优选的，所述注入通道沿圆周方向均匀分布，注入通道的个数根据型模形状和成形零件壁厚决定。

优选的，所述注入通道的直径为所述直径的取值范围为5mm～10mm。

优选的，每个所述注入通道在不同高度上根据型模的形状可设置多组水平出口。

优选的，所述型模的结构采用分瓣式结构，所述芯轴用于组合、固定型模。

优选的，所述粘性介质注入缸的柱塞端部具有宽度D的凹槽，以便降低柱塞与粘性介质注入缸之间的摩擦力，所述宽度D的取值范围为2mm～8mm。

优选的，在所述粘性介质注入缸和粘性介质注入加载模的连接端面处设置注入缸环槽，并在所述注入缸环槽内设置注入缸密封圈，所述注入缸密封圈为弹性金属或橡胶材料密封圈，所述加载模密封圈为YX型弹性材料密封圈。

优选的，所述粘性介质加载压力不超过400MPa，压力加载速度为0.1MPa/s～1.2MPa/s。

优选的，所述粘性介质加载压力由粘性介质加载动力源液压缸加载力F控制，所述粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸加载力F′，力F′与力F正相关。

实施本发明的上述技术方案，具有以下有益效果：本发明为大曲率薄壁构件粘性介质外压成形提供一种成形装置，该装置通过动力控制系统提供粘性介质注入压力，对粘性介质加载压力进行控制；粘性介质通过注入通道施加到成形坯料并对其产生成形力，可根据成形零件形状和壁厚设置不同数量和形状的注入通道，可以有效控制粘性介质外压成形压力加载，实现控制板坯料应力状态，使板坯料合理变形流动，提高板材成形性。该装置结构简单、易操作，控制稳定性较好，可以有效的进行粘性介质外压成形。

附图说明

图1是本发明中的大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置结构示意图；

图2(a)～图2(d)是本发明中的粘性介质外压成形模具结构以及成形过程示意图；

图3是图2(a)的A-A剖视图；

图4是本发明具体实施方式中粘性介质外压成形模具主视结构剖视图；

图5是本发明中的粘性介质注入加载模结构示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是粘性介质注入缸的结构示意图；

图8是粘性介质注入缸柱塞结构示意图。

图中：1：粘性介质注入加载模；2：型模；3：芯轴；4：粘性介质注入缸；4-1：内缸；4-2：外套；5：加载模密封圈；5-1：注入缸密封圈；6：注入通道；6-1：通道进口；6-2：通道出口；7：筒坯料；8：粘性介质；9：柱塞；10：粘性介质加载动力源液压缸；11：粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图8，一种大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置，装置包括粘性介质注入加载模1、型模2、芯轴3、粘性介质注入缸4、加载模密封圈5、筒坯料7、粘性介质加载动力源液压缸10和粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸11。

型模2置于粘性介质注入加载模1中，所述芯轴3置于型模2中部，所述粘性介质注入缸4置于粘性介质注入加载模1底部，对粘性介质进行加载。

在粘性介质注入加载模1的内壁面上设置加载模环槽，在所述加载模环槽内设置加载模密封圈5，筒坯料7置于粘性介质注入加载模1与型模2之间，且在筒坯料7的上下两端均设置一个所述加载模密封圈5，对成形装置进行密封。

粘性介质加载动力源液压缸10置于粘性介质注入缸4底部，在所述粘性介质注入加载模1中设置粘性介质注入通道6，所述粘性介质注入通道6的下端的通道进口6-1与所述粘性介质注入缸4的介质腔连通，粘性介质通过注入通道6的通道出口6-2提供筒坯料成形所需压力，粘性介质注入缸4内设置柱塞9，所述柱塞9由所述粘性介质加载动力源液压缸10驱动。

参见图1，由成形过程控制系统控制粘性介质加载动力源液压缸10的运动，并以此精确控制粘性介质注入压力的大小。

由粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸11为粘性介质注入加载模1端部密封提供加载力，所述粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸11置于粘性介质注入加载模1顶部。

参见图1，由成形过程控制系统控制所述粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸11的运动，并以此精确控制粘性介质注入加载模端部密封加载压力的大小。

粘性介质加载动力源液压缸10加载力F随所述粘性介质注入加载模端部密封加载动力源液压缸11加载力F′的增大而增大，即力F′与力F正相关。

其中，粘性介质加载压力不超过400MPa，压力加载速度为0.1MPa/s～1.2MPa/s。在此范围内成形件精度更高。

参见图2(a)～图2(d)为粘性介质外压成形模具结构以及成形过程示意图，随着力F′与力F的增大，粘性介质8通过注入通道6注入，筒坯料7逐渐成形。

参见图5和图6，注入通道6沿圆周方向均匀分布，注入通道6的个数根据型模2形状和成形零件壁厚决定。在具体实施方式中，注入通道6的个数为8～36个。优选的，当零件形状相对简单或壁厚相对较厚时，注入通道6的个数为10个；当零件形状相对复杂或壁厚相对较薄时，注入通道6的个数为16个。这样设置的注入通道6有利于控制粘性介质注入压力，提高成形件精度。

具体的，每个注入通道6的直径为所述直径的取值范围为5mm～10mm。这样设置的注入通道6有利于控制粘性介质注入压力，提高成形件精度。当零件壁厚相对较薄时，所述直径的取值为6mm。当零件壁厚相对较厚时，所述直径的取值为10mm。如此设置，有利于控制粘性介质注入压力，提高成形件精度。

其中，注入通道6可设置多组通道出口6-2，每个注入通道6在不同高度上根据型模2形状可设置多组水平通道出口6-2，通道出口6-2的个数为2～8个。这样设置的注入通道6有利于控制粘性介质注入压力，提高成形精度。

参见图1～图4，型模2的结构采用分瓣式结构，芯轴3用于组合、固定型模2。该设置便于模具加工制造及安装。

参见图4，当型模2结构为图4中的形状时，密封结构位于型模2端部，加载模密封圈5采用YX型弹性材料密封圈。

进一步的，在粘性介质注入缸4和粘性介质注入加载模1的连接端面处设置注入缸环槽，并在所述注入缸环槽内设置注入缸密封圈5-1，所述注入缸密封圈5-1为弹性金属或橡胶材料密封圈。

参见图7，粘性介质注入缸4采用模具钢加工，包括内缸4-1和外套4-2，内缸壁厚W，外套壁厚a×W，所述W取值范围为20mm～40mm，所述a取值范围为1.2～3.5，粘性介质注入缸4内孔的直径为Φ，粘性介质注入缸4的高度为H，所述直径Φ的取值范围为50mm～80mm，所述高度H的取值范围为300mm～600mm。具体实施时粘性介质注入缸4的具体尺寸可根据具体实验成形零件和实验要求设定。

最后，参见图8，粘性介质注入缸4的柱塞9端部具有宽度D的凹槽，以便降低柱塞9与粘性介质注入缸4之间的摩擦力，所述宽度D的取值范围为2mm～8mm。在具体实施例中，根据粘性介质注入缸4的高度H和柱塞的活塞部长度考虑，凹槽可以设为多个，优选为两个。

通过本发明的大曲率薄壁构件粘性介质外压成形装置，能够为航空航天设备提供稳定的薄壁构件，保证了整体质量及稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。