一种顶杆和垫片组合式金属蠕变成形模具

摘要

本发明公开了一种顶杆和垫片组合式金属蠕变成形模具，包括顶杆、垫片、顶杆固定板和型面垫板；顶杆高度均相同、垫片厚度均相同；顶杆包括杆身和带有螺杆的端头，杆身设有与螺杆相匹配的螺纹孔；顶杆固定板面开有横纵交叉的正交槽，顶杆杆身装在正交槽交叉处，垫片设置在正交槽内、顶杆杆身下方；通过将垫片堆叠成不同厚度粗略调整顶杆的高度，通过顶杆端头的螺杆对顶杆高度进行精确调节，以形成所需的顶杆阵列。本发明所提供的模具制造简单，操作方便，适用于大型工件蠕变成形的工程化实验研究与少批量生产。本发明不仅可以避免实验过程中反复修模带来的加工成本与研发周期问题，并且能够保证成形件表面波浪度小于0.5%。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种模具，特别涉及一种用于金属材料加工的板材蠕变成形模具。

背景技术

整体壁板由于具有结构效率高、易于实现等强度设计、密封性好等突出优点，成为现代航空航天、交通运输先进装备的重要结构件。但其结构往往较复杂，常具有外形曲率非均匀连续性变化、多内部结构、厚度非均匀分布等特点。成形复杂外形及结构的整体壁板构件已成为制备现代先进飞机的关键技术之一。整体壁板蠕变成形是利用金属的蠕变变形和时效强化特性，将构件的成形与时效强化热处理过程同时进行的一种加工方法。蠕变成形制造壁板类部件的一般过程为：将板坯放在模具上密封并置于真空环境中，再通过热压罐等设备对整个密封工装施加压力与温度，使板坯贴模，并完成热处理过程，最后卸载回弹，获得成形构件。由于蠕变应力处于弹性范围，回弹是不可避免的，因此制造蠕变成形模具时需要考虑金属坯料在整个过程中发生的弹塑性变形和时效强化等一系列复杂的组织与性能变化，根据计算模拟设计以及多次试验结果修模，才能最终获得满足要求的模具形面，因此，试模对于获得符合要求的蠕变模具型面非常关键。

目前蠕变成形的模具结构形式主要有固定曲率特性整体结构何肋板式分体结构两种。显然，固定曲率特性整体结构对于构件蠕变成形模具定型前所需的多次修改，模具加工成本高，设计与制造周期长；肋板式分体结构模具与固定曲率特性整体结构模具相比，定型前仍需要多次修改筋板，只是减小了修改时模具的加工量，仍需要多次修改筋板模具，成本依然较高，且设计、制造周期也没有缩短。由于整体壁板的发展日益追求大尺寸结构，配套的模具也随之增大，模具制造成本与模具形面调整消耗的工时也大幅增加。因此，需要进一步减少模具制造成本，提高模具型面调整效率。

发明内容

针对现有蠕变成形模具的不足，本发明提供了一种顶杆和垫片组合式金属蠕变成形模具，模具型面调整效率更高、加工成本更低。

本发明提供的顶杆和垫片组合式金属蠕变成形模具，包括多个顶杆、多个垫片、顶杆固定板和型面垫板。所述顶杆高度均相同、垫片厚度均相同，或两者在允许的公差范围内。所述顶杆包括杆身和带有螺杆的端头，杆身设有与螺杆相匹配的螺纹孔。所述顶杆固定板面开有一定深度的横纵交叉的正交槽，槽宽与顶杆杆身相匹配，顶杆杆身装在正交槽交叉处，垫片设置在正交槽内、顶杆杆身下方。所述型面垫板设置于顶杆端头上方。通过将垫片堆叠成不同厚度粗略调整顶杆的高度，通过顶杆端头的螺杆对顶杆高度进行精确调节，以形成所需的顶杆阵列。

作为改进，在顶杆固定板的正交槽底部、垫片位置的下方设置通孔，便于顶杆和垫片的取出。

所述垫片为“T”形，使用时由1~10层堆叠而成。

所述顶杆杆身截面为与固定板正交槽匹配的“十”字形。

所述顶杆端头为半圆球形。

所述型面垫板是铝、钢或钢铝复合的薄板。

本发明的技术效果在于：① 模具结构简单，且各个部件加工难度小，其中顶杆和垫片还可批量制造和重复使用，因此模具成本大幅降低。② 顶杆和垫片的组合可以获得大致的点阵高度，在通过顶杆端头螺杆的微调，不仅可以实现点阵型面的精确控制，而且操作方便，提高了模具型面调整效率。③ 顶杆与顶杆固定板的正交槽能够很好地配合，起到定位和稳固的效果。

本发明所提供的模具适用于大型工件蠕变成形的工程化实验研究与少批量生产，不仅可以避免实验过程中反复修模带来的加工成本与研发周期问题，并且能够保证成形件表面波浪度小于0.5%。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中的顶杆固定板正交槽设置示意图。

图3为本发明中的顶杆结构示意图。

其中1为顶杆固定板，2为顶杆，3为正交槽，4为垫片，5为型面垫板，6为通孔，7为顶杆杆身，8为顶杆端头半球结构，9为顶杆端头圆柱过渡段，10为螺杆，11为杆身内螺孔。

具体实施方式

参见图1，本发明包括多个顶杆2、多个垫片4、顶杆固定板1和型面垫板5。顶杆固定板1设有横纵交叉的正交槽3(如图2所示)，用于固定顶杆2的位置，顶杆固定板1的厚度为10~1200mm，正交槽3深为5~1000mm，正交槽3的宽度为5~200mm。正交槽3的底部在每个放置顶杆2的位置中心设置通孔6，孔径为0~150mm，方便顶杆2和垫片4的取出。

顶杆2如图3所示，顶身7的截面为与固定板正交槽匹配的“十”字形，径长为10~300mm，高度为5~2000mm。顶杆端头是由半球结构8、圆柱过渡段9和螺杆10组成的整体，半球8直径为10~300mm，圆柱过渡段9轴长为10~30mm，螺杆10直径为5~200mm，螺杆10长度为5~100mm。相邻的顶杆2的中心间距为10~800mm。

垫片4为“T”形，厚度为10~500mm，使用时可由1~10层堆叠而成。顶杆2和垫片4是一系列尺寸固定的标准件，它们可以批量制造并储存备用。

顶杆2阵列上方铺有一层型面垫板5，用于将离散点阵面过渡为所需的平滑曲面，型面垫板可以是铝板、钢板或钢铝复合板等易于变形但又不会破坏所需的平滑曲面的板材。

本发明采用与所述顶杆2点阵接触的型面垫板实现所设计模具的连续平滑型面。通过选择合适的顶杆2间距与型面垫板5厚度，可使型面垫板具有足够的刚度来抵抗顶杆2局部作用引起的压痕，也可改善贴模效果，减小成形构件的型面误差。