CN101497099A - 一种带横向内筋构件旋压成形芯模 - Google Patents

Abstract

本发明是一种带横向内筋构件旋压成形芯模，包括顶端(1)、夹板(2)、筋模(3)和卡盘(4)，顶端(1)、夹板(2)和筋模(3)的纵向剖面均为锥形；采用纵分瓣方式将圆环状夹板(2)沿纵向分为一块主动夹板(5)和两块被动夹板(6)，其中主动夹板的外形为梯形；将割除主动夹板后的夹板沿其中心线一分为二，分成两个对称的被动夹板(6)；夹板(2)下表面外缘处根据内筋的形状有倒角，该倒角水平投影长度M小于主动夹板(6)在X方向的最大位移L；夹板顶和底的外径差S大于零。本发明采用的横纵组合分瓣方案，有效解决了带横向内筋大型薄壁复杂构件成形中难于脱模的不足，满足了该类型构件快速、高效成形的要求，具有结构简单、使用方便的特点。

Description

一种带横向内筋构件旋压成形芯模

一、技术领域：

本发明涉及塑性成形行业带横向内筋构件旋压成形技术，具体是一种带横向内筋构件旋压成形芯模。

二、背景技术：

旋压工艺经历了几十年的发展，目前在薄壁、形状复杂、轻量化整体构件的近净成形中发挥着越来越重要的作用。大型薄壁复杂构件是航空航天和兵器工业中普遍采用的一类零件，如航空发动机罩、整体火箭发动机构件、压气机锥体、人造卫星和导弹的鼻锥，兵器工业中的药型罩等。航空航天等高技术产业的发展要求在不影响这些大型薄壁构件外表气动性的前提下，提高这些零件的强度和刚度从而优化飞机、火箭和导弹等的整体性能，为此需要在这些零件内部设计环形加强筋，但这种带横向内筋大型薄壁复杂结构给构件的成形带来了极大的困难。以带横向内筋构件旋压成形为代表的大型复杂薄壁构件的精确成形控制已经成为需要迫切解决的问题。

目前国内外已基本掌握不带内筋大型薄壁复杂构件以及长径比较小而径向尺寸较大的带横向内筋筒形件的旋压技术，前者可采用普通旋压和强力旋压相结合的复合旋压工艺实现，后者则可通过内旋工艺实现。不过内旋工艺成形内筋不具有普适性：对于尺寸较小的工件，内旋轮无法进入壳体内部；对于尺寸过大的工件，模套很难加工且费用很高；且目前实际生产中内旋压工艺仅仅用于带内筋筒形件的加工，毛坯的准备比较复杂。而以带内筋大型薄壁复杂构件旋压所代表的大型复杂旋压成形工艺则不用受上述条件的限制，且内筋的成形精度比内旋工艺要高。目前带纵向内筋筒形件的旋压成形技术已经被掌握，但带横向内筋大型薄壁复杂构件的成形技术国内外尚未完全掌握，与纵向内筋的成形相比，横向内筋的不均匀变形程度更加剧烈，成形机理更加复杂。随着航空、航天和兵器等战略高技术的发展，迫切要求发展先进的带横向内筋大型薄壁复杂构件快速、高效的成形技术。但带横向内筋旋压构件在成形结束后由于内筋的存在而难于脱模，所以其芯模的设计与应用是一个难点问题。

三、发明内容：

为克服现有技术中存在的旋压构件在成形结束后难于脱模的不足，本发明提出了一种带横向内筋构件旋压成形芯模。

本发明提出的整体模具依次从上至下由顶端、夹板、筋模和卡盘组成塔型，并且顶端、夹板和筋模各部分的纵向剖面均为锥形。本发明采用了横纵组合分瓣的方案，将整体模具分成顶端、夹板、筋模和卡盘，其中顶端、夹板和筋模的中心孔为定位孔；顶端、夹板、筋模和卡盘均为回转体零件。顶端与夹板相配合的表面中心处有环形定位槽。夹板上表面中心处有与顶端上的定位槽相配合的定位台阶，下表面外缘处根据所成形内筋的形状有倒角，该倒角在水平方向的投影长度为M，并且M小于主动夹板在X方向的最大位移L；夹板顶和底的外径差S大于零，以够保证夹板取出后顶端也能够顺利取出；采用纵分瓣方式将圆环状夹板沿纵向分为三块：一块主动夹板和两块被动夹板，其中主动夹板的外形为梯形，并由夹板的内圆边和外圆边分别构成主动夹板梯形的底和顶，底和顶的长度分别为内圆的1/4圆弧和外圆的1/8圆弧，即主动夹板的水平剖面为内圆弧大、外圆弧小的梯形；将割除主动夹板后的夹板沿中心处一分为二，形成两个对称的被动夹板。筋模位于夹板和卡盘之间，其母线平行于顶端和夹板的母线，并且在整体模具表面构成一工件内筋的凹槽，在旋压成形过程中，金属填充入凹槽，形成了工件内筋。卡盘为台阶状，其上部中心处有贯通顶端、夹板和筋模的定位轴，中部台阶为锥体，该锥体的母线与顶端和夹板的母线处于同一直线上，下部为圆柱状，其直径根据旋压机而定。

在使用本发明时，夹板及顶端脱模的具体步骤如下：

第一步，将主动夹板6从中心孔中取出；

第二步，主动夹板6取出后，两个被动夹板7均可在X方向和Y方向自由运动，此时两个被动夹板也可以被取出；

第三步，由于夹板的设计考虑了与顶端的干涉问题，夹板取出后，顶端也可以取出；

通过以上步骤，带横向内筋构件旋压成形结束后无法脱模的问题可以得到圆满解决。

由于的本发明各个部件均为回转体零件，并对芯模采用横纵组合的分瓣技术，保证带横向内筋构件旋压成形后可顺利脱模。本发明所提出的芯模分瓣后易于机械加工，制造成本低，且易于装配。在横分瓣的基础上，仅对夹板一个零件进行纵分瓣就可以使带横向内筋强旋构件的脱模问题得到解决。

四、附图说明

图1是带横向内筋构件旋压成形芯模的结构示意图；

图2是夹板的组合分瓣示意图；

图3是夹板的主视图；

图4是主动夹板抽芯的示意图；

图5是被动夹板抽芯示意图。其中：

1.顶端；2.夹板；3.筋模；4.卡盘定位轴；5.卡盘；6.主动夹板；7.被动夹板。

五、具体实施方式

本实施例是用于某横向内筋大型薄壁锥形构件旋压成形中的横纵组合分瓣模具，试验中板料的初始厚度为10mm，成形结束后锥形件壁厚为2mm，筋部高度为5mm，芯模的半锥角为30°。具体实施中，模具整体依次从上至下由顶端1、夹板2、筋模3和卡盘5组成塔型(图6)，并且顶端1、夹板2和筋模3各部分的纵向剖面均为锥形。

本实施例采用了横纵组合分瓣的方案，将整体模具分成顶端1、夹板2、筋模3和卡盘5，其中顶端1、夹板2和筋模3的中心孔为定位孔；顶端1、夹板2、筋模3和卡盘5均为回转体零件。顶端1与夹板2相配合的表面中心处有环形定位槽。夹板2上表面中心处有与顶端1上的定位槽相配合的定位台阶，下表面外缘处根据所成形内筋的形状有垂直于母线的倒角，该倒角在水平方向的投影长度M值为3.83mm；夹板2的顶和底的外径差S值为2.2mm大于零，以保证夹板2取出后顶端1也能够顺利取出；采用纵分瓣方式将圆环状夹板2沿纵向分为三块：一块主动夹板6和两块被动夹板7(图7和8)，其中主动夹板6的外形为梯形，夹板2内圆的边构成主动夹板6梯形的底，夹板2外圆的边构成主动夹板6梯形的顶，即主动夹板6的水平剖面为内圆弧大、外圆弧小的梯形；被动夹板7是对称的二块，是将割除主动夹板6后的夹板2从中心处一分为二而成。筋模3位于夹板2和卡盘5之间，在顶端1和夹板2之间做一虚拟的连线将顶端1和夹板2的母线连接，则筋模3的母线平行于顶端1和夹板2的母线，并且与顶端1和夹板的母线之间的虚拟连线有间隙，该间隙在整体模具表面形成一凹槽，在旋压过程中金属填充入凹槽，形成了工件内筋；卡盘5为台阶状，其上部中心处有贯通顶端1、夹板和筋模的定位轴4，中部台阶为锥体，该锥体的母线与顶端1和夹板的母线处于同一直线上，下部为圆柱状，其直径根据旋压机而定。

使用本实施例时，脱模的具体步骤如下：

第一步：成形过程结束后，工件的筋部被卡在芯模的筋模中，由于模具采用了横分瓣设计，所以工件及卡在工件内的顶端和夹板能够从卡盘的定位轴上取下，但顶端和夹板仍然被工件内筋卡在在工件内部无法取出。

第二步：由于主动夹板6在Y方向的最大位移量L为71mm，远大于M值3.83mm所以主动夹板6可以沿Y轴负方向从中心定位孔中取出(图9)。

第三步：主动夹板6抽芯取出后，两个被动夹板7即可在X和Y两个方向自由运动(图10)，使其能够被方便的取出；至此，夹板全部被取出。

第四步：由于夹板的设计已经考虑了顶端脱模时和已成形工件内筋的干涉情况，当夹板取出后，顶端1也可以顺利取出，这样工件便顺利脱模了。

通过以上步骤，带横向内筋旋压工件无法脱模的问题得到了圆满解决，且工件脱模后表面质量良好，没有附加变形，能够较好的保证工件的成形质量。实践证明，本实施例所公开的适用于带横向内筋构件旋压成形的芯模设计方法针对性强，利用该方法可以科学有效地解决带横向内筋构件旋压过程中无法脱模的难点问题，模具的加工、安装、拆卸和应用都能够符合实际生产的需要。

Claims (3)

1.一种带横向内筋构件旋压成形芯模，依次从上至下由顶端(1)、夹板(2)、筋模(3)和卡盘(5)组成塔型，并且顶端(1)、夹板(2)和筋模(3)各部分的纵向剖面均为锥形，其特征在于：

a.采用纵分瓣方式将圆环状夹板(2)沿纵向分为三个块：一块主动夹板(6)和两块被动夹板(7)，其中主动夹板(6)的外形为梯形；将割除主动夹板(6)后的夹板(2)沿中心线一分为二，形成两个对称的被动夹板(7)；

b.夹板(2)下表面外缘处根据所成形内筋的形状有倒角，该倒角在水平方向的投影长度为M，并且M小于主动夹板(6)在X方向的最大位移L；夹板(2)顶和底的外径差S大于零；

c.筋模(3)的母线平行于顶端(1)和夹板(2)的母线，并且在整体模具表面构成一工件内筋的成形槽；

d.卡盘(5)为台阶状，其上部中心处有贯通顶端(1)、夹板(2)和筋模(3)的定位轴(4)，中部台阶为锥体，该锥体的母线与顶端(1)和夹板(2)的母线处于同一直线上，下部为圆柱状，其直径根据旋压机而定。

2.如权利要求1所述带横向内筋构件旋压成形芯模，其特征在于顶端(1)、夹板(2)和筋模(3)的中心孔为定位孔；顶端(1)与夹板(2)相配合的表面中心处有环形定位槽；夹板(2)上表面中心处有与顶端上的定位槽相配合的定位台阶。

3.如权利要求1所述带横向内筋构件旋压成形芯模，其特征在于，夹板(2)的内圆边和外圆边分别构成主动夹板(6)梯形的底和顶，并且底和顶的长度分别为内圆的1/4圆弧和外圆的1/8圆弧。

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