CN101543864B - 一种热压罐纯弯曲时效成形模具 - Google Patents

Abstract

本发明是一种热压罐纯弯曲时效成形模具，包括底座、盖板、箱体、型板和加载装置，主要由蜗杆、两个蜗轮、两根丝杠、压轴、压轴支架和托板组成的加载装置位于底座上表面；托板位于底座上表面中心处，两块型板固定在托板上表面，压轴支架套在型板上，并与托板固定连接。上压轴和下压轴分别装在箱体和压轴支架上。当外力经过丝杠传递到托板时，丝杠螺母把丝杠的转动转化为托板沿箱体内表面的平动，推动型板和下压轴向上移动，完成对试验件的纯弯曲加载。本发明外形简洁，面与面衔接处尽量使用大圆角过渡，并通过盖板覆盖可能造成真空袋拉裂的部位，底座大于箱体，具有结构简单、使用方便的特点。

Description

一种热压罐纯弯曲时效成形模具

一、技术领域

本发明涉及钣金成形领域，是一种热压罐纯弯曲时效成形模具。

二、背景技术

时效成形(Age Forming)，国内通常称之为时效应力松弛成形，国外称之为蠕变时效成形(Creep Age-forming，CAF)。

典型的时效成形工艺，主要是利用合金材料在高温中发生应力松弛的效应，使工件产生一定初始变形，通过外加载荷保持工件的变形，在恒温中静置一段时间，材料的应力水平随时间延长而降低，部分弹性应变转化为塑性应变，从而达到成形的目的。

对于时效成形弯曲回弹的研究，以纯弯曲研究最为简洁，本发明设计了一套用于研究的成形模具，该模具可以对平板、T型梁等试件进行弯曲，并且在曲率半径为1000mm以上均为纯弯曲。

西北工业大学在申请号为200810017544.3的发明专利申请中，公开了一种纯弯曲时效成形模具，其工作原理源于四点弯曲，以安装在压轴孔内的压轴为四点弯曲的下面两个支点，两个压块为四点弯曲的上面两个支点，通过上下支点的相对运动实现对试件的加载。支点之间的相对运动通过丝杠螺杆传动机构来实现。该发明的特点在于，能够实现对试件的纯弯曲加载，形面保持部分设有滑槽形板可以沿槽滑动，进而可以满足不同宽度试件的要求。但是，该发明在对试件时效成形时，模具需要包裹真空袋。由于该模具的外形较复杂，使得包裹真空袋不易，且容易损坏真空袋。

三、发明内容

为克服现有工装不能实现对试件的纯弯曲加载，简化板料弯曲的复杂性，本发明提出了一种热压罐纯弯曲时效成形模具。

本发明包括底座、盖板、箱体、压轴支架、型板、上压轴、托板、丝杠、下压轴、蜗杆支架、蜗轮和蜗杆，其中：

底座1为整个装置的基础。在底座的上表面中部有宽度同箱体内表面宽度的凸台，其长度与两个蜗杆支架的厚度之和等于箱体内表面的长度；该凸台两端的端面处均装有蜗杆支架。在凸台的上表面两端处、沿长度方向的中心线上均安装有轴线与底座相垂直的丝杠；蜗轮安装在丝杠的一端；两个蜗轮挡板分别套在两个丝杠之上、蜗轮的上方，并通过双头螺杆固定在底座1上。蜗杆通过两端的支撑圆柱安装在蜗杆支架上，与蜗轮相互配合。丝杠螺母位于蜗轮挡板上方，并固定在托板的下表面。箱体固定在底座上；二个上压轴安装在位于箱体对称的两侧壁板上端的两边上，并且上压轴的中心线垂直于箱体的中心线。

矩形托板位于底座上表面中心处。托板为两端对称的三级阶梯形：其底部的第一级构成整个托架的基础；第二级在长度方向上由两端向中间，其高度逐渐降低，并延伸至托板的中心，构成一个大角度的V形面，用于型板在长度方向上的对中定位；第三级是位于两端的两个对称的凸块。

型板的下表面是为“V”形面，角度与托板“V”形面相同；型板的上表面两侧为台阶状，中间为圆弧形的模具型面；将两块型板分列在托板第三级凸块的两侧，并使型板下表面的“V”型面和托板第二级的“V”型面配合。

将框板结构的压轴支架套在型板上，并通过螺栓分别与托板固定连接和夹紧型板。下压轴安装在压轴支架上。

本发明中，当外力经过蜗杆、蜗轮、丝杠传递到托板时，通过位于托板上的丝杠螺母把丝杠的转动转化为托板沿箱体内表面的平动，推动位于托板上的型板和位于压轴支架上的一对下压轴向上移动，完成对试验件的纯弯曲加载。

本发明充分考虑了时效成形时要包裹真空袋的需要，整套模具外形简洁，需要使用真空袋加压的试件弯曲部分完全敞开，制造时面与面衔接处尽量使用大圆角过渡；机械加压部分用箱体封装，对可能造成真空袋拉裂的各种深孔采用盖板覆盖；通过填充硅橡胶、铁砂等在高温高压下不变形的材料的方法消除试验件之间、试验件与模具箱体内壁之间的间隙，以减小对真空袋的破坏。模具的底座尺寸比模具箱体大上一圈，模具底面不需要覆盖导气毡和真空袋，有利于试件在热压罐中的升温，且底座四角设有起吊螺栓，在包裹真空袋后仍然可以用吊车搬运，具有结构简单、使用方便的特点。

四、附图说明

附图1是热压罐纯弯曲时效成形模具的俯视图。

附图2是热压罐纯弯曲时效成形模具的结构示意图，是附图1的A-A视图。

附图3是热压罐纯弯曲时效成形模具拆掉箱体和盖板后的主视图。

附图4是热压罐纯弯曲时效成形模具的外形示意图。

附图5是压轴支架的轴侧图。

附图6是型板的结构示意图。

附图7是托板的轴侧图。其中：

1.底座    2.起吊螺栓   3.盖板       4.箱体      5.压轴支架   6.型板

7.上压轴  8.托板       9.丝杠       10.下压轴   11.蜗杆支架  12.双头螺杆

13.蜗轮   14.蜗轮挡板  15.丝杠螺母              16.蜗杆

五、具体实施方式

实施例一

本实施例是一种用于(500×50×5)mm厚平板热压罐纯弯曲时效成形模具(附图1至附图4)，包括底座1、起吊螺栓2、盖板3、箱体4、压轴支架5、型板6、上压轴7、托板8、丝杠9、下压轴10、蜗杆支架11、双头螺杆12、蜗轮13、蜗轮挡板14和丝杠螺母15、蜗杆16，其中：

底座1由一块矩形金属底板和底板上表面中部的矩形凸台构成；凸台的宽度和箱体4内表面的宽度一致，并相互配合；底板之上、凸台两端面分别有蜗杆支架11，凸台的长度与两个蜗杆支架11的厚度之和等于箱体4内表面的长度。在底座1四角分别有安装有起吊螺栓2的螺纹通孔。底座1的底板上有螺纹盲孔，用于固定箱体4。在矩形凸台的上表面两端处，沿长度方向的中心线上有两个轴线与底座相垂直的盲孔作为丝杠9的安装孔；该安装孔的直径同丝杠下端圆柱的直径。在两个丝杠安装孔的两边分别有二个安装双头螺杆12的螺纹盲孔，并且与丝杠蜗轮13之间有足够的空间。

起吊螺栓2采用标准件。

盖板3为矩形框体，其外框的长宽同箱体4下端凸缘的外形尺寸，内框的长宽同箱体4的矩形框的外形尺寸；盖板3的厚度应该满足在容纳快换螺栓头部高度，其强度应承受15个大气压的压力，并且能够遮挡箱体4下角的通槽。盖板3上表面外部边缘导大圆角，下表面与箱体4上的异型孔相对应的位置上开有盲孔，该盲孔的尺寸以容纳快换螺栓头部为宜。

箱体4亦为矩形框体，框体内为上下贯通的矩形槽，其高度能容纳内部的整套机构；箱体4的下端向外有一圈凸缘，凸缘与底座1上的箱体安装孔相对应的位置上开有异型通孔，用于固定箱体4；异型通孔为长方形，两端导大圆角，通过快换螺栓固定箱体4；箱体4一侧的壁板的下端和位于该处的蜗杆支架11上开有同心的通孔；该通孔开在加载装置的蜗杆16一端的箱体壁板上，并与蜗杆6相配合；为了在提起箱体4时，箱体不会与蜗杆发生干涉，箱体4壁板上的通孔下半部分向下一直延伸到箱体4的下表面，在箱体壁板上形成了贯通壁板的“门”形槽，同时应保留凸缘的完整。

在箱体4对称的两侧壁板上端的两边分别开有二个上压轴7的安装孔，该安装孔的中心线在同一水平面，并且在两侧壁板上相对应的孔同心；两根上压轴7分别穿过两侧壁板上相对应的孔，并使上压轴7的中心线垂直于箱体的中心线，通过滚针轴承和箱体4活动配合(附图2)。

箱体4上使用的快换螺栓用普通螺栓改制而成，将普通螺栓头部六方体加工成为条状，其宽度和长度分别略小于异型通孔的宽度和长度。

矩形托板8为两端对称的三级阶梯形。托板8底部的第一级构成整个托架的基础，其下表面两端与底座1上的丝杠安装孔相对应的位置有丝杠螺母15的安装孔，并且该孔的轴线和丝杠的安装轴线相重合；第二级宽度较第一级稍窄，为压轴支架留出安装空间，且在长度方向上由两端向中间，其高度逐渐降低，并延伸至托板的中心，构成一个大角度的V形面，用于型板在长度方向上的对中定位；在该“V”形面的谷底，即托板的中心，沿托板的宽度方向开有浅槽，防止和型板6下部的尖角发生干涉。第三级是位于两端的两个对称的凸块，该凸块的高度稍低于型板6两端台阶的高度，用于型板在宽度方向的定位夹紧，两个对称的凸块的宽度比包络丝杠9的圆柱体直径略大，使夹在两块型板6中间的丝杠9和两块型板6之间均有间隙。

压轴支架5为对称的矩形框板结构，框板内为矩形通槽，该通槽的高度应同托板第二级和第三级的高度之和；框板的厚度同托板8第一级台阶的宽度，高度应满足框板上表面在模具装配后略低于型板6圆弧面最低点的高度。压轴支架5两端的框板下表面与矩形长边上的框板上表面平齐，使两端的框板之下为“门”字形槽；压轴支架长边框板两端上部均向上延伸，与两端的框板一起形成一对方向相对的压轴安装板，在两端的压轴安装板内侧中部分别有一定位块，使压轴安装板的横截面为“E”形；在压轴安装板的两侧板上和中部的定位块上，均有一下压轴的安装孔，并且三孔同轴；压轴安装板中部的定位块与压轴安装板的两侧板之间形成的两个夹槽作为试验件安装槽，并且通过机加的方式，在各安装槽的上端形成一盖子，该盖子的宽度应达到压轴安装孔的中心线位置，形成对压轴的防护；试验件安装槽的宽度应满足试验件的宽度，并且在模具整体组装后与位于该槽中的型板6沿长度方向的中心线重合。长边的框板两端上下排列分布有四对沉头螺纹孔，下面两对用于压轴支架5自身与托板8的固定连接，上面两对用于夹紧型板6。

型板6有两块，其外形与尺寸均相同，并均对称于其中心线；型板6的下表面是为“V”形面，角度与托板“V”形面相同，两者相互配合；型板6的上表面两侧为台阶状，中间为圆弧形的模具型面；模具型面的弦长与下压轴10直径之和等于箱体4上部两端圆孔的圆心之间的距离。

上压轴7和下压轴10均为圆柱形，其直径均与滚针轴承的内径配合，并具有足够的强度，以满足试验件弯曲的需要；上压轴7通过滚针轴承和箱体4配合，下压轴10通过滚针轴承和压轴支架5配合；上压轴7和下压轴10的长度分别略小于箱体4和压轴支架5的宽度，以保证两轴安装后，轴的两端不会露在箱体4和压轴支架5之外。

丝杠9的长度应该使丝杠9在安装后高度不超过型板6上圆弧面在丝杠安装轴线附近的高度，并具有有足够的强度以满足试验件弯曲的需要。

蜗杆支架11为板状，长度和底板1的凸台宽度相等，上部有用于安装蜗杆的通孔。

双头螺杆12的两端为螺纹，中间为光杆，并且光杆部分的长度大于涡轮13厚度，以保证装配完成时涡轮转动灵活。

蜗轮13为锡青铜的普通涡轮，其模数为2，分度圆直径为84mm；蜗轮13与蜗杆16的配比40∶1。

蜗轮挡板14是一块矩形金属板，中间有丝杠9的过孔，周边有双头螺杆12的安装孔；安装孔的位置与底板1凸台上的螺纹盲孔相对应。

丝杠螺母15参照车床上的丝杠螺母。

蜗杆16为金属杆件，从一端到另一端依次是支撑圆柱、蜗杆、传动轴、蜗杆、支撑圆柱和六方头；两个支撑圆柱与蜗杆支架11上的通孔转动配合；两端六方头的长度不超过箱体4的壁厚。

所有托板上沿箱体4内表面运动的零件尺寸与箱体内表面的配合间隙等于机床导轨的配合间隙。

装配时：

将起吊螺栓2通过底座1底板上的螺纹孔安装在底座1上。两块蜗杆支架11安装在底座1上矩形凸台的两端正中。两根丝杠9安装在底座1上矩形凸台的上的盲孔中，蜗轮13安装在丝杠9的一端；将两个蜗轮挡板14分别套在两个丝杠9上，并通过双头螺杆12固定在底座1上。蜗杆16通过两端的支撑圆柱安装在蜗杆支架11上，并且蜗杆16和蜗轮13相互配合协调。丝杠螺母15安装在托板8下表面的丝杠螺母安装孔中，再穿入丝杠9。两块型板6分列在托板第三级凸块的两侧，并且型板6下表面的V型面和托板8配合；将压轴支架5套在型板6上，并通过螺栓分别与托板8固定连接和夹紧型板6。下压轴10通过滚针轴承安装在压轴支架5上，并且均不得突出压轴支架5的侧表面；上压轴7通过滚针轴承和箱体4配合，亦均不得突出箱体4的侧表面。至此，即完成本实施例的装配。

使用时，先通过压轴支架5上的试验件安装槽安装两块试验件；再将装有上压轴7的箱体4套在底板1上，并拧上快换螺栓；纯弯曲加载后，在沿箱体4的外表面盖上盖板3。当外力经过蜗杆、蜗轮、丝杠传递到托板时，通过位于托板上的丝杠螺母把丝杠的转动转化为托板沿箱体内表面的平动，推动位于托板上的型板和位于压轴支架上的一对下压轴向上移动，完成对试验件的纯弯曲加载。

Claims (9)

1.一种热压罐纯弯曲时效成形模具，包括底座(1)、盖板(3)、箱体(4)、压轴支架(5)、型板(6)、上压轴(7)、托板(8)、丝杠(9)、下压轴(10)、蜗杆支架(11)、蜗轮(13)和蜗杆(16)，其中，底座(1)的上表面中部为凸台，该凸台两端的端面处均装有蜗杆支架(11)；在凸台的上表面两端处、沿长度方向的中心线上均安装有轴线与底座相垂直的丝杠(9)；蜗轮(13)安装在丝杠(9)的一端；两个蜗轮挡板(14)分别套在两个丝杠(9)之上、蜗轮(13)的上方，并固定在底座(1)上；蜗杆(16)的两端安装在蜗杆支架(11)上，与蜗轮(13)相互配合；丝杠螺母(15)位于蜗轮挡板(14)上方，并固定在托板(8)的下表面；箱体(4)固定在底座上；二个上压轴(7)安装在位于箱体(4)对称的两侧壁板上端的两边上，并且上压轴(7)的中心线垂直于箱体的中心线；托板(8)位于底座(1)上表面中心处；托板为两端对称的三级阶梯形，其上表面为V形面；型板(6)的下表面为“V”形面，角度与托板“V”形面相同；型板(6)的上表面两侧为台阶状，中间为圆弧形的模具型面；将两块型板分列在托板第三级凸块的两侧，并使型板(6)下表面的“V”形面和托板(8)第二级的“V”形面配合；将框板结构的压轴支架(5)套在型板(6)上，并通过螺栓分别与托板(8)固定连接和夹紧型板(6)；下压轴(10)安装在压轴支架(5)上；盖板(3)为矩形框体，其外框的长宽同箱体(4)下端凸缘的外形尺寸，内框的长宽同箱体(4)的矩形框的外形尺寸；盖板(3)的厚度应能容纳螺栓头部高度，并且能够遮挡箱体(4)下角的通槽；盖板(3)上表面外部边缘导大圆角，下表面与箱体(4)上的安装孔相对应的位置上有连接孔。

2.如权利要求1所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于托板(8)底部的第一级构成整个托架的基础；第二级为托板的上表面，所述的“V”形面是在托板的长度方向上由两端向中间逐渐降低高度，并延伸至托板的中心所形成的；第三级是位于两端的两个对称的凸块；托板(8)下表面两端与底座(1)上的丝杠安装孔相对应的位置有丝杠螺母(15)的安装孔，并且该孔的轴线和丝杠的安装轴线相重合。

3.如权利要求1所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于底座(1)的上表面凸台的长度与两个蜗杆支架(11)的厚度之和等于箱体(4)内表面的长度。

4.如权利要求1所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于型板(6)上表面的模具型面的弦长与下压轴(10)直径之和等于箱体(4)上部两端圆孔的圆心之间的距离。

5.如权利要求1所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于箱体(4)为矩形框体，框体内为上下贯通的矩形槽；箱体壁板上的蜗杆安装孔的下半部分向下一直延伸到箱体(4)的下表面，在箱体壁板上形成了贯通壁板的“门”形槽；箱体(4)两侧壁板上端的上压轴(7)的安装孔的中心线在同一水平面，并且在两侧壁板上相对应的孔同心；箱体(4)的下端向外有一圈凸缘，凸缘上有安装孔，该孔的位置与底座(1)上的箱体安装孔相对应。

6.如权利要求1所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于压轴支架(5)为对称的矩形框板结构，框板内为矩形通槽，该通槽的高度应同托板第二级和第三级的高度之和；框板的厚度同托板(8)第一级台阶的宽度，高度应满足框板上表面在模具装配后略低于型板(6)圆弧面最低点的高度；压轴支架(5)两端框板上表面有一对横截面为“E”形、方向相对的压轴安装板；在压轴安装板的两侧板上和中部的定位块上，均有下压轴的安装孔，并且三孔同轴；压轴安装板中部的定位块与压轴安装板的两侧板之间形成了两个试验件安装槽；长边的框板两端上下排列分布有螺纹孔，下面的螺纹孔两对用于压轴支架(5)自身与托板(8)的固定连接，上面的螺纹孔两对用于夹紧型板(6)。

7.如权利要求1所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于上压轴(7)与箱体(4)活动配合，下压轴(10)和压轴支架(5)活动配合；上压轴(7)的长度略小于箱体(4)的宽度；下压轴(10)的长度略小于压轴支架(5)的宽度。

8.如权利要求2所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于托板(8)上表面的“V”形面的中心沿托板的宽度方向开有浅槽；形成托板(8)的第三级的凸块的高度稍低于型板(6)两端台阶的高度，并托板(8)的第三级略大于包络丝杠(9)圆柱体的直径。

9.如权利要求6所述一种热压罐纯弯曲时效成形模具，其特征在于所述的试验件安装槽的上端有一宽度达到下压轴安装孔的中心线位置的盖子；试验件安装槽的宽度应满足试验件的宽度。

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