CN102179466A - 复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，由上模和下模组成，上模由上模座(1)、上模内套(2)、上模镶块(3)组成；下模由侧面镶块压板(4)、侧面镶块(5)、底面镶块(6)、第一顶杆(7)、第二顶杆(18)、下模内套(8)、顶杆托盘(9)、下模座(10)组成。上模镶块(3)构成上模的型面；侧面镶块(5)和底面镶块(6)和下模内套(8)一起构成下模型面。本发明提供了一套对航空类复杂构件如航空接头类零件充填完全、流线顺畅、无折叠、脱模容易、通用性强的组合模具。

Description

复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具

技术领域

本发明涉及一种锻造模具，特别是复杂航空高强结构类零件的锻造。

背景技术

随着航空、航天技术的迅速发展，日益要求构件大型整体化、薄壁轻量化、形状复杂化，而且要满足高性能和低成本制造的要求。高筋薄壁大型复杂构件在航空航天工业中得到广泛应用。由于筋板类模锻件结构复杂，成形过程中容易出现充填不满、流线不畅、折叠、穿流等锻造缺陷。随着飞机朝着高性能、长寿命的方向发展，对筋板类整体模锻件的需求日益增加，给复杂锻件的工艺设计尤其是模具的设计提出了新的挑战。

目前对这种复杂构件一般采用等温模锻的方法成形，等温锻造要求模具在较高的温度下工作，承受较大的应力，给模具的设计带来了难度。一般采用整体模具热模锻的方法，所谓整体模具是指整套模具的凸模和凹模分别为整体结构，整体制造，整体组装；所谓热模锻是指锻造时的工件温度与模具温度不一致，一般模具温度低于锻件温度。采用这种整体模具热模锻的进行锻造，一般只实用于结构简单，脱模容易的构件。对复杂的航空类构件，若采用这种结构，一方面将会导致锻件成形困难，难以脱模，难于实现理想的锻件产品；另一方面，模具的损耗大，容易造成模具整体破坏，模具通用性差，每个锻件都需要特制一套模具，造成模具的浪费和成本的急剧提高。

发明内容

本发明要解决的工程技术问题是提供一种制造及使用方便的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，该模具具有成形锻件好，通用性强，锻件易出模等特点。

为解决上述技术问题，本发明提供的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，由上模和下模组成，所述的上模的结构是在上模座的顶部设有用来固定于压机垫板上的台阶，上模内套固定安装于所述的上模座内且与所述的上模座的凸台平齐，上模镶块为上模型面，所述的上模镶块固定镶嵌在所述的上模内套内；所述的下模的结构是在下模座内设有一上一下两个台阶，上台阶与所述的上模定位对接，下模内套定位于所述的下模座内的下台阶上，高度与所述的下模座的大台阶平齐；顶杆托盘位于所述的下模座与所述的下模内套之间的凹槽中，底面镶块的底面与所述的下模内套的凹槽平齐，顶面与所述的下模内套的其它部分一起构成下模型面，侧面镶块的一面为下模型面，其它面与所述的下模内套配合装入所述的下模内套的侧面槽中，所述的侧面镶块的左侧台阶与所述的下模内套槽面平齐，压板的底面压住所述的侧面镶块的左侧台阶和所述的下模内套，顶端与所述的下模座的上台阶平齐；所述的下模内套中穿插设有第一顶杆和第二顶杆，所述的第一顶杆的上端与所述的侧面镶块的底面对接，下端与所述的顶杆托盘对接，所述的第二顶杆的上端与所述的底面镶块的底面对接，下端与所述的顶杆托盘对接；所述的下模座与所述的下模内套之间用下压块固定，所述的下模座上设有与所述的顶杆托盘对应相顶的顶杆孔，所述的上模座和所述的下模座内均设有加热管，所述的上模与所述的下模通过导柱连接一起构成一套整体模具。

上模内套用上压板安装于所述的上模座内。

所述的上模镶块的底面为方形，采用耐高温材料加工而成，采用过盈配合通过螺栓固定镶嵌在所述的上模内套中。

所述的顶杆托盘为长方体结构，比所述的下模座的凹槽稍小。

采用上述技术方案的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，与现有技术相比，本发明的如下优势：

本发明所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具特别适用于航空类复杂高筋薄壁类零件，锻件成形后一般会粘附在下模镶块上，造成脱模困难，或者根本不能脱模等问题，而该发明所述结构只需用锻压机自带顶杆顶压托盘即可，使锻件跟底面镶块、侧面镶块一同与下模内套分离，再把锻件与底面镶块、侧面镶块分别分离即可。这样既能使复杂锻件成形充分，又能轻易脱模，达到理想力学性能，实现精密模锻要求。

本发明所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，把整体上模和下模分别改进为由多个模块组合而成，把模具的整体重量分散到单个分体模块的重量，单个分体模块相对于整体模来说，结构相对简化、重量也大幅减轻，有利于降低锻模所选用的贵重材料分量，且易于加工，降低了模具的制造成本，使模具的制造易于实现，有利于生产出航空类复杂高强的模锻件产品。

该锻模采用完全闭式模锻结构，上下锻模配合之处没有设计飞边结构，所述锻件型腔被上下模完全封闭，使锻件完全承受三向压应力作用，实现了精密模锻的技术要求，大大减少了模具和锻件的材料消耗，提高了锻件的力学性能，降低了生产成本。

本发明所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具在模具型腔中间位置处的上下模中心凸出、凹进和侧面受力较大部分进行分体，使锻后应力相对集中在分体后的上模镶块、下模镶块、侧面镶块。这正是锻模的主要受力易损耗处，而其它部分由于型面较简单，受力面较大，在锻后所受应力作用较小，从而减少了损耗，即相对于整体锻模而言，锻模的损耗从整体损耗变为局部损耗，当锻模损耗较大时，只需把局部损耗的上下模镶块或侧面镶块更换即可，而不必使整个锻模报废，因此，大大降低了锻模的长期使用成本，模具的使用寿命也从整体上得以大幅提高。

该模具采用分体式模块组合而成，对于形状和尺寸相近的锻件，可以实现部分模块的互换，模座和外套通用性强，增加了其使用效率，从而进一步节省了模具开支。

本发明所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，很好地解决了等温锻造中的温度恒定问题。本发明的加热保温系统通过加热管、隔热板、保温桶、热电偶、温控仪等一整套系统来实现的。加热管给上下模通电加热，通过热电偶测定模具温度，热电偶测得的温度反馈到温控仪以自动控制温度；隔热板用来阻止热量传递到压机上，保护压机正常工作；保温桶用来阻止热量散发到空气中，提高热效率。

附图说明

图1为复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具装配图；

图2为复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具与图1成45°角截面图；

图3为复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具装配在压机上剖面图及加热保温系统总图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，上模的结构是在上模座1的顶部设有用来固定于压机垫板上的台阶，上模座1为圆柱形，上模内套2用上压板20固定安装于上模座1内且与上模座1的凸台平齐，上模内套2为圆柱形结构，材料为一般锻钢，上模镶块3为上模型面，底面为方形，采用耐高温材料加工而成，上模镶块3采用过盈配合通过螺栓固定镶嵌在上模内套2内；下模的结构是在下模座10内设有一上一下两个台阶，上台阶与上模定位对接，下模内套8外形结构为圆柱体，下模内套8定位于下模座10内的下台阶上，高度与下模座10的大台阶平齐；顶杆托盘9位于下模座10与下模内套8之间的凹槽中，顶杆托盘9为长方体结构，比下模座10的凹槽稍小，底面镶块6的底面与下模内套8的凹槽平齐，顶面与下模内套8的其它部分一起构成下模型面，侧面镶块5的一面为下模型面，其它面与下模内套8配合装入下模内套8的侧面槽中，侧面镶块5的左侧台阶与下模内套8槽面平齐，压板4的底面压住侧面镶块5的左侧台阶和下模内套8，顶端与下模座10的上台阶平齐；下模内套8中穿插设有第一顶杆7和第二顶杆18，第一顶杆7的上端与侧面镶块5的底面对接，下端与顶杆托盘9对接，第二顶杆18的上端与底面镶块6的底面对接，下端与顶杆托盘9对接；下模座10与下模内套8之间用下压块17固定，下模座10上设有与顶杆托盘9对应相顶的顶杆孔19，上模座内设有上加热管21，下模座10内设有下加热管11，上模与下模通过导柱连接一起构成一套整体模具。

成形过程中，侧面镶块5承受有向上的挤压分力，容易造成锻件错动、充填不满等缺陷，设置压板4的目的在于使侧面镶块5在整个锻造过程中保持位置的相对稳定，实现精密模锻技术要求。压板4底面正好压住侧面镶块5左侧台阶，顶端与下模座10内侧台阶上表面平齐。下模座10与下模内套8之间用压块4固定，防止其沿径向错动。下模座10通过螺栓固定于垫板14上，垫板14固定于压机平台16上。上模与下模一起构成一套模具，上模与下模通过导柱连接，保证精确成形。

对于本发明的上述大型锻模来说，锻件型腔被上模和下模完全封闭，锻件除保持自然斜度的地方外都垂直分模面，有利于精密成形复杂构件，实现高性能的航空锻件要求。

装配上模时，先把上模镶块3通过螺栓固定在上模内套2上，再整体放入上模座1中，用上压板20把上模内套2固定在上模座1上，以保持上模内套2与上模座1凸台平齐。

装配下模时，顶杆托盘9放入下模座10槽中，顶杆托盘9比下模座10的凹槽稍小，很容易放入，再把下模内套8放入下模座10，在下模座10的孔中插入第一顶杆7和第二顶杆18，把底面镶块6压入下模座10中，使其与其它型面紧密接触，光滑衔接；再把侧面镶块5放入侧面槽中，用压板4压住其左肩面，保证压板4和侧面镶块5与下模座10上台阶上表面平齐或略低。以上组件装配好之后，用下压块17固定在下模座10上，防止其相对错动。

上模与下模一起构成一套整体模具，上模与下模通过导柱连接，保证精确成形。

脱模时，上模座1、上模内套2、上模镶块3首先与锻件分离，由于压板4的作用，锻件将留在下模腔，松掉侧面压板4与下模内套8的连接，通过顶杆托盘9及第一顶杆7和第二顶杆18，把工件连同底面镶块6、侧面镶块5一同拖出，再依次实现锻件与侧面镶块5、底面镶块6的分离。

图3为复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具及加热保温系统总图。加热保温系统由上加热管21、下加热管11、第一隔热板12、第二隔热板11、保温桶13、热电偶、温控仪组成。上加热管21和下加热管11分别给上模下模通电加热，通过热电偶测定模具温度，热电偶测得的温度反馈到外部温控仪以自动控制温度；在下模座10下面放石棉板，阻止热量传入压机，在石棉板的下面放垫板14，整个下模和隔热板固定在垫板14上；再在垫板14的下面放一层石棉板，进一步阻止热量传入压机。垫板14和第一隔热板12、第二隔热板15通过螺栓固定于压机平台16的T形槽中。上模通过同样方式与压机相连。保温桶13用来阻止热量散发到空气中，提高热效率。

本发明所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，加热保温系统能准确控制所需温度，温度范围一般小于700摄氏度。采用该组合模具等温锻造工艺生产的复杂高强锻件外形尺寸小于φ600mm。

Claims (4)

1.一种复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，由上模和下模组成，其特征是：所述的上模的结构是在上模座(1)的顶部设有用来固定于压机垫板上的台阶，上模内套(2)固定安装于所述的上模座(1)内且与所述的上模座(1)的凸台平齐，上模镶块(3)为上模型面，所述的上模镶块(3)固定镶嵌在所述的上模内套(2)内；所述的下模的结构是在下模座(10)内设有一上一下两个台阶，上台阶与所述的上模定位对接，下模内套(8)定位于所述的下模座(10)内的下台阶上，高度与所述的下模座(10)的大台阶平齐；顶杆托盘(9)位于所述的下模座(10)与所述的下模内套(8)之间的凹槽中，底面镶块(6)的底面与所述的下模内套(8)的凹槽平齐，顶面与所述的下模内套(8)的其它部分一起构成下模型面，侧面镶块(5)的一面为下模型面，其它面与所述的下模内套(8)配合装入所述的下模内套(8)的侧面槽中，所述的侧面镶块(5)的左侧台阶与所述的下模内套(8)槽面平齐，压板(4)的底面压住所述的侧面镶块(5)的左侧台阶和所述的下模内套(8)，顶端与所述的下模座(10)的上台阶平齐；所述的下模内套(8)中穿插设有第一顶杆(7)和第二顶杆(18)，所述的第一顶杆(7)的上端与所述的侧面镶块(5)的底面对接，下端与所述的顶杆托盘(9)对接，所述的第二顶杆(18)的上端与所述的底面镶块(6)的底面对接，下端与所述的顶杆托盘(9)对接；所述的下模座(10)与所述的下模内套(8)之间用下压块(17)固定，所述的下模座(10)上设有与所述的顶杆托盘(9)对应相顶的顶杆孔(19)，所述的上模座(1)和所述的下模座(10)内均设有加热管，所述的上模与所述的下模通过导柱连接一起构成一套整体模具。

2.按照权利要求1所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，其特征在于：上模内套(2)用上压板(20)安装于所述的上模座(1)内。

3.按照权利要求1或2所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，其特征在于：所述的上模镶块(3)的底面为方形，采用耐高温材料加工而成，采用过盈配合通过螺栓固定镶嵌在所述的上模内套(2)中。

4.按照权利要求1或2所述的复杂航空模锻件精密等温锻造组合模具，其特征在于：所述的顶杆托盘(9)为长方体结构，比所述的下模座(10)的凹槽稍小。

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