CN105057536B - 一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具，包括上模和下模，下模的合模面上设置有下型腔，合模后上模的下端面和下模的上端面之间形成与飞机上椽条板筋件形状相匹配的锻造型腔，下型腔的底面设有一条在长度方向上贯通的筋槽，筋槽与飞机上椽条板筋件的凸出部分形状相匹配；筋槽将下型腔的底面在宽度方向上分为两部分，在下型腔的底面宽度方向上的两部分分别沿长度方向设有若干阻力槽；阻力槽用于阻碍板筋件成形过程中金属坯料向下型腔长度方向两端流动。采用本发明模具制备飞机上椽条，制得的飞机上椽条筋部填充效果更好，相比不设计阻力槽的模具生产的飞机上椽条，筋部填充满的长度提高40%~50%，满足成形质量要求，且不需增大后续机加余量。
Description
技术领域
本发明属于板筋类锻件锻造成形技术领域，具体涉及一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具。
背景技术
随着对零件轻量化、长寿命等指标的要求越来越高，在现代的结构设计，尤其是飞机等航天器的结构设计中大量采用整体结构，它的采用大大减少了机体零件数目，减少了装配工作量，使机体制造质量显著提高。板筋件是飞机、火箭、导弹等装备上大量应用的结构件，为了满足减重的需要，这类构件通常被设计成薄腹板并带有网格的内筋结构，但这种薄腹高筋结构给构件的加工带来很大困难，在实际生产过程中，许多T字形板筋件或类似结构的锻件常会遇到筋部填充不满的问题，直接后果是锻件质量达不到标准，制备的板筋件无法应用在装备上。
目前，大飞机上椽条的生产大都采用模锻成形，然后再进行后续机加工，但在实际生产过程中，对于上瞻条这种T字型板筋件经常遇到筋部填充不满的问题，直接后果就是锻件质量达不到标准要求；为了解决板筋件筋部填充不满的技术问题，现有方法通常是增大筋部圆角或增大拔模斜度以减少筋部填充阻力，这些方法虽能一定程度上解决筋部填充不满的问题，但是也带来了会增大后续机加余量，同时提高生产成本的问题，而具有一定的缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：怎样提供一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具，用以提高飞机上椽条的质量，解决飞机上椽条板筋件模锻成形时筋部填充不满、材料利用率低、后续机械加工余量大、甚至锻件质量不达要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具，包括上模和下模，所述下模的合模面上设置有下型腔，合模后所述上模的下端面和下模的上端面之间形成与所述飞机上椽条板筋件形状相匹配的锻造型腔，所述下型腔的底面设有一条在长度方向上贯通的筋槽，所述筋槽与所述飞机上椽条板筋件的凸出部分形状相匹配；所述筋槽将下型腔的底面在宽度方向上分为两部分，在下型腔的底面宽度方向上的两部分分别沿长度方向设有若干阻力槽；所述阻力槽用于阻碍板筋件成形过程中金属坯料向所述下型腔长度方向两端流动。这样，可以控制金属的变形流动方向，阻碍板筋件成形过程中金属坯料大量朝下型腔长度方向的两端流动，使金属坯料向着需要填充的型腔方向流动，从而生产出质量合格的板筋件。
作为优化，每一条所述阻力槽的一端与所述筋槽的边缘交接，另一端与相邻的侧壁交接。这样，可以有效增大筋槽两边金属在成型过程中向下型腔长度方向流动的阻力，而在宽度方向两边是模具壁，这样可以综合约束材料向中间筋槽填充。
作为又一优化，每一条所述阻力槽远离所述筋槽方向的一端向所述下型腔的底面长度方向上的中心倾斜，且每一条所述阻力槽与所述筋槽边缘形成相同夹角。这样使得阻力槽组合形状为鱼骨状，可以在成形过程中引导金属向中心筋槽部位流动。
作为另一优化，所述夹角为60~70°。借助有限元模拟技术当阻力槽角度在60~70°度时，锻件筋槽部位的填充性最好，填充长度也最大，在实际生产中也得到验证。
作为再一优化，所述下型腔的底面长度方向上的任意一端与相邻的所述阻力槽之间的距离为100 mm。由于此锻件类似镦粗式成形，起初将坯料放入模具中间，在成形过程中下模两端分别距离最近阻力槽的区域对金属的阻力很小，越靠近模具中心部位对金属的阻力越大。
作为进一步优化，所述阻力槽在所述下型腔的底面长度方向上对称布置且对称方向中间的间隔距离为2/3 L；其中，L为型腔的长度。由于越靠近模具中心对金属的流动阻力越大，锻件中间部位的筋槽很容易填充满，通过有限元模拟得出，当中间间隔距离为2/3 L时，中间筋槽的填充长度最长。
作为进一步优化，每一条所述阻力槽的宽度相等；且相邻的两条所述阻力槽之间的间距相等。这样使筋部填充效果更好，且便于机械加工，降低加工成本。
作为又进一步优化，所述阻力槽的宽度为10 mm；两条所述阻力槽之间的间距为40mm。设置阻力槽是为了阻碍金属向下型腔长度方向流动，阻力槽过宽，阻力槽间间距过小不仅对增加筋部的填充长度作用小，而且对锻件表面质量有很大的影响，有限元模拟结合实际生产验证，设置这样的阻力槽宽度和间距效果最好。
作为再进一步优化，每一条所述阻力槽的深度为1 mm。这样可以避免阻力槽太深将导致生产的板筋件有许多凸起，增加了后续机加工量，并且对增加锻件筋部的填充效果不明显的问题。
作为更进一步优化，所述上模和下模均采用Cr-Ni-Mo系模具钢。这样，可以保证热锻模的模具在成形过程中与坯料接触时，具有较高的热硬性和耐磨性。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明针对飞机上椽条在实际生产过程中，对于上瞻条这种T字型板筋件经常遇到筋部填充不满、锻件质量达不到标准要求的问题，在热锻成形模具上设计阻力槽，以阻碍飞机上椽条板筋件成形过程中金属坯料向型腔长度方向的两端流动，进而大大提高了材料的利用率，使采用本发明模具制得的飞机上椽条板筋锻件筋部填充效果更好。
2、采用本发明模具制得的飞机上椽条板筋件筋部填充满的长度，与传统不设计阻力槽的模具生产出的飞机上椽条板筋件相比，筋部填充满的长度提高了40%~50%，满足飞机上椽条板筋锻件的成形质量要求，取得了良好的效果。
3、相较于现有其他解决板筋件筋部填充不满的方法，采用本发明模具制得的飞机上椽条板筋件不需增大后续机加余量，有效降低了生产成本，更具有市场可推广前景。
附图说明
图1为实施例飞机上椽条板筋件热锻成形模具下模的俯视图；
图2为实施例飞机上椽条板筋件热锻成形模具下模的局部放大图（A-A）；
图3为实施例飞机上椽条板筋件热锻成形模具下模的断面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施时，一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具，包括上模和下模，上模和下模均采用5CrNiMo模具钢，下模的俯视图如图1所示，断面图如图3所示；所述下模的合模面上设置有下型腔，合模后所述上模的下端面和下模的上端面之间形成与所述飞机上椽条板筋件形状相匹配的锻造型腔，所述下型腔的底面设有一条在长度方向上贯通的筋槽，所述筋槽与所述飞机上椽条板筋件的凸出部分形状相匹配；所述筋槽将下型腔的底面在宽度方向上分为两部分，在下型腔的底面宽度方向上的两部分分别沿长度方向设有若干阻力槽；所述阻力槽用于阻碍板筋件成形过程中金属坯料向所述下型腔长度方向两端流动；结合图2局部放大图（A-A）所示，每一条阻力槽的宽度a为10 mm，深度h为1 mm，相邻的两条阻力槽之间的间距b为40 mm；每一条阻力槽的一端与筋槽的边缘交接，另一端与相邻的侧壁交接，且每一条所述阻力槽远离所述筋槽方向的一端向所述下型腔的底面长度方向上的中心倾斜，每一条阻力槽与筋槽边缘形成60°夹角；所述下型腔的底面长度方向上的任意一端与相邻的所述阻力槽之间的距离L1为100 mm；阻力槽在所述下型腔的底面长度方向上对称布置且对称方向中间的间隔距离为2/3 L；其中，L为型腔的长度。
采用上述飞机上椽条板筋件热锻成形模具制备飞机上椽条，可以采用如下方法：将上下模预热到300℃；将长为1500 mm，宽为650 mm，高为130 mm的7050铝合金坯料加热到430℃±10℃，然后将加热后的坯料放入下模中进行锻造成形，最后取出锻件，并经过切边工序得到所需制备的飞机上椽条。
采用上述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，提高了飞机上椽条（7050铝合金T字形截面板筋件）在热锻成形时的填充性和材料利用率，使T字形截面板筋件筋部填充满的长度相比传统不设计阻力槽的模具生产出的板筋件相比，筋部填充满的长度提高了40%~50%，满足了飞机上椽条成形质量要求；且采用上述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，大大提高了材料的利用率，不会增大后续机加余量，有效降低了生产成本。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种飞机上椽条板筋件热锻成形模具，包括上模和下模，其特征在于，所述下模的合模面上设置有下型腔，合模后所述上模的下端面和下模的上端面之间形成与所述飞机上椽条板筋件形状相匹配的锻造型腔，所述下型腔的底面设有一条在长度方向上贯通的筋槽，所述筋槽与所述飞机上椽条板筋件的凸出部分形状相匹配；所述筋槽将下型腔的底面在宽度方向上分为两部分，在下型腔的底面宽度方向上的两部分分别沿长度方向设有若干阻力槽；所述阻力槽用于阻碍板筋件成形过程中金属坯料向所述下型腔长度方向两端流动，每一条所述阻力槽的一端与所述筋槽的边缘交接，另一端与相邻的侧壁交接，每一条所述阻力槽远离所述筋槽方向的一端向所述下型腔的底面长度方向上的中心倾斜，且每一条所述阻力槽与所述筋槽边缘形成相同夹角。
2.根据权利要求1所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，所述夹角为60~70°。
3. 根据权利要求1所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，所述下型腔的底面长度方向上的任意一端与相邻的所述阻力槽之间的距离为100 mm。
4. 根据权利要求1所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，所述阻力槽在所述下型腔的底面长度方向上对称布置且对称方向中间的间隔距离为2/3 L；其中，L为型腔的长度。
5.根据权利要求1所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，每一条所述阻力槽的宽度相等；且相邻的两条所述阻力槽之间的间距相等。
6. 根据权利要求5所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，所述阻力槽的宽度为10 mm；两条所述阻力槽之间的间距为40 mm。
7. 根据权利要求1所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，每一条所述阻力槽的深度为1 mm。
8.根据权利要求1所述飞机上椽条板筋件热锻成形模具，其特征在于，所述上模和下模均采用Cr-Ni-Mo系模具钢。
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