CN105170801A - 金属板材蠕变弯曲成形模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属板材蠕变弯曲成形模具，包括底座、型面垫板及其支撑构件，型面垫板支撑构件连接于底座上。型面垫板支撑构件包括固定构件和活动构件，固定构件连接于所述底座的长度方向两端，活动构件连接于底座上的两固定构件之间，活动构件的高度位置和其在底座上的连接位置均可调整，所述型面垫板的两端置于固定构件上侧、中间段置于活动构件上端。通过活动构件高度及连接位置的调整形成不同曲率支撑型面垫板，待成形工件置于型面垫板上。

Description

金属板材蠕变弯曲成形模具

技术领域

本发明涉及一种金属材料成形工艺，具体涉及一种金属材料成形工艺使用的金属板材蠕变弯曲成形模具。

背景技术

蠕变时效成形是一种新兴的金属材料成形工艺，利用金属的蠕变或应力松驰变形和时效强化特性，在构件成形的同时完成时效强化热处理，获得优良的力学性能，实现形性协同制造。运载火箭贮箱壁板、航空飞行器等壁板都是蠕变时效成形技术的应用对象。

蠕变时效成形工艺过程包含一般弯曲成形的贴模过程，但是贴模的方法一般采用对密封塑料袋抽真空的方式实现。然后按预先设计好的温度——时间曲线加热，到预定温度后保温一定时间，保温过程完成后卸载，冷却，取出构件，构件会有回弹，要求回弹后达到所需几何尺寸与曲率。采用理论计算和已有经验设计的金属板材蠕变弯曲成形模具尺寸与曲率，一般需经过多次修改才能最终满足要求，因此，试模对于获得符合要求的蠕变时效成形构件非常关键。

蠕变弯曲成形的模具结构形式主要分为固定曲率整体结构和可调式分体结构两类，固定曲率整体结构模具定型前所需的多次修改加工成本高，调试周期长。可调式分体结构可弥补固定曲率模具的缺点，可调试模具又可分为点阵式和多截面卡板夹具两种。专利EP1581357公布了一种飞机机翼的蠕变成形模具，一系列卡板构成离散的截面形状，卡板间距可通过螺杆调节，减小了修改模具的加工量，但是卡板高度仍需要根据要求多次加工修改，其卡板高度修改范围有限，不适合曲率大范围调整。专利CN102284589A公布了一种点阵式蠕变成形模具，虽然可以调整复杂曲面的曲率，但是由于顶杆头部不是一个理想的接触点，而是有一定半径大小的弧面，使得调整高度后顶杆头部与工件的具体接触部位不好确定，因此可能造成表面形貌误差。专利CN101518803A公布了一种四点纯弯曲与板框结构结合的纯弯曲时效成型模具，虽然压板之间的距离可调，型板的曲率半径却要通过加工修改。

实验室出于对不同弯曲曲率特性研究的需要，或者生产实践中需要对不同直径型号进行试模修模，虽然可能只是单曲率的需要，但是却要求曲率半径调整范围大，成形精度高，母线直线度好，上述专利不能满足这些模具的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可灵活调整模具型面曲率特性的金属板材蠕变弯曲成形模具。

本发明公开了一种金属板材蠕变弯曲成形模具，包括底座、型面垫板及其支撑构件，型面垫板支撑构件连接于底座上。所述型面垫板支撑构件包括固定构件和活动构件，固定构件连接于所述底座的长度方向两端，活动构件连接于底座上的两固定构件之间，包括若干高度可调支撑构件，各高度可调支撑构件在底座上的连接位置可调整，所述型面垫板的两端置于固定构件上侧、中间段置于各高度可调支撑构件的上端，通过调节各高度可调支撑构件的高度及连接位置使活动构件的上端形成不同曲率的支撑面，通过型面垫板将各高度可调支撑构件离散的支撑力转化为均匀的面力来支撑待成形工件。

所述底座为箱型梁底座，由上、下底板及四周侧板围成封闭的箱型结构，其中上底板上开设有四个条形槽，它们分别关于上底板的长度方向和宽度方向中心面对称，上底板的长度方向中心面上其宽度方向对应同侧的条形槽位置处开设有两螺纹孔；上、下底板之间连接有加强筋板。

所述固定构件包括两个由四周侧板及顶板围成的长方体形的挡板箱，它们分别以开口侧连接于所述底座的上底板上、垂直于所述条形槽布置于底座长度方向的两端。

所述活动构件有四组，分别连接于所述四个条形槽中，每组活动构件均包括若干由调节螺栓、支撑板、调节螺母及垫圈组成的高度可调支撑构件，调节螺栓以头部朝上、杆部置于所述条形槽中布置，杆部的下端插入底座上、下底板之间的空腔中，垫圈和调节螺母依次连接于杆部上对应于底座的上底板上侧处，支撑板以沿上底板的宽度方向连接于调节螺栓的头部。

所述调节螺栓的头部上表面开设有沿所述上底板宽度方向的凹槽，所述支撑板的下侧插入凹槽中、上侧焊接有圆钢条，圆钢条的直径与支撑板厚度尺寸一致，圆钢条的两端分别伸出于支撑板的两端外。

所述支撑板相邻之间卡接有调距块，调距块为由两平行侧板及将两平行侧板连为一体的连接梁构成的门框型结构，平行侧板沿上底板的长度方向布置，其上部两端分别与相邻的支撑板侧面接触、下底面置于所述底座的上底板上。

所述型面垫板为厚度0.5-2mm的不锈钢板，其中间段置于所述圆钢条上、两端置于所述挡板箱的顶板上。

所述挡板箱的两侧面之间通过沿所述上底板长度方向的侧挡板连为一体，侧挡板的两端分别通过螺钉固定于挡板箱的相应侧板上。

所述挡板箱沿所述底座上底板宽度方向的一对侧板的内侧板上连接有压紧螺钉、外侧板上有相应的压紧螺钉穿过孔，另一对沿所述上底板长度方向的侧板上有螺纹孔，用于所述侧挡板的固定，压紧螺钉的内端顶住邻近的所述调距块。

所述侧挡板的两端上部分别连接有用于控制所述型面垫板翘曲的压件，压件为L型板件，其一侧固定于所述侧挡板上部、另一侧覆盖于所述型面垫板的上方。

本发明通过活动构件和固定构件的配合来支撑型面垫板，通过活动构件在底座上的连接位置和其上端的高度位置调节来使活动构件的上端形成不同曲率的圆弧面来支撑型面垫板。活动构件包括若干高度可调支撑构件，通过若干高度可调支撑构件来支撑型面垫板的中间段，调节各高度可调支撑构件上端的高度，使同一直线上的若干高度可调支撑构件的上端形成与型面垫板曲率相同的圆弧面，将型面垫板的两端分置于固定构件上侧，这样一套模具即可根据需要形成不同曲率的支撑面，满足实验室对金属板材不同弯曲曲率特性研究的需要。

为了使本发明也能满足生产中曲率半径调整范围大，成型精度高，母线直线度好的要求，高度可调支撑构件上端的高度调节通过调节螺母来精确实现，因为调节螺栓的杆部长度较长，所以高度可调支撑构件上端的高度调节范围大；高度可调支撑构件支撑板的上侧焊接圆钢条，以圆钢条与型面垫板的下侧接触，因为圆钢条的直线度好控制，同时圆钢条与型面垫板之间可形成线或者面接触，从而保证型面垫板的表面形貌与预定模具的曲率一致。

为了使各高度可调支撑构件在底座上的连接位置可调，在底座的上底板上开设条形槽，使高度可调支撑构件的调节螺栓杆部可在条形槽中移动。

为了使各高度可调支撑构件通过调节螺母调节好上端高度后有足够的轴向承受力，通过垫圈将各可调支撑构件固定在底座上底板的条形槽上，同时尽量使垫圈的外径大一点，以降低垫圈连接处条形槽周边的应力。

因为高度可调支撑构件有一定的高度，为了高度可调支撑构件具有足够的稳定性，在相邻的高度可调支撑构件之间设置调距块，调距块的下端置于底座的上底板上，相邻的调距块上部将相邻高度可调支撑构件上部的支撑板卡紧，最外侧的调距块通过连接于底座上底板两端的挡板箱上的压紧螺钉顶紧。

为了防止型面垫板两端的翘曲，在侧挡板的两端上部设置压件，压件的上侧覆盖于型面垫板的上方。

附图说明

图1为本发明去掉型面垫板后的俯视示意图。

图2为图1中的A-A示意图。

图3为图1中的B-B示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实施例公开了一种金属板材蠕变弯曲成形模具，主要包括底座1、挡板箱2、高度可调支撑构件3、调距块4、侧挡板5、型面垫板6。

底座1为箱型梁底座，由上底板11、下底板12及四周侧板围成的封闭的箱型结构，其中上底板11上开设有四个条形槽111，它们分别关于上底板11的长度方向和宽度方向中心面对称，上底板11的长度方向中心面上对应条形槽111位置处开设有两螺纹孔。为了保证底座的强度，在上底板和下底板之间布置有加强筋板13。

挡板箱2作为支撑型面垫板6的固定构件，数量有两个，为分别由四周侧板及顶板围成的长方体形结构，两个挡板箱2分别以开口侧连接于底座1的上底板11长度方向两端的条形槽111外侧，与条形槽111垂直布置。

两个挡板箱2之间通过沿上底板11长度方向的侧挡板5连为一体，侧挡板5的两端分别通过螺钉连接固定于挡板箱2上。

高度可调支撑构件3包括调节螺栓31、支撑板32、圆钢条33、调节螺母34和垫圈35，调节螺栓31的头部开设有凹槽，支撑板32的下侧插入调节螺栓31头部的凹槽内固定，圆钢条33沿支撑板32的长度方向焊接于其上侧。调节螺栓31的杆部下端插入底座1上底板11上的条形槽111中，使支撑板32沿上底板11的宽度方向布置，支撑板32的长度与小于两侧挡板5之间的距离，圆钢条33的两端均伸出于支撑板32的两端外，以两端分别伸出3-8mm为宜，调节螺母34和垫圈35连接于调节螺栓31的杆部上。

根据预定模具的曲率半径值以及两个挡板箱2的高度，由三点作圆弧的方法初步确定底座1上底板11长度方向中心面上的两个高度可调支撑构件3上端圆钢条33需要的高度，然后将两个高度可调支撑构件3的杆部下端分别拧入上底板11长度方向中心面上的相应螺纹孔中并调节好高度。

底座1上底板11上的四个条形槽中111分别连接一组若干个高度可调支撑构件3，各高度可调支撑构件3的纵向位置调整好后再调整其高度。各高度可调支撑构件3上端圆钢条33的高度位置根据其纵向位置对应型面垫板6下侧的相应位置，所以条形槽111中的每组高度可调支撑构件3的高度从内往外依次递增，与螺纹孔中连接的高度可调支撑构件3一起形成一个光滑的圆弧面来支撑型面垫板6。

条形槽111中各高度可调支撑构件3的杆部通过调节螺母34和垫圈35来实现其高度调节和定位，调节好高度后调节螺母34通过垫圈35将高度可调支撑构件3锁紧于上底板11上。

条形槽111中高度可调支撑构件3的纵向位置确定根据受力情况，将外侧相邻的可调支撑构件3之间的间距适当小于其他位置处的间距，间距过小时可取消垫圈35。

为了方便，将各高度可调支撑构件3的调节螺栓31长度设计为一致，通过其上端支撑板32的高度不同来实现高度可调支撑构件3的总高度不同。

调距块4为门框型结构，由两平行侧板41及将两平行侧板41连为一体的连接梁42围成。调距块4以两平行侧板的两端分别与相应支撑板的侧面接触卡接于相邻的两支撑板32之间，其横向位置处于上底板上的两排高度可调支撑构件之间，所以各调距块4的高度不同，其两平行侧板的长度也不同，均与相应的高度可调支撑构件3匹配，但各调距块4的宽度相同。

为了使各调距块4定位并将各支撑板32夹紧，在两个挡板箱2内侧的横向侧板上布置压紧螺钉7，通过压紧螺钉7将最外侧调距块的两平行侧板41，当然在挡板箱2外侧的横向侧板上需开设相应的压紧螺钉安装孔。

型面垫板6的中间段置于由各高度可调支撑构件3上端形成的圆弧面上，其两端分别置于相应的挡板箱2上表面。

用激光切割或线切割方法，在2-5mm厚度的钢板上割制出靠模板，其曲率半径为模具预定曲率半径加型面垫板6的厚度，然后将靠模板置于各圆钢条形成的圆弧面上，检查圆钢条与靠模板的下侧面是否贴合，将没有贴合的圆钢条对应的调节螺栓的高度进行调整，消除圆钢条与靠模板之间的间隙。然后调节压紧螺钉，继续检测各圆钢条是否与靠模板的下侧贴合，保证所有圆钢条与靠模板的下侧贴合后拧紧压紧螺钉，至此贴模过程完成。贴模后各高度可调支撑构件上端所形成的曲率半径即为预定的模具曲率半径。

贴模完成后将型面垫板放置于圆钢条形成的圆弧面上，将待成形工件置于型面垫板上。注意放置好型面垫板后，再将侧挡板用螺钉连接于挡板箱上，然后在侧挡板的两端上部连接压件8，压件8为L型板件，其一侧固定于侧挡板上部、另一侧覆盖于型面垫板的上方合适位置处，以防止型面垫板的翘曲在蠕变成形时刮坏真空袋。最后用真空袋将模具整体包好，在必要的部位放置透气毡，保证抽真空的顺利进行。侧挡板用于防止透气毡和真空袋被吸入缝隙中。

本发明通过活动构件和固定构件的配合来支撑型面垫板，通过活动构件在底座上的连接位置和其上端的高度位置调节来使活动构件的上端形成不同曲率的圆弧面来支撑型面垫板。活动构件包括若干高度可调支撑构件，通过若干高度可调支撑构件来支撑型面垫板的中间段，调节各高度可调支撑构件上端的高度，使同一直线上的若干高度可调支撑构件的上端形成与型面垫板曲率相同的圆弧面，将型面垫板的两端分置于固定构件上侧，这样一套模具即可根据需要形成不同曲率的支撑面，满足实验室对金属板材不同弯曲曲率特性研究的需要。

为了使本发明也能满足生产中曲率半径调整范围大，成型精度高，母线直线度好的要求，高度可调支撑构件上端的高度调节通过调节螺母来精确实现，因为调节螺栓的杆部长度较长，所以高度可调支撑构件上端的高度调节范围大；高度可调支撑构件支撑板的上侧焊接圆钢条，以圆钢条与型面垫板的下侧接触，因为圆钢条的直线度好控制，同时圆钢条与型面垫板之间可形成线或者面接触，从而保证型面垫板的表面形貌与预定模具的曲率一致。

Claims (10)

1.一种金属板材蠕变弯曲成形模具，包括底座、型面垫板及其支撑构件，型面垫板支撑构件连接于底座上，其特征在于：所述型面垫板支撑构件包括固定构件和活动构件，固定构件连接于所述底座的长度方向两端，活动构件连接于底座上的两固定构件之间，包括若干高度可调支撑构件，各高度可调支撑构件在底座上的连接位置可调整，所述型面垫板的两端置于固定构件上侧、中间段置于各高度可调支撑构件的上端，通过调节各高度可调支撑构件的高度及连接位置使活动构件的上端形成不同曲率的支撑面，通过型面垫板将各高度可调支撑构件离散的支撑力转化为均匀的面力来支撑待成形工件。

2.如权利要求1所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述底座为箱型梁底座，由上、下底板及四周侧板围成封闭的箱型结构，其中上底板上开设有四个条形槽，它们分别关于上底板的长度方向和宽度方向中心面对称，上底板的长度方向中心面上对应其宽度方向同侧的条形槽位置处开设有两螺纹孔；上、下底板之间连接有加强筋板。

3.如权利要求2所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述固定构件包括两个由四周侧板及顶板围成的长方体形的挡板箱，它们分别以开口侧连接于所述底座的上底板上、垂直于所述条形槽布置于底座长度方向的两端。

4.如权利要求3所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述活动构件有四组，分别连接于所述四个条形槽中，每组活动构件均包括若干由调节螺栓、支撑板、调节螺母及垫圈组成的高度可调支撑构件，调节螺栓以头部朝上、杆部置于所述条形槽中布置，杆部的下端插入底座上、下底板之间的空腔中，垫圈和调节螺母依次连接于杆部上对应于底座的上底板上侧处，支撑板以沿上底板的宽度方向连接于调节螺栓的头部。

5.如权利要求4所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述调节螺栓的头部上表面开设有沿所述上底板宽度方向的凹槽，所述支撑板的下侧插入凹槽中、上侧焊接有圆钢条，圆钢条的直径与支撑板厚度尺寸一致，圆钢条的两端分别伸出于支撑板的两端外。

6.如权利要求5所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述支撑板相邻之间卡接有调距块，调距块为由两平行侧板及将两平行侧板连为一体的连接梁构成的门框型结构，平行侧板沿上底板的长度方向布置，其上部两端分别与相邻的支撑板侧面接触、下底面置于所述底座的上底板上。

7.如权利要求6所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述型面垫板为厚度0.5-2mm的不锈钢板，其中间段置于所述圆钢条上、两端置于所述挡板箱的顶板上。

8.如权利要求7所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述挡板箱的两侧面之间通过沿所述上底板长度方向的侧挡板连为一体，侧挡板的两端分别通过螺钉固定于挡板箱的相应侧板上。

9.如权利要求8所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述挡板箱沿所述底座上底板宽度方向的一对侧板的内侧板上连接有压紧螺钉、外侧板上有相应的压紧螺钉穿过孔，另一对沿所述上底板长度方向的侧板上有螺纹孔，用于所述侧挡板的固定，压紧螺钉的内端顶住邻近的所述调距块。

10.如权利要求9所述的金属板材蠕变弯曲成形模具，其特征在于：所述侧挡板的两端上部分别连接有用于控制所述型面垫板翘曲的压件，压件为L型板件，其一侧固定于所述侧挡板上部、另一侧覆盖于所述型面垫板的上方。