CN105499388A - 分瓣胀型模具及制造内部带筋的环形件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分瓣胀型模具及制造内部带筋的环形件的方法，其中，分瓣胀型模具包括：本体和两胀芯；本体为由多个胀瓣围成的轴向具有贯通腔的柱体，每个胀瓣的外表面沿轴向相间隔的布设有多个凸起，且相邻两凸起之间的凹部形成用于容置环形件的筋的容置槽，两胀芯均呈截锥状，每个胀芯具有第一端面和第二端面，两胀芯自本体的两侧分别插入贯通孔内，且两胀芯的第一端面相对设置。本发明提供的分瓣胀型模具，环形件的薄壁区能够与凸起相贴合，使得环形件的薄壁区在热耦合成形时能够保持厚度均匀；本发明提供的制造内部带筋的环形件的方法，采用上述分瓣胀型模具，因此，采用该方法制成的环形件具有薄壁区稳定性好的优点。

Description

分瓣胀型模具及制造内部带筋的环形件的方法

技术领域

本发明涉及热校形技术领域，特别涉及一种分瓣胀型模具。

背景技术

随着航空航天技术的不断发展，具有高比强、重量轻、耐高温性能的变壁厚钛合金整体构件被逐渐采用。目前，带筋的变壁厚整体结构的筒体主要采用成形+化铣工艺及粉末成形工艺，而筒体主要以外部加强筋的结构较多，但对于某些对外形有气动要求的产品，则采用内部加强筋结构。

现有技术通常采用分瓣胀型模具作为筒体的热耦合成形模具，但目前的分瓣胀形主要针对于等壁厚的钣金零件，内部带筋结构的筒形零件由于带有多处台阶，因此，现有技术的分瓣胀型模具在热成形过程中易造成筒体的薄壁区失稳；而热成形+化铣工艺通常用于制造直径大、长径比小的钛合金筒体零件，对于直径在300mm以下，长径比大于2的内部变壁厚整体结构筒体，由于现有加工工艺无法进行刻线、除胶等操作，因此对于此类零件无法采用化铣工艺实现；粉末成形的筒体的薄壁区有最小厚度要求，一般在1.5mm以上，而且成形后的的尺寸精度不高，内部狭小的空间内又不易通过机械加工的方式提高精度，从而导致小直径、大长径比的内部带筋结构的筒形件无法满足预设的精度要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够解决在热成形过程中易造成筒体的薄壁区失稳问题的分瓣胀型模具。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述分瓣胀型模具制造内部带筋的环形件的方法，以解决小直径、大长径比的内部带筋结构的环形件无法满足预设精度要求的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种分瓣胀型模具，用于内部带筋的环形件的热耦合成形，所述分瓣胀型模具包括，本体，所述本体为由多个胀瓣围成的轴向具有贯通腔的柱体，相邻两所述胀瓣间设有膨胀间隙，每个所述胀瓣的外表面沿轴向相间隔的布设有多个凸起，且相邻两所述凸起之间的凹部形成用于容置所述环形件的筋的容置槽；两胀芯，两所述胀芯均呈截锥状，每个所述胀芯具有第一端面和第二端面，两所述胀芯自所述本体的两侧分别插入所述贯通孔内，且两所述胀芯的第一端面相对设置，所述第一端面的直径小于所述贯通腔的直径，所述第二端面的直径大于所述贯通腔的直径。

如上所述的分瓣胀型模具，其中，每个所述胀瓣的内表面沿轴向设有限位槽，所述胀芯沿周向设有与各所述限位槽对位配合的多个导向条，各所述导向条均沿所述胀芯的轴向设置，所述胀芯与各所述胀瓣通过所述限位槽与所述导向条的配合相连接。

如上所述的分瓣胀型模具，其中，所述本体的至少一侧沿周向设有由相间隔设置的多个限位孔围成的至少一圈限位孔组，每个所述限位孔内设置有限位销，各所述限位销均延伸出所述限位孔，且各所述限位销的延伸端能与所述环形件相连接。

如上所述的分瓣胀型模具，其中，所述容置槽与所述环形件的筋之间为间隙配合。

如上所述的分瓣胀型模具，其中，所述容置槽与所述环形件的筋之间的间隙为1mm-1.5mm。

如上所述的分瓣胀型模具，其中，所述本体的外表面呈圆柱状，或者所述本体的外表面呈径向渐扩的锥状，或者，所述本体的外表面的径向截面呈多边形。

本发明还提供了一种制造内部带筋的环形件的方法，采用上述的分瓣胀型模具，该方法包括以下步骤：

将一侧面具有筋的毛坯板制成预设的环形件，并使所述环形件的筋位于内侧；

向所述环形件内插入所述的分瓣胀型模具的本体，并使所述环形件的筋与所述本体外表面上的容置槽相配合，自所述本体的贯通腔的两侧分别插入所述分瓣胀型模具的两个胀芯，并将两所述胀芯压紧；

将内置有所述分瓣胀型模具的所述环形件置入热校形炉进行热校形处理；

取出热校形处理后的所述环形件内的所述分瓣胀型模具。

如上所述的制造内部带筋的环形件的方法，其中，所述环形件为直筒形结构，所述将一侧面具有筋的毛坯板制成预设的环形件进一步包括以下步骤：

按照预设的筒形结构，计算出需要切割的所述毛坯板的尺寸，并预留焊接区域及成形余量；

按照计算出的尺寸切割所述毛坯板，并将预留的所述焊接区域的端面铣削光滑；

使用滚弯机，以所述毛坯板带筋的一侧为圆的内侧，将所述毛坯板滚弯成预设的筒形结构；

将呈筒形的所述毛坯板对接的所述焊接区域内的两端面焊接成一体形成所述环形件；

在所述环形件的至少一侧沿周向开设至少一圈间隔设置的用于连接所述本体的多个定位孔。

如上所述的制造内部带筋的环形件的方法，其中，所述热校形处理进一步包括：

所述热校形炉以预设的温度对内置有所述分瓣胀型模具的所述环形件进行恒温加热，待到预设的时间后，所述热校形炉降温冷却，使得内置有所述分瓣胀型模具的所述环形件降温冷却。

如上所述的制造内部带筋的环形件的方法，其中，所述预设的温度为700℃-800℃，所述预设的保温时间为1.5小时-2.5小时。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的分瓣胀型模具，通过在每个胀瓣的外表面沿轴向相间隔的布设多个凸起，并在相邻两凸起之间的凹部形成用于容置环形件的筋的容置槽，在使用时，由于环形件的筋置于容置槽内，使得环形件的薄壁区与凸起相贴合，且由于凸起的表面平整，因此环形件的薄壁区在热耦合成形时能够保持厚度均匀，从而保证了环形件薄壁区的稳定性，此外，容置槽与环形件的筋之间为间隙配合，使得胀瓣在插入环形件内时，环形件的筋能够更顺畅的插入容置槽内，从而使得胀瓣插入环形件的操作变得简单方便，进而提高了分瓣胀型模具的安装效率，并保证了胀瓣的凸起能够与环形件的薄壁区相贴合；

本发明提供的分瓣胀型模具，胀芯与各胀瓣通过限位槽与导向条的配合相连接，从而保证了各胀瓣之间的间距相等，即使相邻两胀瓣受热膨胀，也能使得容置槽与环形件的筋之间具有间隙，从而有效的保证了制成的环形件的品质；

本发明提供的分瓣胀型模具，通过定位销将环形件与本体连接成一体，从而避免了环形件相对于本体产生位移，进而保证了制成的环形件的精度；

本发明提供的制造内部带筋的环形件的方法，采用变壁厚平板毛坯预制+精确胀形的方法，实现了小直径、大长径比的内部带筋结构筒形件的制造，且在制造时采用上述分瓣胀型模具，从而保证了环形件薄壁区的稳定性，进而有效保证了制成的产品的品质。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是根据本发明一实施例提供的内置有分瓣胀型模具的环形件的结构示意图；

图2是图1所示的内置有分瓣胀型模具的环形件的侧视结构示意图；

图3是图1所示的分瓣胀型模具中胀瓣的结构示意图；

图4是图3所示的胀瓣的侧视结构示意图；

图5是图1所示的分瓣胀型模具中胀芯的结构示意图；

图6是图5所示的胀芯的侧视结构示意图；

图7是图1所示的环形件的展开结构示意图；

图8是根据本发明另一实施例提供的内置有分瓣胀型模具的环形件的结构示意图；

图9是图8所示的内置有分瓣胀型模具的环形件的侧视结构示意图。

附图标号说明：

1-分瓣胀型模具；11-胀瓣；111-凸起；112-容置槽；113-限位槽；114-限位孔；12-胀芯；121-导向条；13-限位销；2-环形件；21-筋；22-定位孔。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本发明提供了一种分瓣胀型模具1，用于内部带筋21的环形件2的热耦合成形，使用时，将分瓣胀型模具1插入环形件2内，分瓣胀型模具1包括：本体和两胀芯12；其中，如图3和图4所示，本体为由多个胀瓣11围成的轴向具有贯通腔的柱体，相邻两胀瓣11间设有膨胀间隙，使得胀瓣11插入环形件2的操作简单方便，同时避免了相邻两胀瓣11之间因受热膨胀磨损环形件2的情况发生，从而保证了制成的环形件2的品质；在热成形工艺中，由于环形件2的内部筋21较多，可能出现胀瓣11与环形件2的筋21无法完全偶合，从而影响环形件2薄壁区稳定性的情况，为防止这种状况发生，每个胀瓣11的外表面沿轴向相间隔的布设有多个凸起111，且相邻两凸起111之间的凹部形成用于容置环形件2的筋21的容置槽112，在使用时，将环形件2的筋21置于容置槽112内，使得环形件2的薄壁区与凸起111相贴合，且由于凸起111的表面平整，因此环形件2的薄壁区在热耦合成形时能够保持厚度均匀，从而保证了环形件2薄壁区的稳定性；如图5和图6所示，两胀芯12均呈截锥状，每个胀芯12具有第一端面和第二端面；装配时，如图1和图2所示，两胀芯12自本体的两侧分别插入贯通孔内，且两胀芯12的第一端面相对设置，第一端面的直径小于贯通腔的直径，这样，使得胀芯12的能够顺畅的插入本体的贯通腔内，从而使得胀芯12的插入操作简单方便，第二端面的直径大于贯通腔的直径，这样，当胀芯12压紧在贯通腔内时，即可保证胀瓣11的凸起111与环形件2的薄壁区更加紧密的贴合，从而有效的保证了环形件2薄壁区的稳定性。

进一步，为了避免胀瓣11的凸起111边缘与环形件2的筋21之间在装配时产生干涉，增加装配难度，如图2所示，容置槽112与环形件2的筋21之间为间隙配合，这样，使得胀瓣11在插入环形件2内时，环形件2的筋21能够更顺畅的插入容置槽112内，从而使得胀瓣11插入环形件2的操作变得简单方便，进而提高了分瓣胀型模具1的安装效率，并保证了胀瓣11的凸起111能够与环形件2的薄壁区相贴合。

可选的，为了避免因容置槽112与环形件2的筋21之间的间隙过大，减少了环形件2的薄壁区与胀瓣11的凸起111之间的接触面积，从而影响环形件2薄壁区的稳定性，设计容置槽112与环形件2的筋21之间的间隙为1mm-1.5mm，这样，既能够降低环形件2的筋21与容置槽112之间的配合难度，又能够使得环形件2的薄壁区与胀瓣11的凸起111具有足够大的接触面积，从而保证了环形件2薄壁区的稳定性。

在本发明的一个优选实施例中，为了避免由于相邻的两胀瓣11受热膨胀后相向挤压，导致容置槽112与环形件2的筋21相互摩擦，影响环形件2的质量，如图4所示，每个胀瓣11的内表面沿轴向设有限位槽113，如图5所示，胀芯12沿周向设有与各限位槽113对位配合的多个导向条121，各导向条121均沿胀芯12的轴向设置，如图2所示，胀芯12与各胀瓣11通过限位槽113与导向条121的配合相连接，导向条121与限位槽113的配合保证了各胀瓣11之间的间距相等，使得即使相邻两胀瓣11受热膨胀，也能使得容置槽112与环形件2的筋21之间具有间隙，从而有效的保证了制成的环形件2的品质。

在本发明的一个优选实施例中，为了避免在加热过程中，环形件2相对于本体产生位移，降低制成的环形件2的精度，如图3所示，在本体的至少一侧沿周向设有由相间隔设置的多个限位孔114围成的至少一圈限位孔114组，每个限位孔114内设置有限位销13，各限位销13均延伸出限位孔114，如图7所示，在环形件2的至少一侧沿周向开设至少一圈用于连接本体的定位孔22，如图8和图9所示，在各限位销13的延伸端与环形件2相连接，使用时，将各限位孔114与设置在环形件2上的与各限位孔114对位设置形成贯通孔，再将限位销13插入定位孔22内使环形件2与本体连接成一体，从而避免了环形件2相对于本体产生位移，进而保证了制成的环形件2的精度。

需要说明的是，在图8和图9所示的实施例中，为了预留环形件的膨胀变形量，仅仅示出了本体的一侧与环形件的一侧通过限位销连接，但是，在实际使用时，也可以根据实际使用需求，将本体的两侧与环形件的两侧分别通过限位销连接。

在本发明的一个具体实施例中，本体的外表面形状根据环形件2的形状而定，例如：若环形件2为直筒型，则本体的外表面呈圆柱状，若环形件2为锥筒状，则本体的外表面呈径向渐扩的锥状，若环形件2的横截面成多边形，则本体的外表面的径向截面呈多边形，这样，使得该分瓣胀型模具1能够用于不同结构的环形件2的热耦合成形。

下面结合附图具体说明本发明提供的分瓣胀型模具的使用过程：

如图8和图9所示，将分瓣胀型模具1的本体置入环形件2内，并使环形件2的筋置入本体的容置槽112内，且使得容置槽112与环形件2的筋21之间的间隙为1mm-1.5mm；自本体的两端分别插入两胀芯12，两胀芯12上的各导向条121分别插入本体的限位槽113内，在胀芯12的导向条121的导向作用下，使得各胀瓣11的间隙均匀，并使得本体的各限位孔114与环形件的各定位孔22对应重合，向各限位孔内装入限位销13，即可完成分瓣胀型模具1与环形件的连接。

本发明还提供了一种制造内部带筋的环形件的方法，采用上述任一实施例提供的的分瓣胀型模具，该方法包括以下步骤：

S10：将一侧面具有筋的毛坯板制成预设的环形件，并使环形件的筋位于内侧；

S20：向环形件内插入的分瓣胀型模具的本体，并使环形件的筋与本体外表面上的容置槽相配合，自本体的贯通腔的两侧分别插入分瓣胀型模具的两个胀芯，并将两胀芯压紧；

S30：将内置有分瓣胀型模具的环形件置入热校形炉进行热校形处理；

S40：取出热校形处理后的环形件内的分瓣胀型模具。

本发明提供的制造内部带筋的环形件的方法，采用变壁厚平板毛坯预制+精确胀形的方法实现了小直径、大长径比的内部带筋结构筒形件的制造，而且由于环形件的筋置于容置槽内，使得环形件的薄壁区与凸起相贴合，且由于凸起的表面平整，因此环形件的薄壁区在热耦合成形时能够保持厚度均匀，从而保证了环形件薄壁区的稳定性，进而保证了制成的产品的品质。

在本发明的一个具体实施例中，环形件为直筒形结构，将一侧面具有筋的毛坯板制成预设的环形件进一步包括以下步骤：

S11：按照预设的筒形结构，计算出需要切割的毛坯板的尺寸，并预留焊接区域及成形余量；

S12：按照计算出的尺寸切割毛坯板，并将预留的焊接区域的端面铣削光滑；

S13：使用滚弯机，以毛坯板带筋的一侧为圆的内侧，将毛坯板滚弯成预设的筒形结构；

S14：将呈筒形的毛坯板对接的焊接区域内的两端面焊接成一体形成环形件；

S15：在环形件的至少一侧沿周向开设至少一圈间隔设置的用于连接本体的多个定位孔。

采用板材机械加工制成带筋坯料，经过滚弯、焊接成筒状毛坯，保证了毛坯件的品质，从而保证了制成的成品的品质。

需要说明的是，也可以在切割毛坯板后，在毛坯板的非焊接区域的至少一侧间隔开设至少一排用于连接本体的多个定位孔，待毛坯板焊接后，即可在环形件的至少一侧沿周向形成的至少一圈用于连接本体的多个间隔设置的定位孔。

在本发明的一个优选实施例中，热校形处理进一步包括：

热校形炉以预设的温度对内置有分瓣胀型模具的环形件进行恒温加热，待到预设的时间后，热校形炉降温冷却，使得内置有分瓣胀型模具的环形件降温冷却。

进一步，预设的温度为700℃-800℃，预设的保温时间为1.5小时-2.5小时，即可使得环形件达到预设的精度，经实验验证，优选预设的温度为750℃，预设的保温时间为2小时。

下面具体说明本发明提供的制造内部带筋的环形件的方法的实施过程：

将毛坯板的展开成平面的形状，采用用机械加工的方法把等厚板料加工成一侧面具有筋的毛坯板；

以带筋的一侧为圆的内径方向将毛坯板滚弯，采用氩弧焊或激光焊的方法把滚弯的毛坯沿断口焊接成筒体，同时，在筒体的上下两端加工出定位孔；

将分瓣胀型模具的本体置入筒体内，并使筒体的筋置入本体的容置槽内，且使得容置槽与筒体的筋之间的间隙为1mm-1.5mm；自本体的两端分别插入两胀芯，两胀芯上的各导向条分别插入本体的限位槽内，在胀芯的导向条的导向作用下，使得各胀瓣的间隙均匀，同时使模具的定位孔与筒体的定位孔对应重合，相各限位孔内装入限位销，即可完成分瓣胀型模具与筒体的连接；

将内置有分瓣胀型模具的筒体置入热校形炉中，热校形炉以750℃的恒温对筒体加热，待加热至2小时后，停止加热，待热校形炉降温、炉冷后取出成形后的筒体零件即可。

综上所述，本发明提供的分瓣胀型模具，通过在每个胀瓣的外表面沿轴向相间隔的布设多个凸起，并在相邻两凸起之间的凹部形成用于容置环形件的筋的容置槽，在使用时，由于环形件的筋置于容置槽内，使得环形件的薄壁区与凸起相贴合，且由于凸起的表面平整，因此环形件的薄壁区在热耦合成形时能够保持厚度均匀，从而保证了环形件薄壁区的稳定性，此外，容置槽与环形件的筋之间为间隙配合，使得胀瓣在插入环形件内时，环形件的筋能够更顺畅的插入容置槽内，从而使得胀瓣插入环形件的操作变得简单方便，进而提高了分瓣胀型模具的安装效率，并保证了胀瓣的凸起能够与环形件的薄壁区相贴合；

本发明提供的分瓣胀型模具，胀芯与各胀瓣通过限位槽与导向条的配合相连接，从而保证了各胀瓣之间的间距相等，即使相邻两胀瓣受热膨胀，也能使得容置槽与环形件的筋之间具有间隙，从而有效的保证了制成的环形件的品质；

本发明提供的分瓣胀型模具，通过限位销将环形件与本体连接成一体，从而避免了环形件相对于本体产生位移，进而保证了制成的环形件的精度；

本发明提供的制造内部带筋的环形件的方法，采用变壁厚平板毛坯预制+精确胀形的方法，实现了小直径、大长径比的内部带筋结构筒形件的制造，且在制造时采用上述分瓣胀型模具，从而保证了环形件薄壁区的稳定性，进而有效保证了制成的产品的品质。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种分瓣胀型模具，用于内部带筋的环形件的热耦合成形，其特征在于，所述分瓣胀型模具包括：

本体，所述本体为由多个胀瓣围成的轴向具有贯通腔的柱体，相邻两所述胀瓣间设有膨胀间隙，每个所述胀瓣的外表面沿轴向相间隔的布设有多个凸起，且相邻两所述凸起之间的凹部形成用于容置所述环形件的筋的容置槽；

两胀芯，两所述胀芯均呈截锥状，每个所述胀芯具有第一端面和第二端面，两所述胀芯自所述本体的两侧分别插入所述贯通孔内，且两所述胀芯的第一端面相对设置，所述第一端面的直径小于所述贯通腔的直径，所述第二端面的直径大于所述贯通腔的直径。

2.根据权利要求1所述的分瓣胀型模具，其特征在于，

每个所述胀瓣的内表面沿轴向设有限位槽，所述胀芯沿周向设有与各所述限位槽对位配合的多个导向条，各所述导向条均沿所述胀芯的轴向设置，所述胀芯与各所述胀瓣通过所述限位槽与所述导向条的配合相连接。

3.根据权利要求1或2所述的分瓣胀型模具，其特征在于，

所述本体的至少一侧沿周向设有由相间隔设置的多个限位孔围成的至少一圈限位孔组，每个所述限位孔内设置有限位销，各所述限位销均延伸出所述限位孔，且各所述限位销的延伸端能与所述环形件相连接。

4.根据权利要求1所述的分瓣胀型模具，其特征在于，

所述容置槽与所述环形件的筋之间为间隙配合。

5.根据权利要求4所述的分瓣胀型模具，其特征在于，

所述容置槽与所述环形件的筋之间的间隙为1mm-1.5mm。

6.根据权利要求1所述的分瓣胀型模具，其特征在于，

所述本体的外表面呈圆柱状，或者所述本体的外表面呈径向渐扩的锥状，或者，所述本体的外表面的径向截面呈多边形。

7.一种制造内部带筋的环形件的方法，采用如权利要求1至6中任一项所述的分瓣胀型模具，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将一侧面具有筋的毛坯板制成预设的环形件，并使所述环形件的筋位于内侧；

向所述环形件内插入所述的分瓣胀型模具的本体，并使所述环形件的筋与所述本体外表面上的容置槽相配合，自所述本体的贯通腔的两侧分别插入所述分瓣胀型模具的两个胀芯，并将两所述胀芯压紧；

将内置有所述分瓣胀型模具的所述环形件置入热校形炉进行热校形处理；

取出热校形处理后的所述环形件内的所述分瓣胀型模具。

8.根据权利要求7所述的制造内部带筋的环形件的方法，其特征在于，

所述环形件为直筒形结构，所述将一侧面具有筋的毛坯板制成预设的环形件进一步包括以下步骤：

按照预设的筒形结构，计算出需要切割的所述毛坯板的尺寸，并预留焊接区域及成形余量；

按照计算出的尺寸切割所述毛坯板，并将预留的所述焊接区域的端面铣削光滑；

使用滚弯机，以所述毛坯板带筋的一侧为圆的内侧，将所述毛坯板滚弯成预设的筒形结构；

将呈筒形的所述毛坯板对接的所述焊接区域内的两端面焊接成一体形成所述环形件；

在所述环形件的至少一侧沿周向开设至少一圈间隔设置的用于连接所述本体的多个定位孔。

9.根据权利要求7所述的制造内部带筋的环形件的方法，其特征在于，

所述热校形处理进一步包括：

所述热校形炉以预设的温度对内置有所述分瓣胀型模具的所述环形件进行恒温加热，待到预设的时间后，所述热校形炉降温冷却，使得内置有所述分瓣胀型模具的所述环形件降温冷却。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的制造内部带筋的环形件的方法，其特征在于，

所述预设的温度为700℃-800℃，所述预设的保温时间为1.5小时-2.5小时。