CN105689549A - 用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具及使用方法 - Google Patents

用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，包括冲头机构、第一楔形传递机构、第二楔形传递机构、模具底座以及下压板；其中，所述模具底座设置有下压板安装槽，所述下压板安装槽将所述模具底座分为第一安装区域和第二安装区域；所述下压板设置在所述下压板安装槽内；所述第一楔形传递机构设置在所述第一安装区域上；所述第二楔形传递机构设置在所述第二安装区域上；所述第一楔形传递机构的一侧面、所述第二楔形传递机构的一侧面以及下压板的上侧面构成成型空间；所述冲头机构设置在所述下压板上侧，用于将待加工试样挤入所述成型空间。本发明通过楔形传递机构实现冲头行程的纵向力转换成水平方向的挤压力，实现压弯过程和装夹过程的机械一体化。

Description

用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具及使用方法
技术领域
本发明涉及先进成形工艺实验模具，具体地，涉及一种用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具及使用方法。
背景技术
航空航天技术竞争是国与国之间科技实力的较量，改革开放以来，我国大力发展航天航空事业，先后有了从卫星到载人航天的创举。航空航天技术涵盖面广，技术水平要求高。为了减少火箭在发射过程中的燃料损耗以及加大火箭发射行程，高强度的轻质合金一直是火箭制造的首选材料。然而，高强度的轻质合金如铝合金，钛合金等具有加工困难，成形难度大的特点，与传统的材料如钢铁相比，需要采用先进的加工工艺，因此航空航天所用零部件等加工工艺比传统材料加工工艺难道大，对模具，工艺等提出更高的要求。
蠕变时效校形技术是在20世纪50年代初期，为成形整体壁板零件而发展起来的一种先进成形技术。该技术利用金属的蠕变特性，将成形与时效热处理同步进行，从技术发展以来，已经广泛应用于许多难加工的航天航空零部件的成形，如美国超音速战略轰炸机的上下机翼壁板，大力神火箭的正交格栅结构壁板的制造等，以及如空客、波音和麦道的早起机型都利用了该项技术。
对于蠕变时效校形工艺，传统的加工步骤主要包括零件常温下加载过程，蠕变时效过程以及最后的卸载过程。对于例如材料为钛合金的卫星条带结构件，传统加载过程主要包含两个工装过程：一是常温下的冷压弯过程，二是常温下冷压弯后的人工装夹过程。由于蠕变时效技术是基于时效热处理过程中应力松弛使得时效后成形零件的残余应力基本释放完毕的原理，所以冷弯以及装夹过程中的应力分布的均匀性对蠕变时效校形工艺来说是非常重要的，并且基于逐渐发展起来的有限元技术，对于模拟仿真蠕变时效工艺的过程帮助很大，所以，减少人工行为导致的应力分布不均，形状不对称等因素对蠕变时效工艺生产的零件也是生产过程中应该避免的。
对于卫星条带这种特殊零部件所使用的工装，传统的为先冷压弯，后人工装夹，特别是人工装夹过程，由于钛合金高强度，高回弹的特点，使得人工装夹过程变得困难，容易引入人为的不对称因素，以及最终引起的应力分布不均匀。所以本文以研究设计压弯和装夹机械一体化的模具来避免这种人工形式的装夹过程，减少人为因素的干扰，并很大程度上简化卫星条带在蠕变时效校形工艺的加载工序。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具及使用方法。
根据本发明提供的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，包括冲头机构、第一楔形传递机构、第二楔形传递机构、模具底座以及下压板；
其中，所述模具底座设置有下压板安装槽，所述下压板安装槽将所述模具底座分为第一安装区域和第二安装区域；所述下压板设置在所述下压板安装槽内；
所述第一楔形传递机构设置在所述第一安装区域上；所述第二楔形传递机构设置在所述第二安装区域上；所述第一楔形传递机构的一侧面、所述第二楔形传递机构的一侧面以及下压板的上侧面构成成型空间；
所述冲头机构设置在所述下压板上侧，用于将待加工试样挤入所述成型空间。
优选地，还包括螺栓组和螺母；
其中，所述螺栓组用于将第一楔形传递机构的上下夹板与第一楔形传递机构的上下夹板连接；
所述螺母设置在下压板的下侧，用于连接吊杆的下端部。
优选地，所述冲头机构包括冲头、内芯、传动销、芯轴以及吊杆；
其中，所述内芯通过所述传动销与所述冲头可拆卸连接；所述内芯的下端设置有内芯孔；所述芯轴设置在所述内芯孔内，且能够在所述内芯孔中转动；所述芯轴设置有径向贯穿的吊杆安装孔；所述吊杆的一端通过所述吊杆安装孔穿出。
优选地，所述第一楔形传递机构和所述第二楔形传递机构均包括楔形构件、上下夹板、支撑杆以及支撑架；
其中，所述模具底座设置有沿长度方向延伸的T形槽；所述支撑架设置有与所述T形槽相匹配的T形连接件；两个支撑架相对设置在所述模具底座形成安装空间；
楔形构件、上下夹板以及支撑杆设置在所述安装空间内；
所述支撑杆的一端连接所述楔形构件，另一端连接所述上下夹板；
所述第一楔形传递机构的上下夹板一侧面、所述第二楔形传递机构的上下夹板一侧面以及下压板的上侧面构成成型空间。
优选地，所述成型空间和所述内芯呈楔形。
优选地，还包括支撑架限位块设置在模具底座上，用于所述第一楔形传递机构和所述第二楔形传递机构的定位。
优选地，所述下压板安装槽用于下压板的限位。
本发明提供的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：将卫星条带蠕变时效校形试样的两端部放置于支撑架上，冲头在压机的作用下下行，当冲头机构中内芯触及连接与上下夹板的楔形部分时，冲头的下压力部分转化成横向的挤压力，实现卫星条带蠕变时效校形试样在压弯的过程中同时进行向内的挤压过程；
步骤2：当压机压力加载过程结束后，首先将支撑架限位块固定住第一楔形传递机构、第二楔形传递机构；将传动销拆卸下来，即将压机上行去除冲头并将内芯留在模具中；接着将一侧的两个支撑架拆卸下来；按照设定的预紧力来安装螺栓组以及下压板的螺母形成试样夹具；
步骤3：将支撑架限位块拆卸下来，拆卸楔形构件以及另一侧的两个后支撑架，将试样夹具取出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过楔形传递机构实现冲头行程的纵向力转换成水平方向的挤压力，实现压弯过程和装夹过程的机械一体化；
2、本发明通过支撑杆的正反两面螺栓紧固件楔形构件、上下夹板连接在一起，实现力的传递，并且具有可拆卸功能，实现零件机械加载结束后的装夹试样的拆卸；
3、本发明冲头下压过程中，同时进行纵向的压弯过程以及通过楔形结构的横向挤压过程，其类如传统人工装夹过程，实现过程无人工调整位置等操作；
4、本发明多处的定位销以及上下夹板的定位销功能实现卫星条带蠕变时效校形试样的在尺寸精度上的准确，实现在试样宽度方向上应力的均匀性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明冲头机构的结构示意图；
图4为本发明楔形传递机构的结构示意图；
图5为本发明支撑架的结构示意图；
图6为本发明模具底座的结构示意图；
图7为本发明的压弯装夹拆卸示意图。
图中：
1为冲头；
2为内芯；
3为传动销；
4为芯轴；
5为吊杆；
6为支撑架；
7为楔形构件；
8为上下夹板；
9为螺栓；
10为连接构件；
11为第一紧固螺栓；
12为第二紧固螺栓；
13为支撑杆；
14为螺栓组；
15为支撑架限位块；
16为模具底座；
17为下压板；
18为螺母。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，包括冲头机构、第一楔形传递机构、第二楔形传递机构、模具底座16以及下压板17；
其中，所述模具底座16设置有下压板安装槽，所述下压板安装槽将所述模具底座16分为第一安装区域和第二安装区域；所述下压板17设置在所述下压板安装槽内；
所述第一楔形传递机构设置在所述第一安装区域上；所述第二楔形传递机构设置在所述第二安装区域上；所述第一楔形传递机构的一侧面、所述第二楔形传递机构的一侧面以及下压板17的上侧面构成成型空间；
所述冲头机构设置在所述下压板17上侧，用于将待加工试样挤入所述成型空间。
本发明提供的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，还包括螺栓组14和螺母18；
其中，所述螺栓组14用于将第一楔形传递机构的上下夹板与第一楔形传递机构的上下夹板连接；
所述螺母18设置在下压板17的下侧，用于连接吊杆5的下端部。
所述冲头机构包括冲头1、内芯2、传动销3、芯轴4以及吊杆5；
其中，所述内芯2通过所述传动销3与所述冲头1可拆卸连接；所述内芯2的下端设置有内芯孔；所述芯轴4设置在所述内芯孔内，且能够在所述内芯孔中转动；所述芯轴4设置有径向贯穿的吊杆安装孔；所述吊杆5的一端通过所述吊杆安装孔穿出。
所述第一楔形传递机构和所述第二楔形传递机构均包括楔形构件7、上下夹板8、支撑杆13以及支撑架6；
其中，所述模具底座16设置有沿长度方向延伸的T形槽；所述支撑架6设置有与所述T形槽相匹配的T形连接件；两个支撑架6相对设置在所述模具底座16形成安装空间；
楔形构件7、上下夹板8以及支撑杆13设置在所述安装空间内；
所述支撑杆13的一端连接所述楔形构件7，另一端连接所述上下夹板8；
所述第一楔形传递机构的上下夹板8一侧面、所述第二楔形传递机构的上下夹板8一侧面以及下压板17的上侧面构成成型空间。所述支撑架6是和模具底座配套的，用于提供板料安放位置以及限定内部楔形结构的运动。
所述成型空间和所述内芯2呈楔形。
还包括支撑架限位块15设置在模具底座16上，用于所述第一楔形传递机构和所述第二楔形传递机构的定位。
所述下压板安装槽用于下压板17的限位。
如图1和2所示，在实验开始前，本发明提供的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具的安装过程如下：
其中，M8螺栓组14(包括M8螺栓和M8螺母，共六组)不用安装，放置于模具专用箱内，上下夹板的定位销也不需要安装。安装开始时，首先安装冲头机构，如图3所示，先将芯轴4通过内芯孔安装在内芯2上，后顺时针转动芯轴4转动90度，使得吊杆5安装位置朝上，接下来便是安装吊杆5，吊杆安装完后进行冲头1和内芯2的连接，通过传动销3来实现，并将装置连接与压力机上，此时冲头机构已经安装完毕。
接下来安装楔形传递机构，如图4所示，楔形构件7和支撑杆13的连接通过连接构件10实现，支撑杆13和上下夹板8的连接也是同理。其中先安装连接构件10和支撑杆13，用M6螺栓12连接，后将连接构件10和楔形构件7连接，同理连接上下夹板8，即完成了楔形传递构件的安装。
最后，如图5和图6所示按顺序安放楔形传递机构、下压板17以及支撑架6于模具底座16上，通过支撑架限位块15实现定位功能。
本发明提供的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：将卫星条带蠕变时效校形试样的端头放置于支撑架6上，冲头1在压机的作用下下行，当冲头机构中内芯2触及连接与上下夹板8的楔形部分时，冲头1的下压力部分转化成横向的挤压力，实现卫星条带蠕变时效校形试样在压弯的过程中同时进行向内的挤压过程；
步骤2：当压机压力加载过程结束后，首先将支撑架限位块15固定住第一楔形传递机构、第二楔形传递机构；将传动销3拆卸下来，即将压机上行去除冲头并将内芯2留在模具中；接着将一侧的两个支撑架6拆卸下来；如图7所示，将两个前支撑6沿着模具底座16的流道拆卸下来即可看到模具内部，此时由于各个支撑架限位块15的作用，试样夹具处于固定状态；可利用螺栓拧紧电动工具按照设定的预紧力来安装螺栓组以及下压板17的螺母5形成试样夹具；
步骤3：将支撑架限位块15拆卸下来，拆卸楔形构件以及另一侧的两个后支撑架6，将试样夹具取出。此时就完成了整个卫星条带蠕变时效校形工艺的加载部分，可进行下一步的高温时效工序。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，包括冲头机构、第一楔形传递机构、第二楔形传递机构、模具底座(16)以及下压板(17)；
其中，所述模具底座(16)设置有下压板安装槽，所述下压板安装槽将所述模具底座(16)分为第一安装区域和第二安装区域；所述下压板(17)设置在所述下压板安装槽内；
所述第一楔形传递机构设置在所述第一安装区域上；所述第二楔形传递机构设置在所述第二安装区域上；所述第一楔形传递机构的一侧面、所述第二楔形传递机构的一侧面以及下压板(17)的上侧面构成成型空间；
所述冲头机构设置在所述下压板(17)上侧，用于将待加工试样挤入所述成型空间。
2.根据权利要求1所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，还包括螺栓组(14)和螺母(18)；
其中，所述螺栓组(14)用于将第一楔形传递机构的上下夹板与第一楔形传递机构的上下夹板连接；
所述螺母(18)设置在下压板(17)的下侧，用于连接吊杆(5)的下端部。
3.根据权利要求1所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，所述冲头机构包括冲头(1)、内芯(2)、传动销(3)、芯轴(4)以及吊杆(5)；
其中，所述内芯(2)通过所述传动销(3)与所述冲头(1)可拆卸连接；所述内芯(2)的下端设置有内芯孔；所述芯轴(4)设置在所述内芯孔内，且能够在所述内芯孔中转动；所述芯轴(4)设置有径向贯穿的吊杆安装孔；所述吊杆(5)的一端通过所述吊杆安装孔穿出。
4.根据权利要求1所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，所述第一楔形传递机构和所述第二楔形传递机构均包括楔形构件(7)、上下夹板(8)、支撑杆(13)以及支撑架(6)；
其中，所述模具底座(16)设置有沿长度方向延伸的T形槽；所述支撑架(6)设置有与所述T形槽相匹配的T形连接件；两个支撑架(6)相对设置在所述模具底座(16)形成安装空间；
楔形构件(7)、上下夹板(8)以及支撑杆(13)设置在所述安装空间内；
所述支撑杆(13)的一端连接所述楔形构件(7)，另一端连接所述上下夹板(8)；
所述第一楔形传递机构的上下夹板(8)一侧面、所述第二楔形传递机构的上下夹板(8)一侧面以及下压板(17)的上侧面构成成型空间。
5.根据权利要求3所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，所述成型空间和所述内芯(2)呈楔形。
6.根据权利要求1所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，还包括支撑架限位块(15)设置在模具底座(16)上，用于所述第一楔形传递机构和所述第二楔形传递机构的定位。
7.根据权利要求1所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具，其特征在于，所述下压板安装槽用于下压板(17)的限位。
8.一种权利要求1至7任一项所述的用于蠕变时效校形工艺的压弯装夹一体化模具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将卫星条带蠕变时效校形试样的两端部放置于支撑架(6)上，冲头(1)在压机的作用下下行，当冲头机构中内芯(2)触及连接与上下夹板(8)的楔形部分时，冲头(1)的下压力部分转化成横向的挤压力，实现卫星条带蠕变时效校形试样在压弯的过程中同时进行向内的挤压过程；
步骤2：当压机压力加载过程结束后，首先将支撑架限位块(15)固定住第一楔形传递机构、第二楔形传递机构；将传动销(3)拆卸下来，即将压机上行去除冲头(1)并将内芯(2)留在模具中；接着将一侧的两个支撑架(6)拆卸下来；按照设定的预紧力来安装螺栓组以及下压板17的螺母5形成试样夹具；
步骤3：将支撑架限位块(15)拆卸下来，拆卸楔形构件以及另一侧的两个后支撑架(6)，将试样夹具取出。
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