CN106239880B - 真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其包括主机身、真空室、加热系统、真空系统、上压头组件和超塑气源系统，所述主机身包括上平台和下平台，所述真空室设置于下平台上，所述加热系统设置于真空室内壁，所述真空系统设置于主机身的外侧，并与真空室相连接，所述上压头组件设置于真空室的顶部，所述超塑气源系统与真空室相连接。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：既能在真空环境中进行超塑成形，又可以在真空环境中进行热成形的复合装备，以此提高复合加工能力。

Description

真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置

技术领域

本发明涉及一种真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，属于塑性成形设备技术领域。

背景技术

航天产品具有多品种、小批量的典型特点，为每类零件配置相应的独立加工设备，将增加企业成本，且造成装备的利用率极低；同时航天结构件制造对复合加工技术有着广泛需求。

现有热成形机床主要分两种形式，一种是由液压机改装，采取四周加热并增加保温措施；另一种是专用热成形机床，采取上、下平台加热，具有压力、速度及加热温度的自动控制功能。

现有超塑成形设备也主要分两种形式，一种是在通用液压机的基础上，自行设计制造加热系统、气源系统和控制系统；另一种是真空扩散焊/钎焊设备，集成一套超塑气源系统，绝大部分类似于筒形真空热处理设备。

热成形设备集成超塑气源系统后，可实现超塑成形和热成形功能，但无法实现真空环境下成形，零件易氧化；真空扩散焊/钎焊设备集成超塑气源系统后，可实现真空超塑成形功能，但无法实现热成形功能。

因此设计一种既能在真空环境中进行超塑成形，又可以在真空环境中进行热成形的复合装备，以此提高复合加工能力。

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既可以实现真空超塑成形，又可以实现真空热成形的复合装备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其包括主机身、真空室、加热系统、真空系统、上压头组件和超塑气源系统，所述主机身包括上平台和下平台，所述真空室设置于下平台上，所述加热系统设置于真空室内壁，所述真空系统设置于主机身的外侧，并与真空室相连接，所述上压头组件设置于真空室的顶部，所述超塑气源系统与真空室相连接。

作为优选方案，所述上压头组件包括高温上压头、水冷上压头、动态密封组件、上压头平行度调节测力组件、连接横梁和同步调节组件，所述水冷上压头设置于高温上压头的顶部，所述动态密封组件设置于水冷上压头的外侧，所述连接横梁设置于动态密封组件的顶部，所述上压头平行度调节测力组件设置连接横梁的顶部，所述同步调节组件设置于上压头平行度调节测力组件的外侧。

作为优选方案，所述水冷上压头的底部中央设置有压头定位环。

作为优选方案，所述动态密封组件包括密封盖、密封外壳和密封波纹管，所述密封盖扣设于水冷上压头的顶部，所述密封外壳固设于密封盖的底部，所述密封波纹管扩散设置于密封外壳的外侧，且与密封盖的底部固定连接。

作为优选方案，所述密封盖的下表面内设置有O形真空外密封圈和O形真空内密封圈。

作为优选方案，所述上压头平行度调节测力组件包括柔性调节球面件、液压活塞缸、齿条和同步齿轮，所述柔性调节球面件设置于连接横梁的侧面，所述液压活塞缸设置于柔性调节球面件的顶部。

作为优选方案，所述柔性调节球面件的底部外侧嵌套有称重传感器定位环。

作为优选方案，所述同步调节组件包括同步齿轮和与所述同步齿轮相啮合的齿条，所述齿条固设于连接横梁的外端。

作为优选方案，所述主机身为两梁六柱式主机身；所述加热系统包括隔热屏、加热带组件和水冷电极，所述加热带组件包括上平台加热带组件、侧面加热带组件和下平台加热带组件，所述上平台加热带组件包括上平台前加热带、上平台中加热带和上平台后加热带，所述侧面加热带组件包括侧面上加热带、侧面中加热带和侧面后加热带，所述下平台加热带组件包括下平台前加热带、下平台中加热带和下平台后加热带，所述金属隔热屏设置于加热带组件的外侧，所述水冷电极穿设于真空室的侧壁上，并穿过隔热屏与加热带组件导通；所述真空室为卧式方形结构，真空室的侧壁包括内壁和外壁，所述内部和外壁之间均布有导流板。

作为优选方案，所述上平台的上方和下平台的下方还分别设有辅助加热装置；所述真空系统设有真空度调节分压系统。

作为优选方案，所述加热系统还包括铜排、热电偶和温控仪。

作为优选方案，所述的真空补偿超塑气源系统，采用“将超塑成形气源系统气压调压阀放置在局部真空环境中”来实现真空状态超塑成形的气压控制。

作为优选方案，所述真空系统包括油扩散泵、罗茨泵、旋片泵、维持泵、水冷挡板、高真空气动真空阀、电磁真空带充气阀、真空管道波纹管、不锈钢真空管道。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

既能在真空环境中进行超塑成形，又可以在真空环境中进行热成形的复合装备，以此提高复合加工能力。

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为本发明的装备示意图；

图2为本发明中上压头组件结构示意图；

图3为图2中A区域的局部放大图；

图4为图3中A区域的局部放大图；

图5为图3中B区域的局部放大图；

图6为图3中C区域的局部放大图；

图7为本发明中加热系统的结构示意图；

图中：1、上横梁；2、上压头组件；3、主机身；4、加热系统；5、真空室；6、真空系统；21、高温上压头；22、水冷上压头；23、动态密封组件；24、上压头平行度调节测力组件；25、连接横梁；221、压头定位环；231、密封盖；232、密封波纹管；233、密封外壳；234、O形真空内密封圈；235、O形真空外密封圈；241、柔性调节球面件；242、液压活塞缸；243、称重传感器定位环；261、同步齿轮；262、齿条；263、连接竖梁；411、上平台前加热带；412、上平台中加热带；413、上平台后加热带；414、侧面上加热带；415、侧面中加热带；416、侧面下加热带；417、下平台前加热带；418、下平台中加热带；419、下平台后加热带；42、水冷电极；43、隔热屏。

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。

如图1～7所示，本发明提供的一种在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置包括上横梁1、上压头组件2、主机身3、加热系统4、真空室5、真空系统6和超塑气源系统，由于超塑气源系统的结构及其与真空室的连接方式属于本领域常规技术，故在图中未显示，主机身包括上平台和下平台，真空室5设置于下平台上，加热系统4设置于真空室5内壁上，真空系统6设置于主机身3的外侧，并与真空室5相连接，上压头组件2设置于真空室5的顶部，上压头组件2的数量的一般为2的整数倍，在本实施方式中，上压头组件2的数量为两个，相邻上压头组件2之间由连接横梁相连接。

上压头组件2包括高温上压头21、水冷上压头22、动态密封组件23、上压头平行度调节测力组件24、连接横梁25和同步调节组件，水冷上压头22设置于高温上压头21的顶部，动态密封组件23设置于水冷上压头22的外侧，连接横梁25设置于动态密封组件23的顶部，上压头平行度调节测力组件24设置连接横梁25的顶部，同步调节组件设置于上压头平行度调节测力组件的外侧；水冷上压头22的底部中央设置有压头定位环221；动态密封组件23包括密封盖231、密封外壳233和密封波纹管232，密封盖231扣设于水冷上压头22的顶部，密封外壳233固设于密封盖231的底部，密封波纹管232扩散设置于密封外壳233的外侧，且与密封盖231的底部固定连接；且密封盖231的下表面内设置有O形真空外密封圈235和O形真空内密封圈234；上压头平行度调节测力组件24包括柔性调节球面件241和液压活塞缸242，柔性调节球面件241设置于连接横梁25的侧面，液压活塞缸242设置于柔性调节球面件241的顶部；柔性调节球面件241的底部外侧嵌套有称重传感器定位环243；同步调节组件包括同步齿轮261和与同步齿轮261相啮合的齿条242，齿条242固设于连接横梁25的外端，同步齿轮261固设于连接竖梁263的底端，连接数量263可用来与上横梁1固定连接。

主机身为两梁六柱式主机身；所述加热系统包括隔热屏43、加热带组件和水冷电极42，加热带组件包括上平台加热带组件、侧面加热带组件和下平台加热带组件，上平台加热带组件包括上平台前加热带411、上平台中加热带412和上平台后加热带413，侧面加热带组件包括侧面上加热带414、侧面中加热带415和侧面后加热带416，下平台加热带组件包括下平台前加热带417、下平台中加热带418和下平台后加热带419，隔热屏43设置于加热带组件的外侧，水冷电极42穿设于真空室的侧壁上，并穿过隔热屏43与加热带组件导通；真空室为卧式方形结构，真空室的侧壁包括内壁和外壁，所述内部和外壁之间均布有导流板。加热系统还包括铜排、热电偶和温控仪，由于铜排、热电偶和温控仪均属于常规技术，故图中未示。

真空补偿超塑气源系统，采用“将超塑成形气源系统气压调压阀放置在局部真空环境中”来实现真空状态超塑成形的气压控制。

真空系统包括油扩散泵、罗茨泵、旋片泵、维持泵、水冷挡板、高真空气动真空阀、电磁真空带充气阀、真空管道波纹管、不锈钢真空管道。如兰州真空设备有限责任公司所生产的一系列真空设备。

上平台的上方和下平台的下方还分别设有辅助加热装置；所述真空系统设有真空度调节分压系统，辅助加热装置和真空度调节分压系统也属于常规技术，故图中未示。

上压头组件，采用圆形扩散焊结构的密封波纹管作为上压头动密封元件，同时配备平行度球面柔性控制系统，以保证压头平行度。

两梁六柱式主机身，由上、下横梁和六根立柱组成；六根立柱与上下横梁采用立柱调节螺母和立柱锁紧螺母结构进行调整和锁紧，有利于整体床身上下横梁平行度的调整，从而保证设备上下横梁的平行度；立柱锁母采用加压锁紧的方式进行锁紧。

动密封柔性上压头组件安装在上横梁下方，分为水冷上压头和高温上压头两部分，其中水冷上压头为圆形结构，真空室内部高温上压头为方形结构。

上、下平台针对大尺寸重载耐高温的平台特点，创造性的将平台化整为零，选用耐高温低膨胀的平台材料，优化设计为悬空结构并增加背面辅助加热，从而减少平台变形和上下表面温差。

长方体真空室，侧壁采用内外壁双层结构，内外壁之间通循环冷却水进行冷却。同时炉体的夹套中均布置导流板，使夹套中的水流趋于均匀。炉门采用双滚珠导轨炉门开启装置进行炉门的打开和关闭。

分压的真空系统，配置大抽速真空系统，满足设备的工作真空度，保证设备正常工作(非分压状态)；分压系统主要由压强控制仪、自动控制的真空微调补气阀和抽真空管道流导调节组件组成；，在主泵前的真空管道上布置通导调整组件，减小管道流通界面积，降低设备的有效抽速，降低设备的理论极限真空度，同时在真空室上布置可以计算机自动控制的真空微调补气阀，由计算机根据真空室的实际真空度闭环控制真空微调阀的开度，即完成真空度的计算机自动闭环控制。

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 (6)

1.一种在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其特征在于，包括主机身、真空室、加热系统、真空系统、上压头组件和超塑气源系统，所述主机身包括上平台和下平台，所述真空室设置于下平台上，所述加热系统设置于真空室内壁，所述真空系统设置于主机身的外侧，并与真空室相连接，所述上压头组件设置于真空室的顶部，所述超塑气源系统与真空室相连接；

所述上压头组件包括高温上压头、水冷上压头、动态密封组件、上压头平行度调节测力组件、连接横梁和同步调节组件，所述水冷上压头设置于高温上压头的顶部，所述动态密封组件设置于水冷上压头的外侧，所述连接横梁设置于动态密封组件的顶部，所述上压头平行度调节测力组件设置于连接横梁的顶部，所述同步调节组件设置于上压头平行度调节测力组件的外侧；

所述水冷上压头的底部中央设置有压头定位环；

所述动态密封组件包括密封盖、密封外壳和密封波纹管，所述密封盖扣设于水冷上压头的顶部，所述密封外壳固设于密封盖的底部，所述密封波纹管扩散设置于密封外壳的外侧，且与密封盖的底部固定连接；

所述密封盖的下表面内设置有O形真空外密封圈和O形真空内密封圈。

2.如权利要求1所述的在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其特征在于，所述上压头平行度调节测力组件包括柔性调节球面件、液压活塞缸、齿条和同步齿轮，所述柔性调节球面件设置于连接横梁的侧面，所述液压活塞缸设置于柔性调节球面件的顶部。

3.如权利要求2所述的在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其特征在于，所述柔性调节球面件的底部外侧嵌套有称重传感器定位环。

4.如权利要求1所述的在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其特征在于，所述同步调节组件包括同步齿轮和与所述同步齿轮相啮合的齿条，所述齿条固设于连接横梁的外端。

5.如权利要求1所述的在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其特征在于，所述主机身为两梁六柱式主机身；所述加热系统包括隔热屏、加热带组件和水冷电极，所述加热带组件包括上平台加热带组件、侧面加热带组件和下平台加热带组件，所述上平台加热带组件包括上平台前加热带、上平台中加热带和上平台后加热带，所述侧面加热带组件包括侧面上加热带、侧面中加热带和侧面后加热带，所述下平台加热带组件包括下平台前加热带、下平台中加热带和下平台后加热带，所述隔热屏设置于加热带组件的外侧，所述水冷电极穿设于真空室的侧壁上，并穿过隔热屏与加热带组件导通；所述真空室为卧式方形结构，真空室的侧壁包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间均布有导流板。

6.如权利要求1所述的在真空环境下实现超塑成形和热成形复合工艺的装置，其特征在于，所述上平台的上方和下平台的下方还分别设有辅助加热装置；所述真空系统设有真空度调节分压系统。