CN106363085A - 一种模具结构及模具修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模具结构及模具修复方法，模具结构包括上模、下模和多个垫块，上模与下模通过合模形成型腔；垫块能拆卸地连接在上模底部或下模顶部，多个垫块间隔设置，在上模与下模合模的状态下，垫块围绕型腔，且支撑在上模与下模之间；模具修复方法为：当模具结构成形的零件的实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度减薄时，将成形零件时使用的垫块取下，更换新的垫块。本发明在上模与下模之间设置可更换的垫块，在模具发生蠕变变形或磨损后，通过快速更换不同厚度的垫块，来补偿模具接触面的蠕变变形，便于快速修复，保证模具合模精度，提高生产效率。

Description

一种模具结构及模具修复方法

技术领域

本发明涉及模具技术领域，尤其是一种用于超塑成形的模具结构及模具修复方法。

背景技术

超塑成形工艺是利用压缩的惰性气体对密封零件进行吹胀成形，直至贴合模具的过程。超塑成形模具通常设计为上下两个半模形式，零件的最终成形精度取决于上下半模的合模位置精度，包括竖直方向合模高度准确，水平方向内无侧向移动。

超塑成形时零件承受气压吹胀力，在该力作用下，上模具有被“顶起”的风险，为了防止上下模具分离，保证合模高度，通常由超塑成形设备液压系统产生作用于模具上的压力来平衡，称为合模力。合模力的大小与超塑成形气压有关，实际工艺过程中，模具合模力要略高于气压吹胀力，压力差由上下半模接触面承受。但在高温和压力载荷条件下，上下半模接触面会产生蠕变变形，且容易磨损或压溃，影响合模精度。为了保证模具的合模精度，通常需要定期对模具进行修理，修模工作量大，周期长，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种模具结构及模具修复方法，在模具结构发生蠕变变形或磨损后，很容易快速修复，保证合模精度，提高生产效率。

为达到上述目的，本发明提出一种模具结构，包括：上模；下模，上模与下模通过合模形成型腔；多个垫块，能拆卸地连接在上模底部或下模顶部，多个垫块间隔设置，在上模与下模合模的状态下，多个垫块围绕型腔，并支撑在上模与下模之间。

如上所述的模具结构，其中，多个垫块包括控制上模与下模的合模高度的限高垫块、以及引导上模和下模到达预定合模位置的导向垫块。

如上所述的模具结构，其中，限高垫块和导向垫块均固定在下模的顶部，上模的底部具有平面和倾斜面，各限高垫块的顶面为能与平面相贴合的水平限高面，各导向垫块的顶面为能与倾斜面相贴合的倾斜导向面。

如上所述的模具结构，其中，下模包括下模座和连接在下模座外侧的第一导向柱，限高垫块能拆卸地连接在下模座的顶部，导向垫块能拆卸地连接在第一导向柱顶部；上模包括上模座和连接在上模座外侧的第二导向柱，第二导向柱与第一导向柱对应设置，上模座的底部具有平面，第二导向柱的底部具有倾斜面。

如上所述的模具结构，其中，下模座呈方形，第一导向柱呈柱状，限高垫块为四个，且分别位于下模座顶部的四个边角处，第一导向柱为两个，且分别位于下模座的相对两侧，导向垫块为两个，且分别连接在两个第一导向柱顶部，两个导向垫块的倾斜导向面的倾斜方向相反；上模座呈方形，第二导向柱呈柱状，上模座顶部的四个边角处分别具有与限高垫块对应的平面，第二导向柱为两个，且分别位于上模座的相对两侧，两个第二导向柱的底部分别具有与导向垫块对应的倾斜面。

如上所述的模具结构，其中，模具结构为超塑成形模具结构，上模与下模合模时，施加到模具结构的合模力为F_s，向型腔内通入气体对零件进行吹胀成形时，上模承受的气压吹胀力为F_p，上模和下模的模具材料的屈服极限均为σ_s，各限高垫块的水平限高面的面积之和为S₁，各导向垫块的倾斜导向面在水平面的投影面积之和为S₂，安全系数为C，其中，σ_s(S₁+S₂)≥C(F_s-F_p)。

如上所述的模具结构，其中，上模底部或下模顶部凹设有多个垫块槽，垫块分别嵌设于对应的垫块槽内。

如上所述的模具结构，其中，垫块的材料为钴基合金或镍基合金。

本发明还提供一种模具修复方法，采用该模具修复方法对上述的模具结构进行修复，模具修复方法为：当模具结构成形的零件的实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度减薄时，将成形零件时使用的垫块取下，更换新的垫块。

如上所述的模具修复方法，其中，模具结构的多个垫块包括控制上模与下模的合模高度的限高垫块、以及引导上模和下模到达预定合模位置的导向垫块，限高垫块和导向垫块均固定在下模的顶部，上模的底部具有平面和倾斜面，各限高垫块的顶面为能与平面相贴合的水平限高面，各导向垫块的顶面为能与倾斜面相贴合的倾斜导向面；对零件进行轮廓厚度检测，得到零件实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度的最大减薄量为X，最大减薄量X所在的最大减薄方向与限高垫块的水平限高面的法向之间的夹角为α，导向垫块的倾斜导向面相对水平面的倾斜角度为β，成形零件时使用的限高垫块的厚度为t₁，成形零件时使用的导向垫块的厚度为t₂，更换的新的限高垫块的厚度为t₁+Δt_x，更换的新的导向垫块的厚度为t₂+Δt_d,其中，Δt_x为限高垫块的厚度补偿量，Δt_d为导向垫块的厚度补偿量，且Δt_x＝X/cosα，Δt_d＝Δt_x cosβ。

本发明的模具结构及模具修复方法的特点和优点是：

1、本发明的模具结构，在上模与下模之间设置可更换的垫块，在模具发生蠕变变形、磨损或压溃后，通过快速更换不同厚度的垫块，来补偿模具的变形，即可快速完成模具修复，保证模具合模精度，提高生产效率；

2、本发明的模具结构，通过设置限高垫块，方便控制上模与下模的合模高度，通过设置导向垫块，能引导模具到达准确的预定合模位置，限制上模与下模在水平方向上偏转错位，保证合模精度，尤其适用于大尺寸、复杂曲面外形、高精度要求的超塑成形零件的成形；

3、本发明的模具修复方法，通过快速更换不同厚度的垫块，补偿模具的蠕变变形，能快速完成模具的修复，将模具的周期性修理转换成垫块的及时更换，减少模具型面大面积修理的次数，减小修模工作量，降低成本，提高生产效率。

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是本发明的模具结构的立体图；

图2是本发明的模具结构的剖视图；

图3是本发明的模具结构的侧视图；

图4是本发明的模具结构中下模与垫块的组合示意图；

图5是本发明的模具结构未安装垫块的示意图；

图6是本发明的模具结构中未安装垫块的下模的示意图。

主要元件标号说明：

1 下模 11 下模座 12 第一导向柱

2 上模 21 上模座 22 第二导向柱

3 限高垫块 31 水平限高面

4 导向垫块 41 倾斜导向面

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“水平”和“竖直”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。

如图1所示，本发明提供一种模具结构，也可称为基于可更换垫块的模具结构，模具结构包括下模1、上模2、和多个垫块，上模2与下模1通过合模形成用以成形零件的一定形状的型腔，或者说，在上模2与下模1合模的状态下，上模2与下模1之间形成用以成形零件的一定形状的型腔，该型腔的形状与成形零件的形状一致，超塑成形时向零件内吹气，多个垫块能拆卸地连接在上模2底部或下模1顶部，多个垫块沿上模底部或下模顶部的外围间隔设置，在上模2与下模1合模的状态下，垫块围绕型腔，并支撑(夹设)在上模2与下模1之间；若垫块能拆卸地连接在下模1顶部，在合模时，垫块的顶面与上模2的底面相接触，若垫块能拆卸地连接在上模2底部，在合模时，垫块的底面与下模1的顶面相接触。

本发明通过设置垫块，取代现有模具的上下半模接触面，在模具结构出现蠕变变形或磨损后，通过更换不同厚度的垫块，来补偿模具接触面的蠕变变形，无需停工即可快速完成对模具的修复，保证合模精度，有效提高生产效率，垫块为结构简单，易于加工和更换的块体，修复成本低，操作简单、快捷、方便，节约时间和经济成本；

另外，通过将模具的周期性修理转换成垫块的及时更换，能减少模具型面大面积修理的次数，减小修模工作量，有效解决了现有模具存在的修复工作量大、周期长、成本高的问题；

此外，垫块可在模具不降温的前提下完成更换，减少了模具热循环次数，提高了模具使用寿命，同时降低了设备热循环频次，提高了设备的使用寿命和生产效率。

进一步，垫块为金属块体，垫块的材料为钴基合金或镍基合金，具有较高的硬度和良好的高温力学性能，尤其是具有良好的抗蠕变性能，在选择垫块的材料时，应使垫块的抗蠕变性能高于模具主体材料(上模和下模)的抗蠕变性能。

在一个优选的实施例中，多个垫块包括(或分为)控制上模2与下模1的合模高度的限高垫块3、以及在合模时引导上模2和下模1到达准确的预定合模位置的导向垫块4，通过设置限高垫块3，能使上模2和下模1在竖直方向上相对固定(定位)，通过改变限高垫块3的厚度，可以改变上模2与下模1的合模高度；通过设置导向垫块4，使得合模时上模2(导向垫块4固定在下模1顶部的情况下)沿导向垫块4滑动，到达准确的预定合模位置，而不会出现偏转错位，从而使上模2和下模1在水平方向上相对固定(定位)，这对于成形复杂曲面外形零件尤为重要，因为成形大尺寸的复杂曲面外形零件时，模具处于三维受力状态，除了竖直方向的压力外，模具还会承受侧向分力，侧向分力使模具具有侧向滑动的趋势，本发明通过设置导向垫块4，能引导模具到达准确的预定合模位置，限制(阻碍)上模2与下模1在水平方向上偏转错位。因此，本实施例的模具结构尤其适用于大型复杂外形零件的热成形，也可为大型复杂外形零件热成形模具设计提供借鉴。

例如，限高垫块3的数量为四个及以上，导向垫块4的数量为两个及以上。

如图4所示，在一个可行的技术方案中，限高垫块3和导向垫块4均固定在下模1的顶部，上模2的底部具有平面和倾斜面，各限高垫块3的顶面为能与上模2底部的平面相贴合(相接触)的水平限高面31，通过采用平面接触，便于控制合模高度，并使模具受力情况简单；各导向垫块4的顶面为能与上模2底部的倾斜面相贴合(相接触)的倾斜导向面41，通过设置倾斜导向面41这种斜导向结构，能有效限制合模时上模2与下模1在水平方向上偏转错位，引导模具到达准确的预定合模位置。但本发明并不以此为限，也可以将限高垫块3和导向垫块4均固定在上模2底部，而在下模1顶部对应设置平面和倾斜面。

如图4、图5、图6所示，本实施例中，下模1包括下模座11和分别连接在下模座11外侧的至少两个第一导向柱12，第一导向柱12沿竖直方向设置，且连接在下模座11的外侧面，各限高垫块3分别能拆卸地连接在下模座11的顶部，各限高垫块3在下模座11的顶部围绕下模座顶部的型面间隔设置，各导向垫块4分别能拆卸地连接在各第一导向柱12顶部，即每个第一导向柱12顶部连接一个导向垫块4；

上模2包括上模座21和分别连接在上模座21外侧的至少两个第二导向柱22，第二导向柱22沿竖直方向设置，并位于第一导向柱12上方，且与第一导向柱12一一对应设置，上模座21的底部具有用于与限高垫块3的水平限高面31贴合的平面，第二导向柱22的底部具有用于与导向垫块4的倾斜导向面41贴合的倾斜面。

在一个具体实施例中，下模座11呈方形，第一导向柱12呈柱状，限高垫块3为四个，且分别位于下模座11顶部的四个边角处，第一导向柱12为两个，且分别连接在下模座11的相对两侧，导向垫块4为两个，且分别连接在两个第一导向柱12顶部，两个导向垫块4的倾斜导向面41的倾斜方向相反，一般的，两个导向垫块4的倾斜导向面41相对水平面的倾斜角相同，这样能从两个相反方向更有效地限制上模2与下模1在水平方向上偏转错位；

上模座21呈方形，第二导向柱22呈柱状，上模座21顶部的四个边角处分别具有与限高垫块3对应的平面，第二导向柱22为两个，且分别位于上模座21的相对两侧，并与两个第一导向柱12一一对应设置，两个第二导向柱22的底部分别具有与导向垫块4对应的倾斜面，其中一个第二导向柱22的倾斜面的倾斜方向与对应的一个导向垫块4的倾斜导向面41的倾斜方向相同，以能相互贴合，另一个第二导向柱22的倾斜面的倾斜方向与对应的另一个导向垫块4的倾斜导向面41的倾斜方向相同，以能相互贴合。

进一步，上模2底部或下模1顶部凹设有多个垫块槽，垫块分别嵌设于对应的垫块槽内，便于快速更换垫块。本实施例中，限高垫块3和导向垫块4均连接在下模1的顶部，因此在下模座11的顶部设置限高垫块槽，在各第一导向柱12的顶部分别设置导向垫块槽(图中仅示出其中一个第一导向柱12的导向垫块槽)，限高垫块3嵌设在限高垫块槽内，并凸出于限高垫块槽，导向垫块4嵌设在导向垫块槽内，并凸出于导向垫块槽。

其中，限高垫块3和导向垫块4均为方块形，例如为长方体或正方体形状，对应地，限高垫块槽和导向垫块槽均为方形槽。

在另一个具体实施例中，模具结构为超塑成形模具结构，用于超塑成形零件，因此本实施例的模具结构也可称为基于可更换垫块的超塑成型模具结构。

设计模具结构时，需要根据实际情况确定垫块的尺寸，具体是，若上模2与下模1合模时，施加到模具结构的合模力为F_s，向型腔内通入气体对零件进行吹胀成形时，上模2承受的气压吹胀力(气压胀形力)为F_p，模具结构的主体材料(上模2和下模1的材料)的高温屈服极限为σ_s，各限高垫块3的水平限高面31的面积之和为S₁，各导向垫块4的倾斜导向面41在水平面的投影面积之和为S₂，安全系数为C，C≥1.5，C较佳为1.5～2，则各限高垫块3的水平限高面31的面积和各导向垫块4的倾斜导向面41在水平面的投影面积应满足关系式：σ_s(S₁+S₂)≥C(F_s-F_p)。

若各限高垫块3的水平限高面31的面积和各导向垫块4的倾斜导向面41在水平面的投影面积均相等，且限高垫块3和导向垫块4的总数量为n个，则每个限高垫块3的水平限高面31的面积为大于或等于(S₁+S₂)/n，每个导向垫块4的倾斜导向面41在水平面的投影面积为大于或等于(S₁+S₂)/n，若导向垫块4的倾斜导向面41相对水平面的倾斜角为β，则每个导向垫块4的倾斜导向面41的面积为大于或等于(S₁+S₂)/(n cosβ)。

在模具面积允许的条件下，垫块面积越大越好。

较佳地，垫块厚度不小于30mm。

本发明还提供一种模具修复方法，采用该模具修复方法对上述的模具结构进行修复，该模具修复方法为：当模具结构成形的零件的实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度减薄时，将成形零件时使用的垫块取下，更换新的较厚的垫块，以补偿模具的蠕变变形量或/和磨损量。

如图2、图3所示，具体是，应更换的新垫块的厚度计算方法为：对成形的零件进行轮廓厚度检测，得到实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度的最大减薄量为X，若最大减薄量X所在的最大减薄方向(即零件轮廓厚度减薄量最大的方向)与限高垫块3的水平限高面31的法向之间的夹角为α，导向垫块4的倾斜导向面41相对水平面的倾斜角度为β，成形零件所使用的限高垫块3的厚度为t₁，成形零件所使用的导向垫块4的厚度为t₂，则应更换的新的限高垫块3的厚度为t₁+Δt_x，应更换的新的导向垫块4的厚度为t₂+Δt_d,其中，Δt_x为限高垫块3的厚度补偿量，Δt_d为导向垫块4的厚度补偿量，且Δt_x＝X/cosα，Δt_d＝Δt_x cosβ，通过更换厚度为t₁+Δt_x的新的限高垫块3和厚度为t₂+Δt_d的新的导向垫块4，即可快速完成模具的修复。

本发明的模具修复方法，通过快速更换不同厚度的垫块，补偿模具的蠕变变形，保证模具合模的准确性，将模具的周期性修理转换成垫块的及时更换，减少模具型面大面积修理的次数，减小修模工作量。

为具体说明本发明的模具结构和模具修复方法，举例说明如下：

设定导向垫块4的倾斜导向面41相对水平面的倾斜角度β为45°，限高垫块3和导向垫块4均为长方体，且限高垫块3的厚度t₁和导向垫块4的厚度t₂均为40mm，模具主体材料(上模2材料和下模1材料)为Ni7N(镍七氮)，限高垫块3和导向垫块4的材料均为K644(一种铸造钴基高温合金)，模具合模力F_s＝100t，气压吹胀力F_p＝50t，材料Ni7N在900℃时的高温屈服极限为σ_s约为50MPa，取安全系数C＝2，计算得到S₁+S₂≥C(F_s-F_p)/σ_s＝20000mm²；

若限高垫块3为四个，导向垫块4为两个，且各限高垫块3的水平限高面31的面积和各导向垫块4的倾斜导向面41在水平面的投影面积均相等，则限高垫块3的水平限高面31的面积和导向垫块4的倾斜导向面41在水平面(或模具底面)的投影面积均为大于或等于3334mm²，计算公式为20000/6≈3334mm²，对于限高垫块3来说，每个限高垫块3的水平限高面31的边长可设计为58mm×58mm，对于导向垫块4来说，其在模具底面上的投影面积满足大于等于3334mm²即可。

超塑成形过程中检测到零件某截面轮廓度最大减薄量X为0.1mm，则需对模具进行修复，即更换新的垫块；若最大减薄量X所在的最大减薄方向与限高垫块3的水平限高面31的法向(即竖直方向)之间的夹角α＝30°，则限高垫块3厚度补偿量Δt_x＝0.1/cos30°mm≈0.12mm，导向垫块4厚度补偿量Δt_d＝0.12cos45°mm≈0.08mm，故应更换的新限高垫块3的厚度为t₁+Δt_x＝40.12mm，应更换的新导向垫块4的厚度为t₂+Δt_d＝40.08mm。

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。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种模具结构，其特征在于，所述模具结构包括：

上模；

下模，所述上模与所述下模通过合模形成型腔；

多个垫块，能拆卸地连接在所述上模底部或所述下模顶部，多个所述垫块间隔设置，在所述上模与所述下模合模的状态下，多个所述垫块围绕所述型腔，并支撑在所述上模与所述下模之间。

2.如权利要求1所述的模具结构，其特征在于，多个所述垫块包括控制所述上模与所述下模的合模高度的限高垫块、以及引导所述上模和所述下模到达预定合模位置的导向垫块。

3.如权利要求2所述的模具结构，其特征在于，所述限高垫块和所述导向垫块均固定在所述下模的顶部，所述上模的底部具有平面和倾斜面，各所述限高垫块的顶面为能与所述平面相贴合的水平限高面，各所述导向垫块的顶面为能与所述倾斜面相贴合的倾斜导向面。

4.如权利要求3所述的模具结构，其特征在于，所述下模包括下模座和连接在所述下模座外侧的第一导向柱，所述限高垫块能拆卸地连接在所述下模座的顶部，所述导向垫块能拆卸地连接在所述第一导向柱顶部；

所述上模包括上模座和连接在所述上模座外侧的第二导向柱，所述第二导向柱与所述第一导向柱对应设置，所述上模座的底部具有所述平面，所述第二导向柱的底部具有所述倾斜面。

5.如权利要求4所述的模具结构，其特征在于，所述下模座呈方形，所述第一导向柱呈柱状，所述限高垫块为四个，且分别位于所述下模座顶部的四个边角处，所述第一导向柱为两个，且分别位于所述下模座的相对两侧，所述导向垫块为两个，且分别连接在两个所述第一导向柱顶部，两个所述导向垫块的倾斜导向面的倾斜方向相反；

所述上模座呈方形，所述第二导向柱呈柱状，所述上模座顶部的四个边角处分别具有与所述限高垫块对应的所述平面，所述第二导向柱为两个，且分别位于所述上模座的相对两侧，两个所述第二导向柱的底部分别具有与所述导向垫块对应的所述倾斜面。

6.如权利要求3所述的模具结构，其特征在于，所述模具结构为超塑成形模具结构，所述上模与所述下模合模时，施加到所述模具结构的合模力为F_s，向所述型腔内通入气体对零件进行吹胀成形时，所述上模承受的气压吹胀力为F_p，所述上模和所述下模的模具材料的屈服极限均为σ_s，各所述限高垫块的水平限高面的面积之和为S₁，各所述导向垫块的倾斜导向面在水平面的投影面积之和为S₂，安全系数为C，

其中，σ_s(S₁+S₂)≥C(F_s-F_p)。

7.如权利要求1至6任一项所述的模具结构，其特征在于，所述上模底部或所述下模顶部凹设有多个垫块槽，所述垫块分别嵌设于对应的所述垫块槽内。

8.如权利要求1至6任一项所述的模具结构，其特征在于，所述垫块的材料为钴基合金或镍基合金。

9.一种模具修复方法，其特征在于，采用所述模具修复方法对如权利要求1所述的模具结构进行修复，所述模具修复方法为：当所述模具结构成形的零件的实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度减薄时，将成形所述零件时使用的垫块取下，更换新的垫块。

10.如权利要求9所述的模具修复方法，其特征在于，所述模具结构的多个垫块包括控制所述上模与所述下模的合模高度的限高垫块、以及引导所述上模和所述下模到达预定合模位置的导向垫块，所述限高垫块和所述导向垫块均固定在所述下模的顶部，所述上模的底部具有平面和倾斜面，各所述限高垫块的顶面为能与所述平面相贴合的水平限高面，各所述导向垫块的顶面为能与所述倾斜面相贴合的倾斜导向面；

对所述零件进行轮廓厚度检测，得到零件实际轮廓厚度相对理论轮廓厚度的最大减薄量为X，最大减薄量X所在的最大减薄方向与所述限高垫块的水平限高面的法向之间的夹角为α，所述导向垫块的倾斜导向面相对水平面的倾斜角度为β，成形所述零件时使用的限高垫块的厚度为t₁，成形所述零件时使用的导向垫块的厚度为t₂，更换的新的限高垫块的厚度为t₁+Δt_x，更换的新的导向垫块的厚度为t₂+Δt_d,

其中，Δt_x为所述限高垫块的厚度补偿量，Δt_d为所述导向垫块的厚度补偿量，且Δt_x＝X/cosα，Δt_d＝Δt_x cosβ。