CN107335718A - 一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，涉及航空制造工程领域。该时效成形柔性工装由多点柔性模具组件和数控调形组件组成，多点柔性模具组件安装在数控调形组件上面；将数控调整的多点柔性模具用于整体壁板的热压罐蠕变时效成形工艺中，以提高柔性模具的使用效率。通过将数控调形组件与多点柔性模具组件设计为相互分离的两部分，使数控调形组件在调整完模具型面后无需放入热压罐中承受高温，实现了热压罐蠕变时效成形工艺与多点柔性模具的结合，在实现装备的柔性化的同时实现自动化，提高了生产效率并保证产品精度。

Description

一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装

技术领域

本发明涉及一种柔性成形工装，具体地说，涉及一种用于带筋壁板、蒙皮件的热压罐蠕变时效成形工装，属于航空制造工程领域。

背景技术

带筋整体壁板将传统飞机结构中的蒙皮、骨架元素和连接元素制成一体，从而实现减重并缩短装配周期和工作量的目的，同时提高外形的装配质量和疲劳寿命，但整体壁板的外形尺寸大、形状复杂,其成形一直是生产中的难题之一。铝合金的蠕变时效成形方法本质是宏观成形和微观强化的耦合，在减小成形后铝合金回弹的同时也提高了其强度和刚度，是针对整体壁板、蒙皮的成形而发展起来的一项技术。热压罐时效成形使用模具配合真空袋的方式进行加载，通过在罐中对零件加压并保温一段时间使之成形，具有载荷均匀、成形效果好、质量稳定的优点，该技术已被应用于A380机翼上壁板的成形。

随着国产飞机制造业的快速发展，如何实现飞机整体壁板成形的快速、柔性化、自动化，并提高零件的成形效率和质量成为研究的热点。多点成形将传统冲压成形的实体模具离散化为紧密排列、高度可调的冲头点阵，用冲头端部形成的轮廓面，代替实体模具进行对压成形，已应用于金属板料的成形中。发明专利CN104646475A中公开了飞机铝合金整体壁板多点成形方法，将整体壁板放置于可快速重构模面的上下多点模具之间，筋条之间填充填料，成形出带有筋条的铝合金整体壁板零件；该方法仅适用于冷成形过程，若成形温度超过数控单元中电机的工作温度则无法使用，其不适用于蠕变时效成形。专利CN101774274A中公开了一种基于热压罐的蠕变时效柔性工装，通过调节钉柱高度形成不同型面，但是钉柱调节为人工手动完成，过程繁琐且精度难以保证。

由于手动调节的多点柔性模具存在诸多不足，不适用于实际生产过程，而数控调节模具型面可提高调整的效率和精度，成为主要的发展趋势。但蠕变时效成形过程中的温度高于电机的正常工作温度，通过电机执行的数控调形模具无法在热压罐中正常使用，从而限制了多点柔性模具在蠕变时效成形领域的应用。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括多点柔性模具组件和数控调形组件，多点柔性模具组件位于数控调形组件上面；

所述多点柔性模具组件包括壁板工件、压边条、短框板、长框板、垫板、柔性立柱单元，定位销、模具底座、螺杆支撑板，所述柔性立柱单元包括立柱、调形螺杆、推力球轴承、深沟球轴承、螺杆端连接器、内六角螺钉,立柱与调形螺杆螺纹配合连接，并通过螺纹连接自锁来保持调整后立柱的高度；推力球轴承位于调形螺杆的上方，用于将立柱、调形螺杆上的载荷传递至螺杆支撑板，并限制调形螺杆的向下移动；深沟球轴承位于推力球轴承下方，用于确定调形螺杆的中心线位置，并在螺杆端连接器和内六角螺钉的作用下限制调形螺杆向上移动；所述螺杆端连接器为圆柱形，上端有倒角，下端面加工有齿盘，螺杆端连接器与电机端连接器的齿盘配合驱动调形螺杆转动，螺杆端连接器与调形螺杆通过内六角螺钉连接；

所述短框板为长方形板，上下两侧有凸起，短框板上侧凸起均布有螺孔，上侧凸起两端有带孔吊耳，用于多点柔性模具组件的吊装；短框板下侧凸起上等间距分布有台阶孔，底面一端部有定位孔；所述长框板为长方形板，两侧端有凹槽，上端面有对称分布的螺孔，外表面下部等间距分布有台阶孔；所述压边条为L形结构，四根压边条上均布有台阶孔，短框板与长框板通过压边条和内六角螺钉固连；

所述螺杆支撑板为矩形板，上表面均布有台阶孔，用于安装柔性立柱单元，底面沿轴向等间距分布有多根加强筋，用于增加刚度，螺杆支撑板沿周边均布有多个螺孔,且相对的侧面螺孔对称设置；

所述垫板位于壁板工件与柔性立柱单元之间，用于减轻立柱对零件表面的压痕；

所述模具底座为矩形板，上表面中间部分为长方形凸台，凸台上两端部对角位置设有定位孔用于安装定位销；

所述数控调形组件包括X向移动平台、Y向移动平台、支撑板、导向块，所述X向移动平台由X向驱动电机、电机支座、X向导轨定位条、X向移动支撑板、X向移动导轨、轴承座、调形模块底板、X向移动丝杠、连接块、导轨滑块组成，其中，X向驱动电机通过电机支座安装在调形模块底板上，两个轴承座位于X向移动丝杠的两端固定在调形模块底板上；两个X向导轨定位条固定在调形模块底板上表面两侧，X向移动导轨安装在X向导轨定位条上；X向移动支撑板的两端纵向杆上有凹槽，凹槽中各有螺孔用于安装Y向移动导轨，X向移动支撑板对称处靠上凸起部位有对称的螺孔，用于安装气缸，X向移动支撑板对称处靠下凸起部位有通孔，两侧对称分布有螺孔，用于安装X向移动丝杠的丝杠螺母，X向移动支撑板两侧凹槽上表面与连接块连接，连接块安装在导轨滑块上；

所述Y向移动平台包括Y向移动支撑板、Y向移动导轨、气缸、电机固定板、电机端连接器、电机，所述Y向移动支撑板为对称结构，两端的安装平板沿支撑板平面的法线方向错开，安装平板与导轨滑块相连，导轨滑块安装在Y向移动导轨上；Y向移动支撑板对称处的下表面有支撑块，支撑块与气缸的活塞杆端部平板相连，并将气缸活塞的运动传递给Y向移动支撑板，Y向移动支撑板上表面有对称分布的多组螺孔，每组螺孔通过螺钉将电机固定板与Y向移动支撑板相连接；电机安装在电机固定板上，电机端连接器为一端加工有齿盘的圆柱体，通过中间通孔安装在电机轴上，调整型面时，电机端连接器与螺杆端连接器的齿盘相互啮合，由电机驱动调形螺杆转动；

所述支撑板为长方形平板，支撑板璧上表面一侧有定位孔，用于安装定位销，支撑板对称面下部位开有矩形凹槽，避免安装时与轴承座干涉，支撑板下表面分布有通孔，支撑板安装在调形模块底板上；

所述导向块为弯折160度的长方块体，下半部有台阶孔，两个导向块通过螺栓固定在支撑板外侧壁上，两个支撑板上的导向块对称安装，用于引导多点柔性模具组件放置在数控调形组件上相应位置。

所述螺杆支撑板上加工有若干个台阶孔。

所述柔性立柱单元数量为若干个,柔性立柱单元的数量与螺杆支撑板上台阶孔数量相同。

所述垫板材料为等厚度的不锈钢板。

有益效果

本发明提出的一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，涉及航空制造工程领域。该时效成形柔性工装由多点柔性模具组件和数控调形组件组成，多点柔性模具组件安装在数控调形组件上面；将数控调整的多点柔性模具用于整体壁板的热压罐蠕变时效成形工艺中，以提高柔性模具的使用效率。通过将数控调形组件与多点柔性模具组件设计为相互分离的两部分，使数控调形组件在调整完模具型面后无需放入热压罐中承受高温，实现了热压罐蠕变时效成形工艺与多点柔性模具的结合，在实现装备的柔性化的同时实现自动化，提高了生产效率并保证产品精度。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装作进一步详细说明。

图1为本发明热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装轴测图。

图2为本发明热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装结构示意图。

图3为X-Y移动平台的结构示意图。

图4为X向移动平台支撑板结构示意图。

图5a、图5b为Y向移动平台支撑板上电机端连接器安装部位示意图。

图6为螺杆支撑板结构示意图。

图7a、图7b为柔性立柱单元示意图。

图8为多点柔性模具组件在模具底座上的安装示意图。

图中:

1.壁板工件 2.立柱 3.压边条 4.短框板 5.导向块 6.支撑板 7.轴承座 8.调形模块底板 9.X向导轨定位条 10.X向移动丝杠 11.气缸 12.X向移动支撑板 13.Y向移动支撑板 14.导轨滑块 15.连接块 16.X向移动导轨 17.长框板 18.调形螺杆 19.螺杆支撑板20.X向驱动电机 21.电机支座 22.定位销 23.电机 24.推力球轴承 25.深沟球轴承 26.螺杆端连接器 27.电机端连接器 28.电机固定板 29.Y向移动导轨 30.垫板 31.模具底座32.多点柔性模具组件 33.数控调形组件 34.Y向移动平台 35.X向移动平台 36.柔性立柱单元 37.内六角螺钉

具体实施方式

本实施例是一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装。

参阅图1～图8，本实施例热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，由多点柔性模具组件32和数控调形组件33组成，多点柔性模具组件32位于数控调形组件33上面；其中，多点柔性模具组件32包括壁板工件1、压边条3、短框板4、长框板17、垫板30、柔性立柱单元36，定位销22、模具底座31、螺杆支撑板19。

本实施例中柔性立柱单元36包括立柱2、调形螺杆18、推力球轴承24、深沟球轴承25、螺杆端连接器26、内六角螺钉37,立柱2与调形螺杆18螺纹配合连接，并通过螺纹连接自锁来保持调整后立柱2的高度。推力球轴承24安装在调形螺杆18的上方，用于将立柱2、调形螺杆18上的载荷传递至螺杆支撑板19，并限制调形螺杆18的向下移动。深沟球轴承25位于推力球轴承24下方，用来确定调形螺杆18的中心线位置，并在螺杆端连接器26和内六角螺钉37的作用下限制调形螺杆18向上移动。螺杆端连接器26为圆柱形，上端有倒角，下端面加工有齿盘，螺杆端连接器26与电机端连接器27的齿盘配合驱动调形螺杆18转动，螺杆端连接器26与调形螺杆18通过内六角螺钉37连接。

本实施例中，短框板4为长方形板，上下两侧分别有凸起，短框板4上侧凸起均布有螺孔，上侧凸起两端有带孔吊耳，用于多点柔性模具组件32的吊装。短框板4下侧凸起上等间距分布有台阶孔，底面一端部有定位孔。长框板17为长方形板，两侧端有凹槽，上端面有对称分布的螺孔，外表面下部等间距分布有台阶孔。压边条3为L形结构，四根压边条3上均布有台阶孔，短框板4与长框板17通过压边条3和内六角螺钉固定连接。螺杆支撑板19为矩形板，上表面均布有台阶孔，用于安装柔性立柱单元36；本实施例中，螺杆支撑板19上表面均布有24×32＝768个台阶孔；螺杆支撑板19底面有沿长度方向等间距分布的12根加强筋，用于增加刚度。螺杆支撑板19两侧面各均布四个螺孔，用于连接短框板4，前后两端面分别均布六个螺孔，用于连接长框板17。垫板30位于壁板工件1与柔性立柱单元36之间，用于减轻立柱2对零件表面的压痕。模具底座31为矩形板，上表面中间部分为长方形凸台，凸台上两端部对角位置设置有定位孔，用于安装定位销22。

本实施例中，数控调形组件33包括X向移动平台35、Y向移动平台34、支撑板6、导向块5；X向移动平台35由X向驱动电机20、电机支座21、X向导轨定位条9、X向移动支撑板12、X向移动导轨16、轴承座7、调形模块底板8、X向移动丝杠10、连接块15、导轨滑块14组成，其中，X向驱动电机20通过电机支座21安装在调形模块底板8上，两个轴承座7位于X向移动丝杠10的两端固定在调形模块底板8上；两个X向导轨定位条9固定在调形模块底板8上表面两侧，X向移动导轨16安装在X向导轨定位条9上。X向移动支撑板12的两端纵向杆上有凹槽，凹槽中各有两个螺孔用于安装Y向移动导轨29；X向移动支撑板12对称处靠上凸起处有对称的螺孔，用于安装气缸11；X向移动支撑板12对称处靠下凸起处有通孔，两侧对称分布有螺孔，用于安装X向移动丝杠10的丝杠螺母；X向移动支撑板12两侧凹槽上表面与连接块15连接，连接块15安装在导轨滑块14上。

Y向移动平台34包括Y向移动支撑板13、Y向移动导轨29、气缸11、电机固定板28、电机端连接器27、电机23，Y向移动支撑板13为对称结构，两端的安装平板沿支撑板平面的法线方向错开，安装平板与导轨滑块14相连，导轨滑块14安装在Y向移动导轨29上。Y向移动支撑板13对称处的下表面有支撑块，支撑块与气缸11的活塞杆端部平板相连接，并将气缸11活塞的运动传递给Y向移动支撑板13。Y向移动支撑板13上表面有对称分布的多组螺孔，每组螺孔通过螺钉将电机固定板28与Y向移动支撑板13相连；电机23安装在电机固定板28上，电机端连接器27为一端加工有齿盘的圆柱体，通过中间通孔安装在电机23轴上，调整型面时，电机端连接器27与螺杆端连接器26的齿盘相互啮合，由电机23驱动调形螺杆18转动。

支撑板6为长方形平板，支撑板6璧上表面一侧有定位孔，用于安装定位销22；支撑板6对称面下部位开有矩形凹槽，避免安装时与轴承座7干涉，支撑板6下表面分布有通孔，支撑板安装在调形模块底板8上。导向块5为弯折160度的长方块体，下半部有台阶孔，两个导向块通过螺栓固定在支撑板6外侧壁上，两个支撑板上的导向块5对称安装，用于引导多点柔性模具组件32放置在数控调形组件33上相应位置。

安装方法:

多点柔性模具组件32安装步骤:先将推力球轴承24安装到调形螺杆18上，后将调形螺杆穿过螺杆支撑板19上孔，将深沟球轴承25、螺杆端连接器26、内六角螺钉37安装到调形螺杆18上，将立柱2安装到调形螺杆18上，完成柔性立柱单元36的安装，按顺序依次安装所有立柱单元。将两块短框板4和两块长框板17通过内六角螺钉安装在螺杆支撑板19上；将四个压边条3通过内六角螺钉固定安装在短框板4和长框板17上表面；定位销22安装在模具底座31的定位孔中。

数控调形组件33安装步骤:将X向驱动电机20、电机支座21、轴承座7通过螺钉分别安装在调形模块底板8的对称面上。两个X向导轨定位条9通过内六角螺钉分别安装在调形模块底板8两侧。X向移动导轨16通过内六角螺钉安装在X向导轨定位条9上，导轨滑块14安装在导轨上。气缸11通过螺钉安装在X向移动支撑板12；通过内六角螺钉将连接块15分别安装在X向移动支撑板12的两侧。Y向移动导轨29通过内六角螺钉分别固定在X向移动支撑板12两侧，导轨滑块14安装在导轨上。电机23和电机固定板28通过螺栓连接，并将电机固定板28安装在Y向移动支撑板13上，电机端连接器27固定在电机轴上。Y向移动支撑板13两端通过内六角螺钉分别固定在Y向移动导轨29的滑块14上。并通过内六角螺钉将气缸11活塞与Y向移动支撑板13连接。丝杠螺母紧固在的X向移动平台35的X向移动支撑板12上，同时安装另一个轴承座7将X向移动丝杠10固定，通过螺钉将连接块15与X向导轨定位条9上的导轨滑块14连接。用螺钉将导向块5安装在支撑板6上、支撑板6安装在调形模块底板8上。定位销22安装在支撑板6的定位孔中。气缸11与气泵连接，并接控制器。

使用步骤:

(1).通过吊耳将多点柔性模具组件32放置在数控调形组件33上面，通过定位销22确定相对位置；(2).将零件的目标形状输入计算机转化为每个柔性立柱单元的立柱高度，并计算出电机转动角度；(3).各个位置回零位后，控制气缸11、X向驱动电机20和电机23，通过螺杆端连接器26和电机端连接器27的啮合驱动调形螺杆18调整立柱2的高度，每次动作对一排立柱进行调整，沿X向移动依次调整所有立柱2的高度；(4).调整后的多点柔性模具组件32移动到在热压罐中放置的模具底座31上，通过定位销22与短框板4下表面的定位孔进行定位；(5).将垫板30放在调整好的所有立柱2形成的包络面上，待成形整体壁板零件1置于垫板30上方，待成形壁板工件上方铺设透气毡；(6).使用真空袋将多点柔性模具组件32及待成形壁板工件包裹起来，真空袋与模具底座31表面进行密封胶接；(7).真空袋内抽真空，根据材料要求的工艺参数对热压罐升温、加压并保温，进行壁板工件的蠕变时效处理。

Claims (4)

1.一种热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，其特征在于:包括多点柔性模具组件和数控调形组件，多点柔性模具组件位于数控调形组件上面；

所述多点柔性模具组件包括壁板工件、压边条、短框板、长框板、垫板、柔性立柱单元，定位销、模具底座、螺杆支撑板，所述柔性立柱单元包括立柱、调形螺杆、推力球轴承、深沟球轴承、螺杆端连接器、内六角螺钉,立柱与调形螺杆螺纹配合连接，并通过螺纹连接自锁来保持调整后立柱的高度；推力球轴承位于调形螺杆的上方，用于将立柱、调形螺杆上的载荷传递至螺杆支撑板，并限制调形螺杆的向下移动；深沟球轴承位于推力球轴承下方，用于确定调形螺杆的中心线位置，并在螺杆端连接器和内六角螺钉的作用下限制调形螺杆向上移动；所述螺杆端连接器为圆柱形，上端有倒角，下端面加工有齿盘，螺杆端连接器与电机端连接器的齿盘配合驱动调形螺杆转动，螺杆端连接器与调形螺杆通过内六角螺钉连接；

所述短框板为长方形板，上下两侧有凸起，短框板上侧凸起均布有螺孔，上侧凸起两端有带孔吊耳，用于多点柔性模具组件的吊装；短框板下侧凸起上等间距分布有台阶孔，底面一端部有定位孔；所述长框板为长方形板，两侧端有凹槽，上端面有对称分布的螺孔，外表面下部等间距分布有台阶孔；所述压边条为L形结构，四根压边条上均布有台阶孔，短框板与长框板通过压边条和内六角螺钉固连；

所述螺杆支撑板为矩形板，上表面均布有台阶孔，用于安装柔性立柱单元，底面沿轴向等间距分布有多根加强筋，用于增加刚度，螺杆支撑板沿周边均布有多个螺孔,且相对的侧面螺孔对称设置；

所述垫板位于壁板工件与柔性立柱单元之间，用于减轻立柱对零件表面的压痕；

所述模具底座为矩形板，上表面中间部分为长方形凸台，凸台上两端部对角位置设有定位孔用于安装定位销；

所述数控调形组件包括X向移动平台、Y向移动平台、支撑板、导向块，所述X向移动平台由X向驱动电机、电机支座、X向导轨定位条、X向移动支撑板、X向移动导轨、轴承座、调形模块底板、X向移动丝杠、连接块、导轨滑块组成，其中，X向驱动电机通过电机支座安装在调形模块底板上，两个轴承座位于X向移动丝杠的两端固定在调形模块底板上；两个X向导轨定位条固定在调形模块底板上表面两侧，X向移动导轨安装在X向导轨定位条上；X向移动支撑板的两端纵向杆上有凹槽，凹槽中各有螺孔用于安装Y向移动导轨，X向移动支撑板对称处靠上凸起部位有对称的螺孔，用于安装气缸，X向移动支撑板对称处靠下凸起部位有通孔，两侧对称分布有螺孔，用于安装X向移动丝杠的丝杠螺母，X向移动支撑板两侧凹槽上表面与连接块连接，连接块安装在导轨滑块上；

所述Y向移动平台包括Y向移动支撑板、Y向移动导轨、气缸、电机固定板、电机端连接器、电机，所述Y向移动支撑板为对称结构，两端的安装平板沿支撑板平面的法线方向错开，安装平板与导轨滑块相连，导轨滑块安装在Y向移动导轨上；Y向移动支撑板对称处的下表面有支撑块，支撑块与气缸的活塞杆端部平板相连，并将气缸活塞的运动传递给Y向移动支撑板，Y向移动支撑板上表面有对称分布的多组螺孔，每组螺孔通过螺钉将电机固定板与Y向移动支撑板相连接；电机安装在电机固定板上，电机端连接器为一端加工有齿盘的圆柱体，通过中间通孔安装在电机轴上，调整型面时，电机端连接器与螺杆端连接器的齿盘相互啮合，由电机驱动调形螺杆转动；

所述支撑板为长方形平板，支撑板璧上表面一侧有定位孔，用于安装定位销，支撑板对称面下部位开有矩形凹槽，避免安装时与轴承座干涉，支撑板下表面分布有通孔，支撑板安装在调形模块底板上；

所述导向块为弯折160度的长方块体，下半部有台阶孔，两个导向块通过螺栓固定在支撑板外侧壁上，两个支撑板上的导向块对称安装，用于引导多点柔性模具组件放置在数控调形组件上相应位置。

2.根据权利要求1所述的热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，其特征在于:所述螺杆支撑板上加工有若干个台阶孔。

3.根据权利要求1所述的热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，其特征在于:所述柔性立柱单元数量为若干个,柔性立柱单元的数量与螺杆支撑板上台阶孔数量相同。

4.根据权利要求1所述的热压罐整体壁板蠕变时效成形柔性工装，其特征在于:垫板材料为等厚度的不锈钢板。