CN110802164B - 一种壁板批量蠕变时效成形装置及使用方法 - Google Patents

一种壁板批量蠕变时效成形装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壁板批量蠕变时效成形装置及使用方法，以解决现有装置和方法蠕变时效成形壁板时存在的生产效率低、能耗大的问题。成形装置包括一个压制组块、1~10个循环组块、一个支撑组块和4~40个锁紧螺栓。成形装置依托于热成形机床使用，使用时首先将支撑组块固定于热成形机床的工作台上，然后将壁板毛坯置于支撑组块上，热成形机床提供压力利用循环组块批量压制壁板毛坯成形，最后热成形机床提供特定高温环境，完成壁板的批量蠕变时效成形。本发明适用于不带筋壁板和带筋壁板的批量蠕变时效成形，可有效提高壁板的蠕变时效成形效率，降低能耗。

Description

一种壁板批量蠕变时效成形装置及使用方法
技术领域
本发明属于先进制造技术领域，具体涉及一种壁板批量蠕变时效成形装置及使用方法。
背景技术
蠕变时效成形技术是一种将时效强化与蠕变成形相结合，利用金属的高温蠕变特性进行成形的工艺，该工艺具有操作简单、重复性好、成形件性能高的特点，在航空航天壁板生产领域具有广阔应用前景。
然而相较于冷冲压成形，蠕变时效成形因需在高温环境中保持较长时间而效率很低。此外，由于高温环境的升温和降温过程浪费大量的热能，因此壁板的蠕变时效成形能耗非常高。国家专利局已公开的申请号为CN201710124448.8的一种快速蠕变时效成形的方法、申请号为CN201410829364.0的一种蠕变时效成形工艺方法和和申请号为CN201710353340.6的一种铝合金板蠕变时效成形方法，这些方法虽在一定程度上能够提高壁板的蠕变时效成形效率，但其每次高温热循环仅能制造1件壁板，仍然存在效率低，能耗大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种壁板批量蠕变时效成形装置及使用方法，以提高壁板的蠕变时效成形效率，降低能耗。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种壁板批量蠕变时效成形装置，所述装置包括：一个压制组块、1～10个循环组块、一个支撑组块和4～40个锁紧螺栓，其特征在于：所述压制组块包括压制块和导向柱，压制块上设置有压制凸台，导向柱上部为圆柱体、下部为圆锥体、端部为平面，圆柱体上设置有矩形槽和粗糙度Ra200～Ra800的摩擦带，导向柱联结于压制块的四角；
所述循环组块包括循环盖板、循环固定板、循环卡板和导向柱，循环卡板上设置有凹型面、凸型面和固定凸台，循环固定板上设置有固定槽，循环卡板通过固定凸台镶嵌于循环固定板的固定槽内，循环盖板上设置有放料沉孔和导向孔，循环盖板通过螺钉安装于循环固定板上方，导向柱联结于循环固定板的四角；
所述支撑组块包括下卡板、下固定板、下垫板、支撑框和下盖板，下卡板上设置有凹型面和固定凸台，下固定板上设置有固定槽，下卡板通过固定凸台镶嵌于下固定板的固定槽内，下垫板通过螺钉安装于下固定板的下方，支撑框四侧开有热交换孔，支撑框通过螺钉安装于下固定板的上方，下盖板上设置有放料沉孔和导向孔，下盖板通过螺钉安装于支撑框的上方；所述锁紧螺栓上部为内六角结构、中部为六边形柱体、下部为螺纹结构。
所述循环卡板的凹型面和所述下卡板的凹型面设置有凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角。
所述循环卡板的凸型面设置有凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角。
所述循环卡板的凹型面和凸型面，下卡板的凹型面均设置有凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角。
一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、使用丙酮清洗成形装置和壁板毛坯并晾干；
步骤二、将支撑组块固定于热成形机床的工作台上，将1号循环组块的导向柱放置于支撑组块的导向孔内，将压制组块的导向柱放置于1号循环组块的导向孔内，利用锁紧螺栓将压制组块和1号循环组块锁紧，将压制组块固定于热成形机床的滑块上，滑块回程；
步骤三、将1号壁板毛坯放置于支撑组块的放料沉孔内，热成形机床提供压力利用1号循环组块压制1号壁板毛坯成形，然后利用锁紧螺栓将1号循环组块和支撑组块锁紧，松开1号循环组块和压制组块间的锁紧螺栓，滑块回程；
步骤四、将2号循环组块的导向柱放置于1号循环组块的导向孔内，滑块下行将压制组块的导向柱放置于2号循环组块的导向孔内，旋紧压制组块和2号循环组块间的锁紧螺栓，滑块回程，然后将2号壁板毛坯放置于1号循环组块的放料沉孔内，热成形机床提供压力利用2号循环组块压制2号壁板毛坯成形，然后利用锁紧螺栓将2号循环组块和1号循环组块锁紧，松开2号循环组块和压制组块间的锁紧螺栓，滑块回程；
步骤五、重复步骤四的压制过程，直至达到预设壁板容量；
步骤六、热成形机床持续保压，持续保压压力为5000～20000N，并提供壁板蠕变时效成形所需的高温环境，完成所压制壁板的蠕变时效成形；
步骤七、逐一取出壁板件。
所述的压制壁板毛坯时的滑块速度为0.1～5mm/s。
所述的步骤五中，预设壁板容量取值范围为1～10，且达到预设壁板容量时，压制组块的垂直可移动距离大于循环组块的高度。
本发明的有益效果是：1.本发明装置的循环组块具有循环压制功能，可实现壁板的批量压制成形，提高了壁板的压制成形效率；2.本发明的成形装置，可使壁板压制成形过程中壁板为承力件，壁板压制完成后导向柱和支撑框作为承力件，避免了壁板的损伤；3.利用本发明的成形装置和方法，一次高温热循环可以完成多件壁板的蠕变时效成形，显著减少高温环境的升温和降温次数，降低能耗；4.利用本发明的成形装置和方法，可增大成形过程中的高温环境体积，减小壁板沿厚度方向的温度梯度，提高成形后的壁板性能均匀性；5.本发明的壁板蠕变时效成形装置和方法，依托于热成形机床提供成形压力，特别适应于大尺寸、大曲率壁板的压制成形。
附图说明
图1是本发明所述的循环卡板示意图。
图2是本发明所述的下卡板示意图。
图3是本发明所述的导向柱示意图。
图4是本发明所述的锁紧螺栓示意图。
图5是本发明所述的循环组块示意图。
图6是本发明所述的装置压制第一块壁板时的状态示意图。
图7是本发明所述的装置压制第二块壁板时的状态示意图。
图8是本发明所述装置制备单侧带筋壁板时的卡板组合示意图。
图9是本发明所述装置制备双侧带筋壁板时的卡板组合示意图。
图10是本发明所述的壁板批量蠕变时效成形状态示意图。
图中标号说明：1.热成形机床、2.压制组块、201.压制块、3.循环组块、301.循环盖板、302.循环固定板、303.循环卡板、30301.A凹型面、30302.A固定凸台、30303.A凸型面、4.支撑组块、401.下盖板、402.支撑框、403.下固定板、404.下垫板、405.下卡板、40501.B凹型面、40502.B固定凸台、5.壁板、6.锁紧螺栓、601.内六角结构、602.六边形柱体、603.螺纹结构、7.导向柱、701.圆柱体、70101.矩形槽、70102摩擦带、702.圆锥体、703.平面。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面将结合申请中的附图，对本发明所提出的具体实施方案进行清楚完整的描述。
结合图1～7所示，一种壁板批量蠕变时效成形装置，包括：压制组块2、循环组块3、支撑组块4、锁紧螺栓6。
压制组块2包括压制块201和导向柱7，压制块201上设置有压制凸台，导向柱7上部为圆柱体701、中部为圆锥体702，下部为平面703，圆柱体701上设置有矩形槽70101和粗糙度为Ra200～Ra800的摩擦带70102，导向柱7联接于压制块201的四角。
循环组块3包括循环盖板301、循环固定板302、循环卡板303。循环卡板303上设置有A凹型面30301、A固定凸台30302和A凸型面30303。循环固定板302上设置有固定槽，循环卡板303通过A固定凸台30302镶嵌于循环固定板302的固定槽内。循环盖板301上设置有大于壁板5展开尺寸1～2mm的放料沉孔和与导向柱7配合间隙为0～2mm的导向孔，循环盖板301通过螺钉安装在循环固定板302上方。导向柱7联接于循环固定板302的四角。
支撑组块4包括下盖板401、支撑框402、下固定板403、下垫板404和下卡板405。下卡板405上设置有B凹型面40501和B固定凸台40502，下固定板403上设置有固定槽，下卡板405通过B固定凸台40502镶嵌于下固定板403的固定槽内。下垫板404通过螺钉安装在下固定板403的下方。支撑框402四侧开有热交换孔，通过螺钉安装于下固定板403的上方。下盖板401上设置有大于壁板5展开尺寸1～2mm的放料沉孔和与导向柱7配合间隙为0～2mm的导向孔，下盖板401通过螺钉安装于支撑框402的上方。
锁紧螺栓6上部为内六角结构601、中部为六边形柱体602、下部为螺纹结构603。
图8是本发明所述装置制备单侧带筋壁板时的卡板组合示意图，只在循环卡板303的A凹型面30301和下卡板405的B凹型面40501设置凹槽，或者只在循环卡板303的A凸型面30303设置凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角，如此设置，满足单侧带筋壁板的压制成形需要。
图9是本发明所述装置制备双侧带筋壁板时的卡板组合示意图，在循环卡板303的A凹型面30301和A凸型面30303，下卡板405的B凹型面40501均设置凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角，如此设置，满足双侧带筋壁板的压制成形需要。
结合图1～10所示，一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，包含以下步骤：
步骤一、使用丙酮清洗成形装置和壁板毛坯并晾干；
步骤二、将支撑组块4固定于热成形机床1的工作台上，将1号循环组块3的导向柱7放置于支撑组块4的导向孔内，将压制组块1的导向柱7放置于1号循环组块3的导向孔内，利用锁紧螺栓6将压制组块2和1号循环组块3锁紧，将压制组块2固定于热成形机床1的滑块上，滑块回程；
步骤三、将1号壁板5毛坯放置于支撑组块4的放料沉孔内，热成形机床1提供压力利用1号循环组块3压制1号壁板5毛坯成形，然后利用锁紧螺栓6将1号循环组块3和支撑组块4锁紧，松开1号循环组块3和压制组块2间的锁紧螺栓6，滑块回程；
步骤四、将2号循环组块3的导向柱7放置于1号循环组块3的导向孔内，滑块下行将压制组块2的导向柱7放置于2号循环组3的导向孔内，旋紧压制组块2和2号循环组块间3的锁紧螺栓6，滑块回程，然后将2号壁板5毛坯放置于1号循环组块3的放料沉孔内，热成形机床1提供压力利用2号循环组块3压制2号壁板5毛坯成形，然后利用锁紧螺栓6将2号循环组块3和1号循环组块3锁紧，松开2号循环组块3和压制组块2间的锁紧螺栓6，滑块回程；
步骤五、重复步骤四的压制过程，直至达到预设壁板容量；
步骤六、热成形机床持续保压，持续保压压力为5000～20000N，并提供壁板5蠕变时效成形所需的高温环境，完成所压制壁板5的蠕变时效成形；
步骤七、逐一取出壁板件。
实施例1
壁板材料为7075铝合金，壁板毛坯长度为800mm，宽度为600mm，厚度为10mm，不带筋，沿所述壁板宽向弯曲，弯曲半径为700mm，利用本发明的装置和使用方法，一次批量蠕变时效成形5件。
对比例1
壁板材料为7075铝合金，壁板毛坯长度为800mm，宽度为600mm，厚度为10mm，不带筋，沿所述壁板宽向弯曲，弯曲半径为700mm，利用申请号为CN201710353340.6的一种铝合金板蠕变时效成形方法，一次蠕变时效成形1件，共5件。
实施例2
壁板材料为7075铝合金，壁板毛坯长度为800mm，宽度为600mm，厚度为10mm，在所述壁板的内侧沿长向每隔200mm设置长高50mm、宽60mm的矩形筋条，沿所述壁板宽向弯曲，弯曲半径为700mm，利用本发明的装置和方法，一次批量蠕变时效成形5件。
对比例2
壁板材料为7075铝合金，壁板毛坯长度为800mm，宽度为600mm，厚度为10mm，在所述壁板的内侧沿长向每隔200mm设置长高50mm、宽60mm的矩形筋条，沿所述壁板宽向弯曲，弯曲半径为700mm，利用申请号为CN201710353340.6的一种铝合金板蠕变时效成形方法，一次蠕变时效成形1件，共5件。
实施例3
壁板材料为7075铝合金，壁板毛坯长度为800mm，宽度为600mm，厚度为10mm，在所述壁板的两侧沿长向每隔200mm均设置长高50mm、宽60mm的矩形筋条，沿所述壁板宽向弯曲，弯曲半径为700mm，利用本发明的装置和方法，一次批量蠕变时效成形5件。
对比例3
壁板材料为7075铝合金，壁板毛坯长度为800mm，宽度为600mm，厚度为10mm，在所述壁板的两侧沿长向每隔200mm均设置长高50mm、宽60mm的矩形筋条，沿所述壁板宽向弯曲，弯曲半径为700mm，利用申请号为CN201710353340.6的一种铝合金板蠕变时效成形方法，一次蠕变时效成形1件，共5件。
表1实施例与对比例成形壁板的时间和能耗
Figure GDA0004251668820000061
实施例1和对比例1是使用本发明和传统方法成形不带筋壁板后的最大型面偏差、单件用时和单件能耗，可知两种方法的成形偏差在±1mm内，均满足成形精度要求，但利用本发明的装置和方法成形不带筋壁板的单件用时和单件能耗较传统方法明显减少。实施例2和对比例2是使用本发明和传统方法成形单侧带筋壁板后的最大型面偏差、单件用时和单件能耗，可知两种方法的成形偏差在±1mm内，均满足成形精度要求，但利用本发明的装置和方法成形单侧带筋壁板的单件用时和单件能耗较传统方法明显减少。实施例3和对比例3是使用本发明和传统方法成形双侧带筋壁板后的最大型面偏差、单件用时和单件能耗，可知两种方法的成形偏差在±1mm内，均满足成形精度要求，但利用本发明的装置和方法成形双侧带筋壁板的单件用时和单件能耗较传统方法明显减少。以上数据证明，本发明的成形装置和方法在保证成形精度的同时，可大幅提高壁板的生产效率，降低能耗。

Claims (6)

1.一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，所述装置包括：一个压制组块、1～10个循环组块、一个支撑组块和4～40个锁紧螺栓，其特征在于：所述压制组块包括压制块和导向柱，压制块上设置有压制凸台，导向柱上部为圆柱体、下部为圆锥体、端部为平面，圆柱体上设置有矩形槽和粗糙度Ra200～Ra800的摩擦带，导向柱联结于压制块的四角；
所述循环组块包括循环盖板、循环固定板、循环卡板和导向柱，循环卡板上设置有凹型面、凸型面和固定凸台，循环固定板上设置有固定槽，循环卡板通过固定凸台镶嵌于循环固定板的固定槽内，循环盖板上设置有放料沉孔和导向孔，循环盖板通过螺钉安装于循环固定板上方，导向柱联结于循环固定板的四角；
所述支撑组块包括下卡板、下固定板、下垫板、支撑框和下盖板，下卡板上设置有凹型面和固定凸台，下固定板上设置有固定槽，下卡板通过固定凸台镶嵌于下固定板的固定槽内，下垫板通过螺钉安装于下固定板的下方，支撑框四侧开有热交换孔，支撑框通过螺钉安装于下固定板的上方，下盖板上设置有放料沉孔和导向孔，下盖板通过螺钉安装于支撑框的上方；所述锁紧螺栓上部为内六角结构、中部为六边形柱体、下部为螺纹结构；
所述的壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、使用丙酮清洗成形装置和壁板毛坯并晾干；
步骤二、将支撑组块固定于热成形机床的工作台上，将1号循环组块的导向柱放置于支撑组块的导向孔内，将压制组块的导向柱放置于1号循环组块的导向孔内，利用锁紧螺栓将压制组块和1号循环组块锁紧，将压制组块固定于热成形机床的滑块上，滑块回程；
步骤三、将1号壁板毛坯放置于支撑组块的放料沉孔内，热成形机床提供压力利用1号循环组块压制1号壁板毛坯成形，然后利用锁紧螺栓将1号循环组块和支撑组块锁紧，松开1号循环组块和压制组块间的锁紧螺栓，滑块回程；
步骤四、将2号循环组块的导向柱放置于1号循环组块的导向孔内，滑块下行将压制组块的导向柱放置于2号循环组块的导向孔内，旋紧压制组块和2号循环组块间的锁紧螺栓，滑块回程，然后将2号壁板毛坯放置于1号循环组块的放料沉孔内，热成形机床提供压力利用2号循环组块压制2号壁板毛坯成形，然后利用锁紧螺栓将2号循环组块和1号循环组块锁紧，松开2号循环组块和压制组块间的锁紧螺栓，滑块回程；
步骤五、重复步骤四的压制过程，直至达到预设壁板容量；
步骤六、热成形机床持续保压，保压压力为5000～20000N，并提供壁板蠕变时效成形所需的高温环境，完成所压制壁板的蠕变时效成形；
步骤七、逐一取出壁板件。
2.根据权利要求1所述的一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，其特征在于：所述循环卡板的凹型面和所述下卡板的凹型面设置有凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角。
3.根据权利要求1所述的一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，其特征在于：所述循环卡板的凸型面设置有凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角。
4.根据权利要求1所述的一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，其特征在于：所述循环卡板的凹型面和凸型面，下卡板的凹型面均设置有凹槽，凹槽的形状与筋条形状一致，凹槽与卡板型面交接处设置有倒角。
5.根据权利要求1所述的一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，其特征在于：所述的压制壁板毛坯时的滑块速度为0.1～5mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种壁板批量蠕变时效成形装置的使用方法，其特征在于：所述的步骤五中，预设壁板容量取值范围为1～10，且达到预设壁板容量时，压制组块的垂直可移动距离大于循环组块的高度。
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