CN110976581A - 一种用于型材热拉弯的保温工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，包括至少两个相同且独立的保温模块，保温模块包括支撑金属外壁、隔热保温内壁、隔热保温板、测温热电偶、辅助加热单元、铰链机构。通过本发明的技术方案，可根据零件曲率进行弯曲，提高了保温工装的柔性，使其能够满足多种尺寸钛合金曲面构件的热拉弯成形需求，安装方便，可有效提高生产效率，降低了工装成本。

Description

一种用于型材热拉弯的保温工装

技术领域

本发明属于金属型材热拉弯成形领域，尤其涉及一种用于型材热拉弯的保温工艺装备，具体地说，它是一种采用模块化设计的可扩展式柔性保温工装。

背景技术

新一代大型飞机为了减轻重量，提高经济性，大量采用碳纤维复合材料蒙皮。钛合金与碳纤维复合材料的强度、刚度、热特性匹配良好，二者电位接近，不易产生电偶腐蚀，而且钛合金本身具有比强度高、抗腐蚀性能良好、耐高温等一系列优异特点。因此，与复合材料蒙皮相连接的承力骨架多采用钛合金曲面构件。

钛合金曲面构件用于支撑复合材料曲面蒙皮壁板，该类钛合金曲面构件的成形精度直接关系到飞机的装配精度、整体气动外形和服役寿命。但钛合金在室温条件下的变形抗力大，成形后回弹严重，精度很难保证。因此，通常采用通电自阻加热的方法使钛合金型材达到适合热成形的温度，随后将型材在该温度下拉弯贴模，并进行一定时间的保温应力松弛，可以显著降低零件的残余应力，从而达到减小回弹的目的。

在该工艺过程当中，温度的控制至关重要，尤其是在应力松弛阶段，只有当型材温度足够高、温度均匀性足够好，其内部的残余应力才会降低到要求的水平。在实际热拉弯过程中发现，型材在贴膜过程中，最先与模具接触的型材部位温度会迅速降低，与未接触部分的温差达到100℃以上。

因此，通常采用在型材周围增设保温工装的方法来保证型材温度均匀性与温度稳定性。

但现有的该类保温工装均为固定容积式结构，即每种尺寸的保温工装只能满足少数尺寸零件的热拉弯成形需求。而钛合金曲面构件尺寸繁多，若制造多种尺寸的保温工装，会造成工装成本过高。同时，对于大尺寸的热拉弯型材，其保温工装过于庞大笨重，搬运装卸十分不便，严重降低生产效率。同时，对于带筋型材，由于自阻加热的电流特性，在筋处的产热量要比无筋部分的产热量低。综上，有必要设计一种能够容纳多种尺寸、带筋的钛合金曲面构件保温工装。

发明内容

本发明为了解决现有保温工装的弊端，采用一种铰链式可扩展的柔性结构，使保温工装适用于多种尺寸的型材热拉弯，在兼容等截面型材热拉弯的同时，通过保温工装内置的辅助加热装置，也能使带筋型材保持良好的等温状态。本发明的具体技术方案如下：

一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，包括至少两个相同且独立的保温模块，所述保温模块包括支撑金属外壁、隔热保温内壁、隔热保温板、测温热电偶、辅助加热单元、铰链机构，其中，

所述支撑金属外壁为包含顶面、底面、左侧面、右侧面和背面的长方体盒状，所述隔热保温内壁与所述支撑金属外壁的顶面、底面、左侧面和右侧面完整严密贴合，所述隔热保温板与所述支撑金属外壁的背面完整严密贴合，所述隔热保温板上和所述支撑金属外壁的背面设置用于安装所述测温热电偶的插槽；

所述辅助加热单元安装在所述隔热保温板上，用于维持型材的温度在预定温度范围内；

所述铰链机构用于各保温模块之间的连接，包括第一铰链、销钉、第二铰链，将所述保温模块并排放置，将所述保温模块的第一铰链与相邻的所述保温模块的第二铰链相互对齐插入所述销钉；

热拉弯成形工艺包含加热、预拉、拉弯、补拉、保温四个阶段，在加热和预拉过程中，通过所述辅助加热单元对所述型材加热，所述型材为长直状态，故所述保温工装也是长直形状，容纳所述型材；在拉弯过程中，所述型材一侧贴靠在模具上，从直变曲，并不断增大曲率，所述保温工装保持与所述型材同步弯曲的状态；在补拉、保温过程中，所述型材保持固有曲率，所述保温工装保持静止，将所述型材包裹在里面。整个过程中，保温工装内部的辅助加热单元，使型材维持在预定温度范围。

进一步地，所述隔热保温板上和所述支撑金属外壁的背面设置有观察窗、用于安装与所述观察窗相配合的真空隔热玻璃的插槽，所述观察窗和所述真空隔热玻璃配合热像仪实时监测型材各部分的温度分布。

进一步地，所述隔热保温内壁材质为玻璃纤维保温棉，所述隔热保温板为纤维石棉板。

进一步地，所述支撑金属外壁材质为耐热不锈钢。

进一步地，所述辅助加热单元为发热量可控的电阻丝或石英灯。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述保温工装采用模块化设计，保温模块具有单独辅助加热单元，配有观察窗和热电偶，可实时监测温度分布；

2.各保温模块之间采用铰链连接，使工装具有扩展功能，适应型材多样，可根据型材长度，连接适当数量的保温模块，快速组合出适宜大小的保温工装；

3.整个工装可根据零件曲率进行弯曲，提高了保温工装的柔性，使其能够满足多种尺寸钛合金曲面构件的热拉弯成形需求，安装方便，可有效提高生产效率，降低了工装成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明的保温工装整体结构图；

图2是本发明的保温工装在热拉弯初始状态的装配示意图；

图3是本发明的保温模块正面结构示意图；

图4是本发明的保温模块背面结构示意图；

图5是本发明的保温工装在弯曲状态下的示意图。

附图标号说明：

1-保温模块；2-保温工装；3-隔热保温内壁；4-隔热保温板；5-支撑金属外壁；6-测温热电偶；7-真空隔热玻璃；8-辅助加热单元；9-第一铰链；10-销钉；11-第二铰链。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的一种采用模块化设计的可扩展式柔性保温工装，可以在型材热拉弯过程中保持与型材曲率一致，实现精确控温、保温，特别适合温度分布不均的带筋型材。

由图2-4所示，一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，包括至少两个相同且独立的保温模块1，保温模块1包括支撑金属外壁5、隔热保温内壁3、隔热保温板4、测温热电偶6、辅助加热单元8、铰链机构，其中，

支撑金属外壁5为包含顶面、底面、左侧面、右侧面和背面的长方体盒状，隔热保温内壁3与支撑金属外壁5的顶面、底面、左侧面和右侧面完整严密贴合，隔热保温板4与支撑金属外壁5的背面完整严密贴合，隔热保温板4上和支撑金属外壁5的背面设置用于安装测温热电偶6的插槽；测温热电偶6可以测量每个保温模块1内部的温度。

辅助加热单元8安装在隔热保温板4上，用于维持型材的温度在预定温度范围内；

铰链机构用于各保温模块1之间的连接，包括第一铰链9、销钉10、第二铰链11，将保温模块1并排放置，将保温模块1的第一铰链9与相邻的保温模块1的第二铰链11相互对齐插入销钉10；铰链机构使保温模块相互连接，又具有旋转自由度。保温工装使用时，可根据型材长度需求，连接适当数量的保温模块，对保温工装进行扩展，整个保温工装可根据零件曲率进行弯曲。

热拉弯成形工艺包含加热、预拉、拉弯、补拉、保温四个阶段，在加热和预拉过程中，通过辅助加热单元8对型材加热，型材为长直状态，故保温工装2也是长直形状，容纳型材；在拉弯过程中，型材一侧贴靠在模具上，从直变曲，并不断增大曲率，保温工装2保持与型材同步弯曲的状态；在补拉、保温过程中，型材保持固有曲率，保温工装2保持静止，将型材包裹在里面。整个过程中，保温工装内部的辅助加热单元8，使型材维持在预定温度范围。

隔热保温板4上和支撑金属外壁5的背面设置有观察窗、用于安装与观察窗相配合的真空隔热玻璃7的插槽，观察窗和真空隔热玻璃7配合热像仪实时监测型材各部分的温度分布，真空隔热玻璃7可以防止热量的散失。测温热电偶6可以测量每个保温模块1内部的温度来修正热像仪对型材的测温结果。

隔热保温内壁3材质为玻璃纤维保温棉，隔热保温板4为纤维石棉板，二者构成环绕的半封闭式结构，能够保证良好的隔热效果。

支撑金属外壁5材质为耐热不锈钢。

辅助加热单元8为发热量可控的电阻丝或石英灯，通过热像仪反馈的温度对型材辅助加热，从而减少型材温度梯度。型材在拉弯贴膜过程中，首先贴膜的型材部分温度会下降，调节对应型材部分的辅助加热单元8的发热功率，用来提高型材温度，使型材温度更加均匀。

如图1和图5所示，各保温模块1的结构和功能完全相同且相互独立，整个保温工装2可根据零件曲率进行弯曲。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，包括至少两个相同且独立的保温模块(1)，所述保温模块(1)包括支撑金属外壁(5)、隔热保温内壁(3)、隔热保温板(4)、测温热电偶(6)、辅助加热单元(8)、铰链机构，其中，

所述支撑金属外壁(5)为包含顶面、底面、左侧面、右侧面和背面的长方体盒状，所述隔热保温内壁(3)与所述支撑金属外壁(5)的顶面、底面、左侧面和右侧面完整严密贴合，所述隔热保温板(4)与所述支撑金属外壁(5)的背面完整严密贴合，所述隔热保温板(4)上和所述支撑金属外壁(5)的背面设置用于安装所述测温热电偶(6)的插槽；

所述辅助加热单元(8)安装在所述隔热保温板(4)上，用于维持型材的温度在预定温度范围内；

所述铰链机构用于各保温模块(1)之间的连接，包括第一铰链(9)、销钉(10)、第二铰链(11)，将所述保温模块(1)并排放置，将所述保温模块(1)的第一铰链(9)与相邻的所述保温模块(1)的第二铰链(11)相互对齐插入所述销钉(10)；

热拉弯成形工艺包含加热、预拉、拉弯、补拉、保温四个阶段，在加热和预拉过程中，通过所述辅助加热单元(8)对所述型材加热，所述型材为长直状态，故所述保温工装(2)也是长直形状，容纳所述型材；在拉弯过程中，所述型材一侧贴靠在模具上，从直变曲，并不断增大曲率，所述保温工装(2)保持与所述型材同步弯曲的状态；在补拉、保温过程中，所述型材保持固有曲率，所述保温工装(2)保持静止，将所述型材包裹在里面，整个过程中，保温工装内部的辅助加热单元(8)，使型材维持在预定温度范围。

2.根据权利要求1所述的一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，所述隔热保温板(4)上和所述支撑金属外壁(5)的背面设置有观察窗、用于安装与所述观察窗相配合的真空隔热玻璃(7)的插槽，所述观察窗和所述真空隔热玻璃(7)配合热像仪实时监测型材各部分的温度分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，所述隔热保温内壁(3)材质为玻璃纤维保温棉，所述隔热保温板(4)为纤维石棉板。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，所述支撑金属外壁(5)材质为耐热不锈钢。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于型材热拉弯的保温工装，其特征在于，所述辅助加热单元(8)为发热量可控的电阻丝或石英灯。

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