CN111674566A - 一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，属于制造变形控制技术领域。本发明解决了现有的舱段类构件在热处理过程中易发生圆度畸变的问题。它包括中心限位柱及至少两个同轴套装在中心限位柱上的环向顶正组件，其中每个环向顶正组件均包括安装件及若干顶块，所述安装件套装在中心限位柱上，若干所述顶块呈环形布置在安装件外部且与安装件螺纹连接，所述顶块上靠近舱段内腔型面的一侧面与舱段内腔型面随型设置。通过本申请能够实现舱段类构件中位置、强度可调节的支撑性约束。可对舱段内腔多位置形成约束支撑，有效抑制舱段类构件热处理过程中的圆度变化、或结合热处理对构件中既有的圆度异变位置进行校形。

Description

一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置
技术领域
本发明涉及一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，属于制造变形控制技术领域。
背景技术
铝合金、镁合金因其优异的比刚度、比强度被广泛应用于航空航天构件以实现高强轻质的设计目标。舱段类构件是航空航天装备中主要的承载构件，是镁合金、铝合金集中使用的位置。在当前的制造工艺中，舱段类构件的坯件多由铸造工艺制造、通过热处理进行组织性能调控以获得设计要求的机械要求；热处理完成之后，对坯件进行机加工处理、完成最终的成形制造。如上所述，舱段类坯件在投入机加工工序之前经历铸造、热处理等工艺，过程复杂、热历史复杂，制造过程中容易发生变形。统计表明，铝合金、镁合金舱段类构件的变形主要表现铸件退火或固溶-淬火过程中圆度变化。舱段发生这种变形时会导致舱段机加工过程中周向切削量不一致、成品舱段厚度不均匀等问题；变形严重时甚至导致机加工过程中构件破损、造成产品报废。近几年中，舱段类构件规格和结构复杂性均快速增加，制造过程中的变形问题越来越突出，严重影响了此类构件的制造和使用。
大量的试制实践表明，仅通过热处理工艺的调整无法解决构件的圆度变化问题。尤其，针对落砂处理之后即发生变化铸件来说，若不引入外加载荷进行校正则铸造坯件的变形无法消除；另一方面，对固溶-淬火诱发的圆度变化也缺乏有效的控制和校正手段。因此，在热处理过程中引入适当的约束系统对构件进行形状控制/校正成为舱段类构件圆度控制的必然选择；其中，如何实现选定区域的周向、可控加载成为约束控形技术的关键。
因此，针对舱段类构件的圆度控制/校正问题设计适当的约束装置成为该类构件圆度控制技术体系中的重要技术环节。该类约束结构的设计和使用有助于解决舱段类构件圆度畸变难题，预期将对舱段类构件精确制造提供有力的支撑。
发明内容
本发明是为了解决现有的舱段类构件在热处理过程中易发生圆度畸变的问题，进而提供了一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，它包括中心限位柱及至少两个同轴套装在中心限位柱上的环向顶正组件，其中每个环向顶正组件均包括安装件及若干顶块，所述安装件套装在中心限位柱上，若干所述顶块呈环形布置在安装件外部且与安装件螺纹连接，所述顶块上靠近舱段内腔型面的一侧面与舱段内腔型面随型设置。
进一步地，所述安装件包括安装环及若干均匀固装在安装环外壁的支臂，每个环向顶正组件中支臂的数量均与顶块的数量相同，若干顶块与若干支臂一一对应螺纹连接。
进一步地，所述支臂包括首尾固接且一体成型的圆柱段及螺纹段，所述圆柱段的一端与安装环固定连接，所述顶块与所述螺纹段螺纹连接，顶块的一端与圆柱段的另一端之间的螺纹段上螺纹连接有活节螺栓。
进一步地，所述安装环与所述中心限位柱之间为间隙配合。
进一步地，当舱段内腔型面为弧面时，顶块与舱段内腔型面之间为全弧长或半弧长贴合。
进一步地，顶块上靠近靠近舱段内腔型面的一侧面横截面为波浪形或方波形。
进一步地，所述支臂的数量为四个，且两两相向对顶布置。
进一步地，所述环向顶正组件的数量为三个。
进一步地，所述中心限位柱为空心圆柱体。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过本申请能够实现舱段类构件中位置、强度可调节的支撑性约束。可对舱段内腔多位置形成约束支撑，有效抑制舱段类构件热处理过程中的圆度变化、或结合热处理对构件中既有的圆度异变位置进行校形。适用于结构刚度低、圆度变化倾向大的大型薄壁铝镁合金舱段类构件，结合热处理工艺应用时可有效限制/校正此类构件圆度畸变，显著提升其成品率。
附图说明
图1为本申请的立体结构示意图；
图2为环向顶正组件的结构示意图；
图3为顶块的部分贴合面的结构示意图；
图4为顶块的全弧长贴合面的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～4说明本实施方式，一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，它包括中心限位柱1及至少两个同轴套装在中心限位柱1上的环向顶正组件2，其中每个环向顶正组件2均包括安装件21及若干顶块22，所述安装件21套装在中心限位柱1上，若干所述顶块22呈环形布置在安装件21外部且与安装件21螺纹连接，所述顶块22上靠近舱段内腔型面的一侧面与舱段内腔型面随型设置。
通过顶块22与安装件21之间的螺纹连接方式，使得顶正位置和顶正载荷均可灵活调节，从而可实现舱段内腔整体约束支撑，结合热处理工艺应用时可将舱段类构件圆度偏差控制在1％以内。并且，根据不同的舱段内腔型面结构，顶块22的形状可以各自替换或调节，相比于传统的刚性约束模具结构简单、适应性好且易于装调。
通过本申请能够实现舱段类构件中位置、强度可调节的支撑性约束。可对舱段内腔多位置形成约束支撑，有效抑制舱段类构件热处理过程中的圆度变化、或结合热处理对构件中既有的圆度异变位置进行校形。适用于结构刚度低、圆度变化倾向大的大型薄壁铝镁合金舱段类构件，结合热处理工艺应用时可有效限制/校正此类构件圆度畸变，显著提升其成品率。
所述安装件21包括安装环211及若干均匀固装在安装环211外壁的支臂212，每个环向顶正组件2中支臂212的数量均与顶块22的数量相同，若干顶块22与若干支臂212一一对应螺纹连接。如此设计，支臂212的长度可以根据舱段内径随形调节，以适应不同内径的舱段构件圆度控制。
所述支臂212包括首尾固接且一体成型的圆柱段及螺纹段，所述圆柱段的一端与安装环211固定连接，所述顶块22与所述螺纹段螺纹连接，顶块22的一端与圆柱段的另一端之间的螺纹段上螺纹连接有活节螺栓23。如此设计，活节螺栓23的旋动可驱动支臂212的沿径向的伸出、缩回，即通过活节螺栓23旋进驱动顶块22位移、实现对舱段内腔选定位置的加载顶正与保荷约束。支臂212与安装环211之间的固接方式可以为螺纹连接或焊接。所述活节螺栓23为耐高温、高强螺栓。
所述安装环211与所述中心限位柱1之间为间隙配合。如此设计，环向顶正组件2可实现在中心限位柱1上的轴向滑动及周向转动，从而实现顶块22的轴向位置及周向位置的调节。如可以通过在中心限位柱的外壁开设若干第一定位孔，该第一定位孔内加工有内螺纹，安装环上开设有一个或多个第二定位孔，该第二定位孔可以为光孔也可以为螺纹孔，安装环通过加工有外螺纹的定位柱及第一定位孔、第二定位孔，实现安装环在中心限位柱上的轴向位置或周向位置的调节。安装环在中心限位柱上的调节方式不限于此。
当舱段内腔型面为弧面时，顶块22与舱段内腔型面之间为全弧长或半弧长贴合。
顶块22上靠近靠近舱段内腔型面的一侧面横截面为波浪形或方波形。
所述支臂212的数量为四个，且两两相向对顶布置。
所述环向顶正组件2的数量为三个。
所述中心限位柱1为空心圆柱体。
具体实施方式二：结合图1～4说明本实施方式，所述中心限位柱1的直径为25mm、长度为430mm，采用耐高温模具钢机加工而成；其两端距离端部62mm位置以及中间位置分别采用间隙配合对应安装有三个环向顶正结构，其中上下两个环向顶正结构对正布置，中间的环向顶正结构相对另外两个环向顶正结构绕中心限位柱1转动45°。
所述支臂212的直径为25mm，长度为110mm，采用耐高温模具钢机加工而成。一端机加工长度为80mm的Φ16外螺纹，用于安装顶块22，另一端机加工长度为10mm的Φ12外螺纹，用于与安装环211固接。
所述安装环211的内径为25mm，外径为50mm，高度为35mm，采用耐高温模具钢机加工而成。90度对称分布加工有Φ12螺纹孔，用于安装支臂212。
活节螺栓23采用M20高强螺栓。
所述顶块22为T型块体，厚度25mm，采用高温模具钢机加工而成。顶块22外缘加工有弧度为小于3％的方波形弧面，用于与舱段内腔型面全弧长贴合或部分贴合。顶块22中心加工有Φ16螺纹孔，用于安装在支臂212上。其中根据舱段内腔型面可以选择采用部分贴合形式或全弧长贴合形式，如图3中所示顶块22的部分贴合面221结构，图4中所示的全弧长贴合面222结构。
顶块22的贴合面可以是规则的波浪形。
顶正结构的数量、轴向布置位置、圆周向布置位置以及贴合面轮廓弧度等，均可随舱段结构、尺寸的的变化灵活调节。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (9)

1.一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：它包括中心限位柱(1)及至少两个同轴套装在中心限位柱(1)上的环向顶正组件(2)，其中每个环向顶正组件(2)均包括安装件(21)及若干顶块(22)，所述安装件(21)套装在中心限位柱(1)上，若干所述顶块(22)呈环形布置在安装件(21)外部且与安装件(21)螺纹连接，所述顶块(22)上靠近舱段内腔型面的一侧面与舱段内腔型面随型设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：所述安装件(21)包括安装环(211)及若干均匀固装在安装环(211)外壁的支臂(212)，每个环向顶正组件(2)中支臂(212)的数量均与顶块(22)的数量相同，若干顶块(22)与若干支臂(212)一一对应螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：所述支臂(212)包括首尾固接且一体成型的圆柱段及螺纹段，所述圆柱段的一端与安装环(211)固定连接，所述顶块(22)与所述螺纹段螺纹连接，顶块(22)的一端与圆柱段的另一端之间的螺纹段上螺纹连接有活节螺栓(23)。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：所述安装环(211)与所述中心限位柱(1)之间为间隙配合。
5.根据权利要求4所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：当舱段内腔型面为弧面时，顶块(22)与舱段内腔型面之间为全弧长或半弧长贴合。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：顶块(22)上靠近靠近舱段内腔型面的一侧面横截面为波浪形或方波形。
7.根据权利要求6所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：所述支臂(212)的数量为四个，且两两相向对顶布置。
8.根据权利要求2、3或5所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：所述环向顶正组件(2)的数量为三个。
9.根据权利要求8所述的一种用于舱段构件圆度控制的可调节内撑约束装置，其特征在于：所述中心限位柱(1)为空心圆柱体。
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