CN113020476A - 一种空心叶片的塑性成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种空心叶片的塑性成形装置及方法，该空心叶片成型模具包括：相对设置的弯曲组件和扭转组件、及与弯曲组件和扭转组件连接的双压头液压机，其中：弯曲组件包括弯曲上模和弯曲下模；弯曲上模与弯曲下模接触的一侧设有弧形凹槽，弯曲下模与弯曲上模接触的一侧设有与弧形凹槽配合的弧形凸台；弯曲上模与双压头液压机的第一压头连接，以使第一压头可带动弯曲上模沿竖直方向移动；扭转组件包括扭转上模、扭转下模及扭转压板；扭转上模的一端枢装于扭转下模上；扭转压板置于扭转上模上方，且与双压头液压机的第二压头连接，以使第二压头可带动扭转压板沿竖直方向移动，从而带动扭转上模和扭转下模共同转动。

Description

一种空心叶片的塑性成形装置及方法

技术领域

本发明涉及模具技术领域，特别是涉及一种空心叶片的塑性成形装置及方法。

背景技术

大型钛合金宽弦空心风扇叶片是大型航空涡扇发动机最具代表性的重要零件。风扇叶片不仅需要具备较高的气动效率、刚性和外形尺寸稳定性，还必须有良好的抗外物损伤能力以及抵御发动机吸入异物时产生的撞击，以保证飞行器的整体安全。提升风扇叶片的质量、探索先进的制造技术是提升涡轮风扇发动机性能的重要途径。

相关技术中，多采用SPF-DB(Superplastic forming-Diffusion bonding，超塑成形-扩散连接)制造上述大型钛合金宽弦空心风扇叶片，但SPF-DB具有结构复杂，耗能大等缺点，且在采用SPF-DB加工大型钛合金宽弦空心风扇叶片时，对模具零件的组织及性能的劣化影响较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种空心叶片成型模具，以降低空心叶片制作模具的结构复杂度，降低空心叶片制作过程中的耗能，并降低对模具零件的组织及性能的劣化影响。具体技术方案如下：

为达到上述目的，本发明提供了一种空心叶片的塑性成形装置及方法，所述空心叶片成型模具包括：相对设置的弯曲组件和扭转组件、及与所述弯曲组件和扭转组件连接的双压头液压机，其中：

所述弯曲组件包括弯曲上模和弯曲下模；

所述弯曲上模与所述弯曲下模接触的一侧设有弧形凹槽，所述弯曲下模与所述弯曲上模接触的一侧设有与所述弧形凹槽配合的弧形凸台；

所述弯曲上模与所述双压头液压机的第一压头连接，以使所述第一压头可带动所述弯曲上模沿竖直方向移动；

所述扭转组件包括扭转上模、扭转下模及扭转压板；

所述扭转上模的一端枢装于所述扭转下模上；

所述扭转压板置于所述扭转上模上方，且与所述双压头液压机的第二压头连接，以使所述第二压头可带动所述扭转压板沿竖直方向移动，从而带动所述扭转上模和所述扭转下模共同转动。

可选的，所述空心叶片成型模具还包括连接垫板；

所述弯曲组件和所述扭转组件均置于所述连接垫板上且与所述连接垫板固定连接。

可选的，所述弯曲组件还包括定位挡板；

所述定位挡板与所述连接垫板固定连接，且位于所述弯曲上模和所述弯曲下模远离所述扭转组件的一侧；

所述定位挡板上设有定位凹槽，以使空心叶片胚料的定位轴置于所述定位凹槽内。

可选的，在与所述定位轴的轴线正交的方向上，所述定位轴两侧与所述定位凹槽的槽壁之间均具有0.3mm-0.5mm的间隙

可选的，所述弯曲组件还包括弯曲上模固定板；

所述弯曲上模固定板与所述弯曲上模远离所述弯曲下模的一侧固定连接。

可选的，所述扭转组件还包括固定销；

所述扭转上模上设有第一通孔，所述扭转下模上设有与所述第一通孔配合的第二通孔，所述定位销穿过所述第一通孔与所述第二通孔，以连接所述扭转上模与所述扭转下模。

可选的，所述扭转组件还包括第一高温轴承；

所述扭转上模上设有上销轴，所述扭转下模上设有第三通孔，所述上销轴穿过所述第三通孔，以连接所述扭转上模与所述扭转下模；

所述第一高温轴承置于所述上销轴与所述第三通孔之间。

可选的，所述扭转组件还包括配重支撑板；

所述配重支撑板的一端枢装于所述扭转下模上，另一端与所述连接垫板固定连接。

可选的，所述扭转组件还包括第二高温轴承；

所述扭转下模上设有下销轴，所述配重支撑板上设有第四通孔，所述下销轴穿过所述第四通孔，以连接所述扭转下模与所述配重支撑板；

所述第二高温轴承置于所述上销轴与所述第四通孔之间。

为达到上述目的，本发明实施例还提供了一种空心叶片成型方法，所述空心叶片成型方法应用于上述任一所述的空心叶片成型模具，包括：

将所述空心叶片成型模具加温至第一预设成型温度；

将空心叶片胚料的一端放置于弯曲上模与弯曲下模之间，另一端放置于扭转上模与扭转下模之间；

将所述空心叶片胚料加温至第二预设成型温度，并保温预设时长；

启动双压头液压机的第一压头，以使所述第一压头带动所述弯曲上模向下移动，直至所述弯曲上模与弯曲下模合模；

启动所述双压头液压机的第二压头，以使所述第二压头带动扭转压板向下移动，进而使所述扭转压板带动所述扭转上模和扭转下模共同转动。

本发明实施例有益效果：

本发明实施例提供的一种空心叶片的塑性成形装置及方法，该空心成型模具包括弯曲组件、扭转组件及双压头液压机。其中，弯曲组件与扭转组件相对设置，双压头液压机的第一压头与弯曲组件中的弯曲上模连接，第二压头与扭转组件中的扭转上模连接。采用上述空心叶片成型模具制作空心叶片时，将弯曲组件及扭转组件共同加热至热成型温度区间，如700℃-800℃，然后将空心叶片胚料的一端置于弯曲上模与弯曲下模之间，另一端置于扭转上模与扭转下模之间，对空心叶片胚料加热并保温一段时间，然后启动双压头液压机，第一压头带动弯曲上模向下移动，使弯曲上模与弯曲下模完全闭合，实现空心叶片胚料的弯曲，然后使第二压头带动扭转上模与扭转下模共同转动，以实现空心叶片胚料的扭转。上述加工过程中，只需对空心叶片成型模具及空心叶片胚料加热一次，便可实现空心叶片胚料的弯曲与扭转，降低了空心叶片制作过程中的耗能，此外，避免了多次加热对模具零件造成损坏，降低了对模具零件的组织及性能的劣化影响。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明实施例提供的一种空心叶片成型模具的一种结构图；

图2为本发明实施例提供的一种扭转组件的一种结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种结构图；

图4为本发明实施例提供的一种空心叶片胚料的一种结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为降低空心叶片制作模具的结构复杂度，降低空心叶片制作过程中的耗能，并降低对模具零件的组织及性能的劣化影响，本发明实施例提供了一种空心叶片的塑性成形装置及方法，下面将结合附图对本发明实施例提供的空心叶片的塑性成形装置及方法进行详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的空心叶片成型模具包括：相对设置的弯曲组件1和扭转组件2、及与所述弯曲组件1和扭转组件2连接的双压头液压机，其中：

弯曲组件1包括弯曲上模11和弯曲下模12；

弯曲上模11与弯曲下模12接触的一侧设有弧形凹槽，弯曲下模12与弯曲上模11接触的一侧设有与弧形凹槽配合的弧形凸台；弯曲上模11与双压头液压机的第一压头连接，以使第一压头可带动弯曲上模11沿竖直方向移动；

扭转组件2包括扭转上模21、扭转下模22及扭转压板23；

扭转上模21的一端枢装于扭转下模22上；扭转压板23置于扭转上模21上方，且与双压头液压机的第二压头连接，以使第二压头可带动扭转压板23沿竖直方向移动，从而带动扭转上模21和扭转下模22共同转动。

本发明实施例中，弯曲上模21上设有弧形凹槽，弯曲下模12上设有与弧形凹槽相配合的弧形凸台，当将空心叶片胚料的一端置于弯曲上模11与弯曲下模12之间时，空心叶片胚料与弧形凸台的最高点接触，当弯曲上模11与弯曲下模12合模时，空心叶片胚料被挤压弯曲，弯曲后的空心叶片胚料与弧形凸台相贴合，实现空心叶片胚料的弯曲。其中，弧形凹槽的弧度可根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不作具体限定。

如图2所示，扭转上模21枢装于扭转下模22上，即扭转上模21可沿扭转上模21与扭转下模22的连接处转动。当向扭转上模21与扭转下模22之间放置空心叶片胚料时，沿图2由左至右的方向上顺时针旋转扭转上模21的一端，以使扭转上模21与扭转下模22之间出现空隙，将空心叶片胚料置于空隙内，然后沿图2由左至右的方向上逆时针旋转扭转上模21的一端，当扭转上模21重新平行于扭转上模22时，固定连接扭转上模21与扭转下模22，以固定空心叶片胚料。

扭转压板23与双压头液压机的第二压头连接，当启动第二压头时，第二压头贷通扭转压板23向下移动，从而带动扭转上模21和扭转下模22整体沿图2由左至右的方向上逆时针旋转，实现空心叶片胚料的扭转。

本发明实施例中，弯曲模具1与扭转模具2的材质均可以为弯曲模具材料为310S耐热不锈钢或者中硅钼球磨铸铁。其中，310S是奥氏体铬镍不锈钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，尤其是蠕变强度较好，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。高硅钼球墨铸铁件降低了成本，同时具有良好的高温强度，抗氧化性，且在热循环条件下具有良好性能。弯曲模具1与扭转模具2还可以为其他材质，本发明实施例对此不作具体限定。

采用本发明实施例提供的空心叶片成型模具时，首先将弯曲组件1与扭转组件2均加热至热成型温度区间，如如700℃-800℃，然后将空心叶片胚料的一端置于弯曲上模11与弯曲下模12之间，另一端置于扭转上模21与扭转下模22之间，对空心叶片胚料加热并保温一段时间，然后启动双压头液压机，第一压头带动弯曲上模11向下移动，使弯曲上模11与弯曲下模12合模，实现空心叶片胚料的弯曲。然后固定连接扭转上模21和扭转下模22，启动第二压头，使第二压头带动位于扭转上模21上方的扭转压块23向下移动，从而带动扭转上模21与扭转下模22共同转动，实现空心叶片胚料的扭转。上述空心叶片成型模具的结构简单，且在上述加工过程中，只需对空心叶片成型模具及空心叶片胚料加热一次，便可实现空心叶片胚料的弯曲与扭转，降低了空心叶片制作过程中的耗能，此外，避免了多次加热对模具零件造成损坏，降低了对模具零件的组织及性能的劣化影响。

一种实施例中，空心叶片成型模具还包括连接垫板3。弯曲组件1和扭转组件2均置于连接垫板3上且与连接垫板3固定连接。连接垫板用于共同连接弯曲组件1和扭转组件 2，方便装配，并保证弯曲组件1和扭转组件2的相对位置。

一种实施例中，弯曲组件1还包括定位挡板13。

定位挡板13与连接垫板3固定连接，且位于弯曲上模11和弯曲下模12远离扭转组件2的一侧；定位挡板13上设有定位凹槽14，以使空心叶片胚料的定位轴置于定位凹槽内。

本发明实施例中，如图4所示，空心叶片胚料包括叶尖部和叶尾部，其中叶尖部放置于弯曲上模11与弯曲下模12之间，叶尾部放置于扭转上模21与扭转下模22之间。空心叶片胚料叶尖部设有定位轴4，当叶尖部置于弯曲上模11与弯曲下模12之间时，定位轴 4穿过定位挡板13，置于定位挡板13上的定位凹槽14内，防止空心叶片胚料沿垂直于定位轴4轴线的方向上发生位移。

一种实施例中，在与定位轴4的轴线正交的方向上，定位轴4两侧与定位凹槽14的槽壁之间均具有0.3mm-0.5mm的间隙。

本发明实施例中，由于空心叶片胚料的材质，如钛合金，与空心叶片成型模具的材质之间存在热膨胀率差异，室温下定位凹槽14的宽度应当小于定位轴4的外部直径，即在定位轴4两侧与定位凹槽14的槽壁之间留有0.3mm-0.5mm的间隙，从而防止在高温成形时定位轴4卡在定位凹槽14中，造成工装报废。

一种实施例中，弯曲组件1还包括弯曲上模固定板15。弯曲上模固定板15与弯曲上模1 远离弯曲下模12的一侧固定连接。

一种实施例中，扭转组件2还包括固定销24，如图1所示。扭转上模21上设有第一通孔 211，扭转下模22上设有与第一通孔211配合的第二通孔221，定位销穿过第一通孔211与第二通孔221，以连接扭转上模21与扭转下模22。从而防止在空心叶片胚料的扭转过程中，扭转上模21与扭转下模22分离，使得空心叶片胚料脱离扭转上模21与扭转下模22。

一种实施例中，扭转组件2还包括第一高温轴承25，如图3所示。扭转上模21上设有上销轴，扭转下模22上设有第三通孔222，上销轴穿过第三通孔222，以连接扭转上模21与扭转下模22。第一高温轴承25置于上销轴与第三通孔222之间。

本发明实施例中，在第三通孔与上销轴之间放置第一高温轴承25，使得在上销轴在第三通孔内轴向转动时，即扭转上模21相对于扭转下模22转动时，扭转上模21可以更加稳定地转动，且防止了上销轴与第三通孔的孔壁发生碰撞，造成上销轴损坏。

一种实施例中，扭转组件2还包括配重支撑板26。配重支撑板26的一端枢装于扭转下模22上，另一端与连接垫板3固定连接。

本发明实施例中，由于扭转组件2的重量低于弯曲组件2的重量，在扭转组件2上配置配重支撑板26，以增加扭转组件2的重量，维持扭转组件2与弯曲组件1的平衡。

一种实施例中，扭转组件2还包括第二高温轴承27。扭转下模22上设有下销轴，配重支撑板26上设有第四通孔261，下销轴穿过第四通孔，以连接扭转下模22与配重支撑板26。第二高温轴承27置于上销轴与第四通孔261之间。

本发明实施例中，配重支撑板26与连接垫板3固定连接，因此扭转上模21与扭转下模 22也相对于配重支撑板26转动。在第四通孔261与下销轴之间放置第二高温轴承27，使得在下销轴在第四通孔261内轴向转动时，即扭转下模22相对于配重支撑板26转动时，扭转下模22可以更加稳定地转动，且防止了下销轴与第四通孔261的孔壁发生碰撞，造成下销轴损坏。

为降低空心叶片制作模具的结构复杂度，降低空心叶片制作过程中的耗能，并降低对模具零件的组织及性能的劣化影响，本发明实施例还提供了一种空心叶片成型方法，该方法应用于上述空心叶片成型模具，该方法包括如下步骤：

步骤101，将空心叶片成型模具加温至第一预设成型温度，例如，第一预设成型温度可以为700℃-800℃。

步骤102，将空心叶片胚料的一端放置于弯曲上模与弯曲下模之间，另一端放置于扭转上模与扭转下模之间，以固定空心叶片胚料。

步骤103，将空心叶片胚料加温至第二预设成型温度，并保温预设时长，例如，预设时长可以为1h-2h。

步骤104，启动双压头液压机的第一压头，以使第一压头带动弯曲上模向下移动，直至弯曲上模与弯曲下模合模，以实现空心叶片的弯曲。

步骤105，启动双压头液压机的第二压头，以使第二压头带动扭转压板向下移动，进而使扭转压板带动扭转上模和扭转下模共同转动，以实现空心叶片的扭转。

采用上述空心叶片成形方法制作空心叶片时，只需对空心叶片成型模具及空心叶片胚料加热一次，便可实现空心叶片胚料的弯曲与扭转，降低了空心叶片制作过程中的耗能，此外，避免了多次加热对模具零件造成损坏，降低了对模具零件的组织及性能的劣化影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空心叶片成型模具，其特征在于，包括：相对设置的弯曲组件1和扭转组件、及与所述弯曲组件和扭转组件连接的双压头液压机，其中：

所述弯曲组件包括弯曲上模和弯曲下模；

所述弯曲上模与所述弯曲下模接触的一侧设有弧形凹槽，所述弯曲下模与所述弯曲上模接触的一侧设有与所述弧形凹槽配合的弧形凸台；

所述弯曲上模与所述双压头液压机的第一压头连接，以使所述第一压头可带动所述弯曲上模沿竖直方向移动；

所述扭转组件包括扭转上模、扭转下模及扭转压板；

所述扭转上模的一端枢装于所述扭转下模上；

所述扭转压板置于所述扭转上模上方，且与所述双压头液压机的第二压头连接，以使所述第二压头可带动所述扭转压板沿竖直方向移动，从而带动所述扭转上模和所述扭转下模共同转动。

2.根据权利要求1所述的空心叶片成型模具，其特征在于，还包括连接垫板；

所述弯曲组件和所述扭转组件均置于所述连接垫板上且与所述连接垫板固定连接。

3.根据权利要求2所述的空心叶片成型模具，其特征在于，所述弯曲组件还包括定位挡板；

所述定位挡板与所述连接垫板固定连接，且位于所述弯曲上模和所述弯曲下模远离所述扭转组件的一侧；

所述定位挡板上设有定位凹槽，以使空心叶片胚料的定位轴置于所述定位凹槽内。

4.根据权利要求3所述的空心叶片成型模具，其特征在于，在与所述定位轴的轴线正交的方向上，所述定位轴两侧与所述定位凹槽的槽壁之间均具有0.3mm-0.5mm的间隙。

5.根据权利要求1所述的空心叶片成型模具，其特征在于，所述弯曲组件还包括弯曲上模固定板；所述弯曲上模固定板与所述弯曲上模远离所述弯曲下模的一侧固定连接。

6.根据权利要1所述的空心叶片成型模具，其特征在于，所述扭转组件还包括固定销；

所述扭转上模上设有第一通孔，所述扭转下模上设有与所述第一通孔配合的第二通孔，所述定位销穿过所述第一通孔与所述第二通孔，以连接所述扭转上模与所述扭转下模。

7.根据权利要1所述的空心叶片成型模具，其特征在于，所述扭转组件还包括第一高温轴承；

所述扭转上模上设有上销轴，所述扭转下模上设有第三通孔，所述上销轴穿过所述第三通孔，以连接所述扭转上模与所述扭转下模；

所述第一高温轴承置于所述上销轴与所述第三通孔之间。

8.根据权利要求2所述的空心叶片成型模具，其特征在于，所述扭转组件还包括配重支撑板；

所述配重支撑板的一端枢装于所述扭转下模上，另一端与所述连接垫板固定连接。

9.根据权利要求8所述的空心叶片成型模具，其特征在于，所述扭转组件还包括第二高温轴承；

所述扭转下模上设有下销轴，所述配重支撑板上设有第四通孔，所述下销轴穿过所述第四通孔，以连接所述扭转下模与所述配重支撑板；

所述第二高温轴承置于所述上销轴与所述第四通孔之间。

10.一种空心叶片成型方法，其特征在于，所述空心叶片成型方法应用于权利要求1-9任一项所述的空心叶片成型模具，包括：

将所述空心叶片成型模具加温至第一预设成型温度；

将空心叶片胚料的一端放置于弯曲上模与弯曲下模之间，另一端放置于扭转上模与扭转下模之间；

将所述空心叶片胚料加温至第二预设成型温度，并保温预设时长；

启动双压头液压机的第一压头，以使所述第一压头带动所述弯曲上模向下移动，直至所述弯曲上模与弯曲下模合模；

启动所述双压头液压机的第二压头，以使所述第二压头带动扭转压板向下移动，进而使所述扭转压板带动所述扭转上模和扭转下模共同转动。

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