CN113182388B - 一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法，本发明涉及金属空心构件校形技术领域，两个相对设置的下模具扣合设置，上模具活动扣合在由两个下模具扣合而成的整体的上部，三者之间构成预期型腔，所述的密封冲头固定在密封冲头压板上，所述的密封冲头由密封冲头前端导向段、密封冲头后端导向段和密封台阶构成；所述的密封冲头前端导向段的长度以及密封台阶的高度、宽度根据所需校正的薄壁多腔构件的壁厚和端部壁厚分布要求而定，密封冲头前端导向段呈轴承活动设置于薄壁多腔构件的型腔中。其能够在不会引起成形缺陷的情况下，通过压缩变形校正薄壁多腔构件的加工变形，且能够确保构件端部处一定深度内的壁厚精度和分布。

Description

一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法
技术领域
本发明涉及金属空心构件校形技术领域，具体涉及一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法。
背景技术
随着航空航天的快速发展，对高性能轻量化整体空心构件的需求日益增多。然而，整体空心构件因薄壁异形几何特征复杂的特点，导致其制造难度大，工艺复杂，常常产生严重的加工变形，制造精度难以保证。因此，通常需要安排专门的校形工序。
工程上一般通过工艺补偿和变形校正两种方法来提高构件的成形精度。工艺补偿是事先在回弹变形的反方向给模具施加补偿量，使得回弹后的工件形状刚好与设计形状吻合。但是，补偿控制法主要用在充分了解材料性能和简单工件的情况，对于新材料如高强度板和铝合金板等或者工件形状改变的时候，补偿的数据需要重新积累，且对于复杂结构件，成形过程中的变形是没有规律的，因此无法通过补偿来对成形形状进行修正，达到提高形状精度的要求。变形校正是指在不去除或添加材料的前提下，通过外部载荷的作用或能量输入，使变形零件或坯料的尺寸形状恢复到设计精度要求的工艺方法。在实际工业生产中，校形是提高构件成形精度的有效方法。
按照工作原理及施加载荷的形式不同，传统校正方法主要分为机械校正、加热校正和冷作校正，这些校正方法在对工件校正的同时不可避免的引入表面拉应力，严重影响工件服役性能。因此，如何控制/降低内部应力或者引入表层压应力促使工件内应力重分布，是本领域技术人员一直困扰的问题。此外，还存在构件端部处材料变形不均匀导致的壁厚超差的另一个问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法，其能够在不会引起成形缺陷的情况下，通过压缩变形校正薄壁多腔构件的加工变形，且能够确保构件端部处一定深度内的壁厚精度和分布。
为达到上述目的，本发明所述的基于压缩变形的薄壁多腔构件的校形模具，它包含上模具、下模具、密封冲头和密封冲头压板；两个相对设置的下模具扣合设置，上模具活动扣合在由两个下模具扣合而成的整体的上部，三者之间构成预期型腔，所述的密封冲头固定在密封冲头压板上，所述的密封冲头由密封冲头前端导向段、密封冲头后端导向段和密封台阶构成；所述的密封冲头前端导向段的长度以及密封台阶的高度、宽度根据所需校正的薄壁多腔构件的壁厚和端部壁厚分布要求而定，密封冲头前端导向段呈轴承活动设置于薄壁多腔构件的型腔中；密封冲头前端导向段的后侧一体成有密封冲头后端导向段，且两者连接处一体成型有密封台阶，密封台阶的外壁抵设在薄壁多腔构件的型腔内壁上；所述的密封冲头后端导向段呈轴向活动设置于上述预期型腔中；所述的密封冲头前端导向段、密封冲头后端导向段中呈轴向贯通开设有充液孔和排气孔。
优选地，所述的密封冲头后端导向段与预期型腔呈间隙配合设置，且间隙宽度为0.1-0.3mm。
优选地，所述的密封冲头前端导向段与薄壁多腔构件的型腔呈间隙配合设置。
优选地，所述的密封冲头前端导向段的长度为5-50mm。
优选地，所述的密封台阶的高度为0.2-10mm，宽度为0.1-1.5mm。
本发明所述的基于压缩变形的薄壁多腔构件的校形方法，其步骤如下：
在上模具、两个相对设置的下模具打开的情况下，薄壁多腔构件放置在两个相对设置的下模具的中间部位，然后通过水平液压缸水平移动下模具，直至两个下模具接触并闭合；然后，通过固定在液压机的上滑块向下移动上模具，直至上模具与闭合的下模具接触，闭合模具，且形成预期型腔；在模具闭合时，薄壁多腔构件在上模具和下模具的约束作用下，外轮廓与预期型腔完全贴合；
然后，通过液压缸运动使密封冲头沿轴向移动，密封冲头的密封冲头前端导向段插入到薄壁多腔构件的型腔内，密封台阶与薄壁多腔构件的型腔内壁形成嵌合，完成密封；再通过充液孔向薄壁多腔构件的各型腔内充入液体，并同时通过排气孔将型腔内的气体排出；
当薄壁多腔构件的型腔内充满液体时，通过增压系统对液体进行增压，在液体压力的支撑下，密封冲头继续沿轴向移动，此时密封冲头的位移量，即压缩量，选取为3～50mm，密封冲头压缩薄壁多腔构件，使薄壁多腔构件发生塑性变形，在此期间的压缩变形改变了薄壁多腔构件内的应力分布状态，保持了薄壁多腔构件的形状，去除了加工变形，并对端部的壁厚进行了修整。
优选地，所述的液体压强为5～200Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法，其能够在不会引起成形缺陷的情况下，通过压缩变形校正薄壁多腔构件的加工变形，且能够确保构件端部处一定深度内的壁厚精度和分布。
附图说明：
图1是本发明与薄壁多腔构件的爆炸图。
图2是本发明中上模具与下模具的合模状态图。
图3是本发明中密封冲头的结构示意图。
图4是图3中A部放大图。
图5是本发明中密封冲头、上模具与薄壁多腔构件的配合示意图。
附图标记说明：
上模具1、下模具2、密封冲头3、密封冲头前端导向段3-1、密封冲头后端导向段3-2、密封台阶3-3、密封冲头压板4、薄壁多腔构件5、充液孔6、排气孔7。
具体实施方式：
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，以描述中的优选实施例只作为举例，本领域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。
如图1-图5所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含上模具1、下模具2、密封冲头3和密封冲头压板4；两个相对设置的下模具2扣合设置，上模具1活动扣合在由两个下模具2扣合而成的整体的上部，三者之间构成预期型腔B，所述的密封冲头3固定在密封冲头压板4上，所述的密封冲头3由密封冲头前端导向段3-1、密封冲头后端导向段3-2和密封台阶3-3构成；所述的密封冲头前端导向段3-1的长度D1为5-50mm，密封冲头前端导向段3-1与薄壁多腔构件5(其轴向为直线)的型腔呈间隙配合设置，且两者之间形成间隙δ，通过调整δ的大小，控制密封冲头前端导向段3-1位置处的薄壁多腔构件5的型腔壁厚的变形，从而控制薄壁多腔构件5壁厚精度及分布；密封冲头前端导向段3-1的后侧一体成有密封冲头后端导向段3-2，且两者连接处一体成型有密封台阶3-3，密封台阶3-3的高度H为0.2-10mm，宽度D2为0.1-1.5mm，密封台阶3-3的外壁抵设在薄壁多腔构件5的型腔内壁上；所述的密封冲头后端导向段3-2与预期型腔B呈间隙配合设置，且间隙宽度λ为0.1-0.3mm，保证密封冲头3可以在成形的预期型腔B内轴向移动，同时通过密封冲头后端导向段3-2的导向作用，固定密封冲头3的相对位置；所述的密封冲头前端导向段3-1、密封冲头后端导向段3-2中呈轴向贯通开设有充液孔6和排气孔7。
本具体实施方式中所述的基于压缩变形的薄壁多腔构件的校形方法，其步骤如下：
在上模具1、两个相对设置的下模具2打开的情况下，薄壁多腔构件5放置在两个相对设置的下模具2的中间部位，然后通过水平液压缸(图中未示出)水平移动下模具3，直至两个下模具2接触并闭合；然后，通过固定在液压机的上滑块向下移动上模具1，直至上模具1与闭合的下模具2接触，闭合模具，且形成预期型腔B；在模具闭合时，薄壁多腔构件5在上模具1和下模具2的约束作用下，外轮廓与预期型腔B完全贴合；
然后，通过液压缸(图中未示出)运动使密封冲头3沿轴向移动，密封冲头3的密封冲头前端导向段3-1插入到薄壁多腔构件5的型腔内，由于密封台阶3-3的强度大于薄壁多腔构件5，会使薄壁多腔构件5的内壁发生塑性变形，密封台阶3-3逐渐插入到薄壁多腔构件5的型腔中，形成嵌合结构，从而实现密封；再利用高压泵将高压液体从充液孔6向薄壁多腔构件5的各型腔内充入，并同时通过排气孔7将型腔内的气体排出；
当薄壁多腔构件5的型腔内充满液体时，通过增压系统(图中未示出)对液体进行增压，选取的液体压强为5～200Mpa，在液体压力的支撑下，密封冲头3继续沿轴向移动，此时密封冲头3的位移量(压缩量)选取为3～50mm，密封冲头3压缩薄壁多腔构件5，使薄壁多腔构件5发生塑性变形，在此期间的压缩变形改变了多腔构件M内的应力分布状态，保持了薄壁多腔构件5的形状，去除了加工变形，并对端部的壁厚进行了修整。
与现有技术相比，本具体实施方式的有益效果是：本具体实施方式提供了一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的模具及其方法，其能够在不会引起成形缺陷的情况下，通过压缩变形校正薄壁多腔构件的加工变形，且能够确保构件端部处一定深度内的壁厚精度和分布。
对于本领域的技术人员来说，其可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、部分技术特征的等同替换,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 (1)

1.一种基于压缩变形的薄壁多腔构件校形的方法，其特征在于：
该方法所用的校形模具包含上模具（1）、下模具（2）、密封冲头（3）和密封冲头压板（4）；两个相对设置的下模具（2）扣合设置，上模具（1）活动扣合在由两个下模具（2）扣合而成的整体的上部，三者之间构成预期型腔，所述的密封冲头（3）固定在密封冲头压板（4）上，所述的密封冲头（3）由密封冲头前端导向段（3-1）、密封冲头后端导向段（3-2）和密封台阶（3-3）构成；密封冲头前端导向段（3-1）呈轴向活动设置于薄壁多腔构件（5）的型腔中；密封冲头前端导向段（3-1）的后侧一体成型有密封冲头后端导向段（3-2），且两者连接处一体成型有密封台阶（3-3），密封台阶（3-3）的外壁抵设在薄壁多腔构件（5）的型腔内壁上；所述的密封冲头后端导向段（3-2）呈轴向活动设置于上述预期型腔中；所述的密封冲头前端导向段（3-1）、密封冲头后端导向段（3-2）中呈轴向贯通开设有充液孔（6）和排气孔（7）；所述的密封冲头后端导向段（3-2）与预期型腔呈间隙配合设置，且间隙宽度为0.1-0.3mm；所述的密封冲头前端导向段（3-1）与薄壁多腔构件（5）的型腔呈间隙配合设置；所述的密封冲头前端导向段（3-1）的长度为5-50mm；所述的密封台阶（3-3）的高度为0.2-10mm，宽度为0.1-1.5mm；
该方法具体步骤如下：在上模具（1）、两个相对设置的下模具（2）打开的情况下，薄壁多腔构件（5）放置在两个相对设置的下模具（2）的中间部位，然后通过水平液压缸水平移动下模具（2），直至两个下模具（2）接触并闭合；然后，通过固定在液压机的上滑块向下移动上模具（1），直至上模具（1）与闭合的下模具（2）接触，闭合模具，且形成预期型腔；在模具闭合时，薄壁多腔构件（5）在上模具（1）和下模具（2）的约束作用下，外轮廓与预期型腔完全贴合；
然后，通过液压缸运动使密封冲头（3）沿轴向移动，密封冲头（3）的密封冲头前端导向段（3-1）插入到薄壁多腔构件（5）的型腔内，密封台阶（3-3）与薄壁多腔构件（5）的型腔内壁形成嵌合，完成密封；再通过充液孔（6）向薄壁多腔构件（5）的各型腔内充入液体，并同时通过排气孔（7）将型腔内的气体排出；
当薄壁多腔构件（5）的型腔内充满液体时，通过增压系统对液体进行增压，在液体压力的支撑下，密封冲头（3）继续沿轴向移动，此时密封冲头（3）的位移量，即压缩量，选取为3~50mm，密封冲头（3）压缩薄壁多腔构件（5），使薄壁多腔构件（5）发生塑性变形，在此期间的压缩变形改变了薄壁多腔构件（5）内的应力分布状态，保持了薄壁多腔构件（5）的形状，去除了加工变形，并对端部的壁厚进行了修整；所述的液体压力为5~200Mpa。
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