CN113680846A - 一种带筋壁板整体成形装置及方法 - Google Patents

一种带筋壁板整体成形装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钣金成形领域，具体是涉及到一种带筋壁板整体成形装置及方法，包括成形组件和加热组件，所述成形组件包括带筋模具和滚压刀具，所述带筋模具一侧为安装面，安装面上设置有筋槽，所述带筋模具在安装面之外设置有若干个加热孔，所述加热组件包括保温组件和伸入加热孔的加热棒，保温组件包括通过管路依次首尾连接的风机、加热单元和保温侧围，所述保温侧围围合设置在成形组件外侧，本发明通过在带筋模具上设置用于安装加热棒的加热孔，以及设置保温组件对待加工坯料的加工环境进行保温，保障加热均匀，减少整体成形中性能损失，另外，保温组件的设置方式可有效回收热能，使热能往复利用，降低能耗。

Description

一种带筋壁板整体成形装置及方法
技术领域
本发明属于钣金成形领域，具体是涉及到一种带筋壁板整体成形装置及方法。
背景技术
带筋壁板是由蒙皮和加强筋等要素构成。其结构复杂，制造工艺难度大，传统带筋壁板的加工制造方法主要为：先对壁板进行化铣或机铣出网格形状，机铣后对壁板进行等距压弯成形、蠕变时效、喷丸成形等。化学铣削的方式存在效率低、加工精度差、环境污染严重、废重大等问题。机铣虽然使加工精度、壁厚一致性等性能得到提高，但机加工成形壁板仍容易导致较高的废品率，其原因在于：受设计方法、加工路线、温度系数多个因素影响，极容易在筋条交叉点引起很大的应力集中，造成网格加工不均匀进而导致降低壁板辊弯一致性，不利于加工应力的释放。在后续的等距压弯成形、蠕变时效、喷丸成形等技术，由于所需设备笨重体积大、生产效率低，无法满足大规模、大批量带筋壁板生产。可见传统带筋壁板成形存在装配废重多、生产周期长、制造成本高等问题，不利于当下商业航空航天发展趋势对高性能、轻量化、多批量的需求。
其次，坯料特别是铝合金坯料在室温下加工制造中普遍存在以下问题：
1.室温塑性较差，难以成形复杂形状构件；
2.回弹大，构件形状尺寸精度难以得到保证；
以上问题可以通过提高成形温度来成形复杂构件，提高尺寸精度。但零件在加热过程中普遍由于受热不均匀使得零件在性能上大幅度的损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加热均匀的带筋壁板整体成形装置及成形效果好的方法。
本发明的内容一种带筋壁板整体成形装置，包括成形组件和加热组件，所述成形组件包括带筋模具和滚压刀具，所述带筋模具一侧为安装面，安装面上设置有筋槽，所述带筋模具在安装面之外设置有若干个加热孔，所述加热组件包括保温组件和伸入加热孔的加热棒，保温组件包括通过管路依次首尾连接的风机、加热单元和保温侧围，所述保温侧围围合设置在成形组件外侧。
更进一步地，所述保温侧围进气口一侧的管路端部设置有整流器。
更进一步地，所述保温侧围进气口一侧的管路端部设置有温度传感器。
更进一步地，所述加热孔等距设置有若干个，每个加热孔贯穿带筋模具设置。
更进一步地，所述带筋模具安装面两侧设置有用于固定待加工坯料的压紧板，压紧板与带筋模具可拆卸连接。
本带筋壁板整体成形装置还包括隔热组件，所述隔热组件包括依次设置的隔热垫、下垫板、侧壁板和上垫板，所述带筋模具和保温侧围固定设置在上垫板上，所述下垫板、侧壁板和上垫板围合形成隔热真空空间。
更进一步地，所述上垫板位于带筋模具设置有隔热槽。
更进一步地，所述下垫板和上垫板之间设置有支撑轴，所述侧壁板与下垫板和/或上垫板之间设置有加强筋。
更进一步地，所述滚压刀具包括与数控车床连接的连接座，与连接座连接的两个相对设置的旋轮支架、固定设置在两个旋轮支架上的旋轮轴和转动设置在旋轮轴上的旋压轮，两个所述旋轮支架背离旋压轮一侧设置有连接块，连接块上设置有通孔，所述连接座上设置有定位孔，还包括可拆卸设置在定位孔和通孔上的插销。
本发明还提供一种带筋壁板整体成形装置，包括带筋壁板整体成形装置，包括如下步骤：
S1、将待加工坯料固定设置在带筋模具的安装面；
S2、开启加热棒、加热单元和风机；
S3、待保温侧围内气流稳定和待加工坯料达到成形温度，滚压刀具沿筋槽方向进行滚压填充；
S4、将滚压刀具的滚压头旋转n°，倾斜于X轴方向n°从前至后旋压成形；
S5、沿Y轴方向重复S4中的旋压成形；
S6、在S基础上将将滚压刀具的滚压头旋转-2n°，倾斜于X轴方向-n°从后至前旋压成形；
S7、沿Y轴方向方向重复S6中的旋压成形；
S8、关闭加热棒、加热单元和风机，取出加工完毕的带筋壁板。
本发明的有益效果是，本发明通过在带筋模具上设置用于安装加热棒的加热孔，以及设置保温组件对待加工坯料的加工环境进行保温，保障加热均匀，减少整体成形中性能损失，另外，保温组件的设置方式可有效回收热能，使热能往复利用，降低能耗，其中，筋槽包括纵向筋、横向筋、纵横交叉筋、螺旋交叉筋等加强筋构型，可根据需要进行带筋模具的选装，安装面也可以根据需要设置为不同曲率，本发明成形不同型号带筋壁板时，进行更换对应的带筋模具，不要专用的设备进行成形，缩短了生产周期、减少加工成本、材料利用率得到极大提高，实现带筋壁板一体化整体成形，易于在生产中实施、推广和应用。
本加工方法，结合旋挤压成形方式，结合逐点螺旋渐进流变与局部高压应力流变特性，材料受到三向压应力状态能够充分发挥金属塑性流变特性，实现带筋壁板整体复合成形。旋压轮碾压形成逐点渐进流变特征有利于带筋壁板筒壳部位晶粒组织细化，且局部挤压形成高压应力流变特征使筋部晶粒组织致密化，能够加工出高性能带筋壁板构件。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中带筋模具和隔热装置的结构示意图。
图3为本发明中滚压刀具的结构示意图。
图4为本发明中加热单元的结构示意图。
图5为本发明的加工过程示意图。
在图中，1-保温侧围；2-连接座；3-整流器；4-工作台；5-第一导流管道；6-加热单元；7-风机；8-第二导流管道道；9-隔热垫；10-下垫板；11-侧壁板；12-上垫板；13-隔热槽；14-带筋模具；15-筋槽；16-压紧板；17-加热孔；18-加强筋；19-隔热真空空间；20-支撑轴；21-定位孔；22-旋压轮；23-旋轮轴；24-旋轮支架；25-气流管道；26-发热丝；27-隔热层。
具体实施方式
如图1-图5所示，本发明包括成形组件和加热组件，所述成形组件包括带筋模具14和滚压刀具，所述带筋模具14一侧为安装面，安装面上设置有筋槽15，筋槽15设有上圆角、下圆角和脱模角，所述带筋模具14在安装面之外设置有若干个加热孔17，所述加热组件包括保温组件和伸入加热孔17的加热棒，保温组件包括通过管路依次首尾连接的风机7、加热单元6和保温侧围1，所述保温侧围1围合设置在成形组件外侧，具体地，保温侧围1一侧通过第一导流管道5与加热单元6连通，另一侧通过第二导流管道道8与风机7连通，同时风机7与加热单元6连通，其中，加热单元6包括气流管道25、设置在气流管道25外侧的发热丝26以及包裹设置在发热丝26外侧的隔热层27，隔热层27为岩棉、玻璃纤维、泡沫玻璃混泥土、膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、珍珠岩、石棉中的一种或几种，具体地，风机7将经过发热丝26加热的空气通过第一导流管道5输送到保温侧围1内，作用在保温侧围1的空腔以及待加工坯料上，并通过相对应的第二导流管道8重新流至风机7位置，在此通过发热丝26进行加热，以此利用较低功率保证保温侧围1内温度恒定。
本发明通过在带筋模具14上设置用于安装加热棒的加热孔17，以及设置保温组件对待加工坯料的加工环境进行保温，保障加热均匀，减少整体成形中性能损失，另外，保温组件的设置方式可有效回收热能，使热能往复利用，降低能耗，本发明还可解决传统带筋壁板成形存在装配废重多、生产周期长、制造成本高等问题，其中，筋槽15包括纵向筋、横向筋、纵横交叉筋、螺旋交叉筋等加强筋构型，可根据需要进行带筋模具14的选装，安装面也可以根据需要设置为不同曲率，本发明成形不同型号带筋壁板时，进行更换对应的带筋模具14，不要专用的设备进行成形，缩短了生产周期、减少加工成本、材料利用率得到极大提高，实现带筋壁板一体化整体成形，易于在生产中实施、推广和应用。
所述保温侧围1进气口一侧的管路端部设置有整流器3，具体的，整流器3设置在第一第一导流管道5与保温侧围1连通的部位，整流器3将混乱的热气流变为均匀的热层流作用在保温侧围1内，作用在待加工坯料上。
所述保温侧围1进气口一侧的管路端部设置有温度传感器，便于实时监控热气温度，本实施例中，还包括温度控制单元，温度传感器将实时数据传输至温度控制单元，温度控制单元对实时温度数据进行检测，包括对加热棒和发热丝26进行功率调控，保证待加工坯料的温度在适合成形的温度范围之内。
所述加热孔17等距设置有若干个，每个加热孔17贯穿带筋模具14设置，保证带筋模具14上的温度均衡，作用在待加工坯料上的各个位置温度均衡，提高成形质量。
所述带筋模具14安装面两侧设置有用于固定待加工坯料的压紧板16，压紧板16与带筋模具14可拆卸连接，优选采用螺栓连接，通过设置压紧板16，保证待加工坯料在成形加工过程中不会移动。
本发明还包括隔热组件，避免加热棒以及保温侧围1内高温传递至工作台4上，导致工作人员无法手工操作，具体的，所述隔热组件包括依次设置的隔热垫9、下垫板10、侧壁板11和上垫板12，所述带筋模具14和保温侧围1固定设置在上垫板12上，所述下垫板10、侧壁板11和上垫板12围合形成隔热真空空间19，本实施例中，还有连通隔热真空空间19的抽真空即，通过设置隔热垫9和隔热真空空间19，极大的保证隔热效果，确保本发明放置的工作台4温度不会太高，提高安全性，隔热垫9为岩棉、玻璃纤维、泡沫玻璃混泥土、膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、珍珠岩、石棉中的一种或几种。
所述上垫板12位于带筋模具14设置有隔热槽13，避免上垫板12外侧的温度过高，提高安全性。
所述下垫板10和上垫板12之间设置有支撑轴20，通过设置支撑轴20，保证上垫板12的受力能力，所述侧壁板11与下垫板10和/或上垫板12之间设置有加强筋18，提高侧壁板11安装的结构稳定性。
所述滚压刀具包括与数控车床连接的连接座2，与连接座2连接的两个相对设置的旋轮支架24、固定设置在两个旋轮支架24上的旋轮轴23和转动设置在旋轮轴23上的旋压轮22，两个所述旋轮支架24背离旋压轮22一侧设置有连接块，连接块上设置有通孔，所述连接座2上设置有定位孔21，还包括可拆卸设置在定位孔21和通孔上的插销，简化旋压轮22的角度调节难度。
一种带筋壁板整体成形装置，其特征是，包括带筋壁板整体成形装置，包括如下步骤：
S1、将待加工坯料固定设置在带筋模具14的安装面，具体地，待加工坯料通过压紧板16固定在带筋模具14的X方向两侧，Y方向两侧不做约束；
S2、开启加热棒、加热单元6和风机7，同时对隔热真空空间19进行抽真空处理，具体地，开启加热单元6、温度传感器29、温度控制单元，通过温度控制单元控制监测加热单元6中发热丝26对气流管道25中空气加热以及加热棒对带筋模具14进行预加热；之后开启风机7将空气输送至气流管道25，气流在气流管道25内被加热至高温后再从出气口流出至第一导流管道5，整流器3将混乱的热气流变为均匀的热层流作用在保温侧围1之间的空间内。热层流随后进入第二导流管道道8内，进行循环加热；
S3、待保温侧围1内气流稳定和待加工坯料达到成形温度后开启加工程序，滚压刀具沿筋槽15方向(图5带箭头的粗实线)进行滚压填充，进给速度为1mm/s～50mm/s；
S4、将滚压刀具的滚压头旋转n°，倾斜于X轴方向n°从前至后(图5中带箭头的虚线)旋压成形，进给速度在20mm/s～200mm/s之间；
S5、沿Y轴方向重复S4中的旋压成形，直至覆盖整个待加工坯料的Y轴方向；
S6、在S4基础上将将滚压刀具的滚压头旋转-2n°，倾斜于X轴方向-n°从后至前(图5中带箭头的细实线)旋压成形，进给速度在20mm/s～200mm/s之间；
S7、沿Y轴方向方向重复S6中的旋压成形，直至覆盖整个待加工坯料的Y轴方向；
S8、关闭加热棒、加热单元6和风机7，取掉压紧板16，取出加工完毕的带筋壁板。
本加工方法，结合旋压和挤压成形方式，结合逐点螺旋渐进流变与局部高压应力流变特性，材料受到三向压应力状态能够充分发挥金属塑性流变特性，实现带筋壁板整体复合成形。旋压轮碾压形成逐点渐进流变特征有利于带筋壁板筒壳部位晶粒组织细化，且局部挤压形成高压应力流变特征使筋部晶粒组织致密化，能够加工出高性能带筋壁板构件。

Claims (10)

1.一种带筋壁板整体成形装置，其特征是，包括成形组件和加热组件，所述成形组件包括带筋模具(14)和滚压刀具，所述带筋模具(14)一侧为安装面，安装面上设置有筋槽(15)，所述带筋模具(14)在安装面之外设置有若干个加热孔(17)，所述加热组件包括保温组件和伸入加热孔(17)的加热棒，保温组件包括通过管路依次首尾连接的风机(7)、加热单元(6)和保温侧围(1)，所述保温侧围(1)围合设置在成形组件外侧。
2.如权利要求1所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述保温侧围(1)进气口一侧的管路端部设置有整流器(3)。
3.如权利要求1所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述保温侧围(1)进气口一侧的管路端部设置有温度传感器。
4.如权利要求1所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述加热孔(17)等距设置有若干个，每个加热孔(17)贯穿带筋模具(14)设置。
5.如权利要求1所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述带筋模具(14)安装面两侧设置有用于固定待加工坯料的压紧板(16)，压紧板(16)与带筋模具(14)可拆卸连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，还包括隔热组件，所述隔热组件包括依次设置的隔热垫(9)、下垫板(10)、侧壁板(11)和上垫板(12)，所述带筋模具(14)和保温侧围(1)固定设置在上垫板(12)上，所述下垫板(10)、侧壁板(11)和上垫板(12)围合形成隔热真空空间(19)。
7.如权利要求6所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述上垫板(12)位于带筋模具(14)设置有隔热槽(13)。
8.如权利要求6所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述下垫板(10)和上垫板(12)之间设置有支撑轴(20)，所述侧壁板(11)与下垫板(10)和/或上垫板(12)之间设置有加强筋(18)。
9.如权利要求1-5任一项所述的带筋壁板整体成形装置，其特征是，所述滚压刀具包括与数控车床连接的连接座(2)，与连接座(2)连接的两个相对设置的旋轮支架(24)、固定设置在两个旋轮支架(24)上的旋轮轴(23)和转动设置在旋轮轴(23)上的旋压轮(22)，两个所述旋轮支架(24)背离旋压轮(22)一侧设置有连接块，连接块上设置有通孔，所述连接座(2)上设置有定位孔(21)，还包括可拆卸设置在定位孔(21)和通孔上的插销。
10.一种带筋壁板整体成形装置，其特征是，包括如权利要求1-9任一项所述的带筋壁板整体成形装置，包括如下步骤：
S1、将待加工坯料固定设置在带筋模具(14)的安装面；
S2、开启加热棒、加热单元(6)和风机(7)；
S3、待保温侧围(1)内气流稳定和待加工坯料达到成形温度，滚压刀具沿筋槽(15)方向进行滚压填充；
S4、将滚压刀具的滚压头旋转n°，倾斜于X轴方向n°从前至后旋压成形；
S5、沿Y轴方向重复S4中的旋压成形；
S6、在S4基础上将将滚压刀具的滚压头旋转-2n°，倾斜于X轴方向-n°从后至前旋压成形；
S7、沿Y轴方向方向重复S6中的旋压成形；
S8、关闭加热棒、加热单元(6)和风机(7)，取出加工完毕的带筋壁板。
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