CN115591976B - 一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置及方法，包括具有若干空腔的管坯，管坯的空腔由若干筋板分隔，其中，表面一侧存在有凹陷处，表面另一侧存在有凸起的筋板为待校形筋板，表面正常的筋板为正常筋板，还包括，可分离的模板框架，模板框架两端具有开口，管坯位于模板框架内，管坯外壁面与模板框架内壁面适配；密封件，可拆卸的固定在模板框架两端，密封件对具有凹陷处的空腔进行封堵，具有凹陷处的空腔内设置有高压介质。本发明能够实现对管坯在生产、运输过程中，管坯内筋板产生的凹陷缺陷进行校形，且提高其校形质量。

Description

一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置及方法

技术领域

本发明涉及管体加工技术领域，特别是涉及一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置及方法。

背景技术

随着航空航天工业的迅速发展，多腔薄壁管越来越多运用到工业产品的各方面。多腔管的筋板特征使其具有更好的刚度，支撑管腔外壁，或在冲撞中吸收更大的冲撞能。多腔薄壁管通过高温挤压成形，冷却后具有内应力，会导致局部变形，在生产运输过程中也易产生轻微磕碰，造成局部凹陷。这种凹陷缺陷会导致形状精度降低，支撑作用下降，若用于高速运载器气道区域，易被高速气流融穿，产生连锁反应，危险性大，需对管材进行校形处理。

传统对局部凹陷缺陷进行校形的方法，如锤击、敲击凹陷部位使其还原，效果不佳，易产生褶皱等其他缺陷，且还原精度很差，曲率偏离设计值，可靠性低，且非常依赖于经验，零件质量参差不齐，无法应对现阶段高自动化的生产需要。

现代的校形方法如采用贴靠聚氨酯形成内外两腔进行校形，或向腔室内填充橡胶软模，利用合模力使橡胶软模产生变形恢复力的校形方法，均效果较差，其原因在于，凹陷缺陷凹坑内和外壁突起均无持续硬质模具进行贴靠，使凹陷部位处于自由收缩状态，极易产生褶皱，虽然最终恢复至平面状态，但褶皱无法消除，表面质量较差。

因此，亟需一种多腔薄壁管曲弧化直校形装置及其方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现对管坯在生产、运输过程中，管坯内筋板产生的凹陷缺陷进行校形，且提高其校形质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，包括具有若干空腔的管坯，所述空腔内固接有待校形筋板，还包括，

可分离的模板框架，所述模板框架两侧具有开口，所述管坯位于所述模板框架内，所述管坯外壁面与所述模板框架内壁面适配；

密封件，可拆卸连接在所述模板框架两侧，所述密封件对具有所述凹陷处的空腔进行封堵，具有所述凹陷处的空腔内设置有高压介质；

刚性板和进给机构，可拆卸的固定在所述密封件上，其中，所述刚性板和所述进给机构均设置在所述待校形筋板具有凸起的一侧，所述刚性板与所述待校形筋板贴合，所述刚性板开设有容纳所述凸起的通孔；所述进给机构具有一进给端，所述进给端通过所述通孔与所述凸起抵接。

优选的，所述密封件包括设置在所述模板框架两端的密封板，两所述密封板与所述模板框架两端可拆卸连接，两所述密封板相互靠近的端面上分别固接有密封冲头，两所述密封冲头分别伸入具有所述凹陷处的空腔内，所述高压介质通过所述密封板通入具有所述凹陷处的空腔内。

优选的，所述密封冲头上固接有密封圈，所述密封圈外壁面分别与所述管坯内壁面、正常筋板、所述待校形筋板抵接。

优选的，所述进给机构为一动力装置，所述进给端为一进给冲头，所述动力装置通过传动件与所述进给冲头传动连接，所述进给冲头伸入所述通孔内，且所述进给冲头与所述凸起抵接，所述动力装置通过支撑件与所述密封板可拆卸连接。

优选的，所述进给冲头远离所述凸起的一端固接有挡块，所述通孔孔径小于所述挡块直径。

优选的，所述支撑件为支撑架，所述动力装置底端与所述支撑架顶端固接，所述支撑架两端分别与两所述密封板可拆卸连接，所述刚性板两端分别与两所述密封板可拆卸连接。

优选的，所述模板框架包括相对设置的上模板和下模板，所述管坯位于所述上模板与所述下模板之间，所述管坯外壁面与所述上模板和所述下模板内壁面适配，所述上模板与所述下模板通过卡件可拆卸连接。

优选的，所述刚性板包括内模板，所述内模板与所述待校形筋板具有所述凸起的一侧贴合，且所述内模板上开设的所述通孔与所述凸起适配。

优选的，所述管坯的轴向长度小于所述模板框架的轴向长度，所述待校形筋板的轴向长度小于所述刚性板的轴向长度。

一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形方法，校形步骤包括：

S1、处理管坯：将管坯1置入模板框架，随后向待校形筋板上安装刚性板；

S2、安装进给机构和密封件：向模板框架两侧固定密封件，随后将进给机构固定在密封件上；

S3、通入高压介质：向具有凹陷处的空腔内通入高压介质；

S4、开始校形：启动进给机构，对待校形筋板进行校形，校形完毕后，关闭进给结构，导出高压介质。

本发明公开了以下技术效果：

1.多腔薄壁管坯通过高压介质做背压，使凸起完全贴壁于刚性板上的通孔和进给端，然后进给端进给，对凹陷部分材料进行镦粗，相较于传统方法中两侧均无实体以供贴壁，避免了褶皱产生，校形面质量高，粗糙度、形状精度符合设计要求。

2.通过设置密封件，密封件具有多种用途，其既可以对具有凹陷处的腔室进行封堵密封，又可以对刚性板和进给结构进行固定，同时，密封件与密封框架可拆卸固定，其安装牢固性较好。

3.利用液压能施加均布法向压应力的特征，在刚性板对凸起进行压缩修复的过程中，凸起处材料在两侧法向压应力共同作用下发生曲弧化直变形行为，同时材料沿厚向发生均匀的镦粗变形。

4.将凹陷处缺陷凸起的一侧贴靠于刚性板，凹陷处一侧位于具有高压介质的腔体内，可令凸起处材料在刚性进给端引起的主驱动力作用下发生以弯曲变形为主的修复行为，高压介质提供内压仅需支撑材料，使其不发生褶皱，因此，本发明所需主驱动力与辅助高压介质的压力数值均较小，对实施装置功率要求较低，利于快速展开工作，结构简单稳定，经济环保。

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，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为校形装置校形状态的立体图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为管坯与下模板连接关系的立体图；

图4为图3的主视图；

图5为进给机构与密封板连接关系的立体图；

图6为未校形状态的结构示意图；

图7为校形状态的结构示意图；

图8为校形完毕状态的结构示意图；

图9为上模板与下模板另一连接方式的立体图；

其中，1-管坯，2-待校形筋板，201-凹陷处，202-凸起，3-正常筋板，4-通孔，5-上模板，6-下模板，7-密封板，8-密封冲头，9-密封圈，10-动力装置，11-进给冲头，12-挡块，13-支撑架，14-内模板，15-合模导柱，16-齿轮，17-齿条，18-安装板，19-安装孔，20-楔块。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-9，本发明提供一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，包括具有若干空腔的管坯1，空腔内固接有待校形筋板2，还包括，可分离的模板框架，模板框架两侧具有开口，管坯1位于模板框架内，管坯1外壁面与模板框架内壁面适配；密封件，可拆卸连接在模板框架两侧，密封件对具有凹陷处201的空腔进行封堵，具有凹陷处201的空腔内设置有高压介质；刚性板和进给机构，可拆卸的固定在密封件上，其中，刚性板和进给机构均设置在待校形筋板2具有凸起202的一侧，刚性板与待校形筋板2贴合，刚性板开设有容纳凸起202的通孔4；进给机构具有一进给端，进给端通过通孔4与凸起202抵接。

管坯1的空腔由若干筋板分隔，其中，表面一侧存在有凹陷处201，表面另一侧存在有凸起202的筋板为待校形筋板2，表面正常的筋板为正常筋板3。

在对管坯1进行校形前，在管坯1两端预留工艺段，并将待校形筋板2一侧的工艺段内的全部筋板去除，筋板去除后，方便后续的刚性板和进给结构的安装，随后分离模板框架，将管坯1连同其工艺段置入模板框架内，随后组合模板框架，利用模板框架对管坯1及其工艺段进行限位，根据待校形筋板2上的凹陷处201和凸起202位置，在刚性板上钻出通孔4，随后将刚性板与待校形筋板2具有凸起202的一侧贴合，并将凸起202置入通孔4内，随后安装进给机构，将进给端伸入通孔4内，对刚性板和进给结构安装时，采用吊装方式暂时固定刚性板和进给结构，随后在模板框架两端固定密封件，并将密封件具有密封功能的部分伸入具有凹陷处201的空腔内，对具有凹陷处201的空腔两端进行封堵，使其形成一密闭空间，将刚性板和进给结构两端固定在密封件上，随后向具有凹陷处201的空腔内通入高压介质，待凹陷处201的空腔内压力达到预定值后，启动进给机构，进给机构推动进给端挤压凸起202。

其中，刚性板是批量制作的专用于筋板校形的无孔模板，在发现管坯1的待校形筋板2上存在缺陷并确定需要进行校形时，根据缺陷位置，在刚性板上铣削出与凸起202相匹配的通孔4，以便于将凸起202置入通孔4内。

可选的，高压介质为高压气体。

可选的，高压介质为高压液体。高压介质无论是气体还是液体，其均需要为流体介质。

进一步优化方案，密封件包括设置在模板框架两端的密封板7，两密封板7与模板框架两端可拆卸连接，两密封板7相互靠近的端面上分别固接有密封冲头8，两密封冲头8分别伸入具有凹陷处201的空腔内，高压介质通过密封板7通入具有凹陷处201的空腔内。两密封板7配合与模板框架两端固定，同时，密封板7上的密封冲头8伸入管坯1的工艺段内，在密封冲头8的作用下对具有凹陷处201的空腔两端进行封堵，使得两密封冲头8与具有凹陷处201的空腔内壁配合形成一封闭空间，在密封板7和密封冲头8上设置有一流体通道，通过流体通道向具有凹陷处201的空腔内注入高压介质。高压介质为待校形筋板的一侧提供高压，可令凸起处材料在刚性进给端引起的主驱动力作用下发生以弯曲变形为主的修复行为，高压介质提供内压仅需支撑材料，使其不发生褶皱。

其中，密封板7上和上模板5、下模板6相对应的位置分离开设有固定孔，在固定孔内螺纹连接有固定螺栓，在固定螺栓的作用下，将密封板7固定在上模板5与下模板6上。

进一步优化方案，密封冲头8上固接有密封圈9，密封圈9外壁面分别与所述管坯1内壁面、正常筋板3、待校形筋板2抵接。

密封圈9的作用是再次提高密封冲头8的密封效果，使得高压介质不易由密封冲头8与管坯1、待校形筋板2、正常筋板3的连接处逸出。

进一步优化方案，进给机构为一动力装置10，进给端为一进给冲头11，动力装置10通过传动件与进给冲头11传动连接，进给冲头11伸入通孔4内，且进给冲头11与凸起202抵接，动力装置10通过支撑件与密封板7可拆卸连接。

本发明的一个实施例中，动力装置10为电动机，电动机固定在支撑件顶端，传动件包括齿轮16和齿条17，齿条17顶端与支撑件顶端滑动连接，齿条17靠近刚性板的一侧与进给冲头11固接，电动机输出端与齿轮16固接，齿轮16与齿条17啮合。通过电动机工作，带动齿轮16旋转，齿轮16带动齿条17运动，进而实现进给冲头11的运动。

本发明的另一实施例中，动力装置10为一气缸，气缸固定在支撑件顶端，气缸活动端与进给冲头11固定。在气缸的作用下，其活动端可直接带动进给冲头11运动。

进一步的，上述动力装置10可由计算机控制，在电动机输出端转动某一行程或者气缸活动端运动某一行程后锁定。

进一步优化方案，进给冲头11远离凸起202的一端固接有挡块12，通孔4孔径小于挡块12直径。当进给冲头11停止运动后，挡块12与刚性板接触，挡块12的设置，使得挡块12与刚性板接触后，进给冲头11无法运动，以避免待校形筋板2校形完毕后，进给冲头11继续运动，对校形完毕的待校形筋板2造成破坏。

可选的，进给冲头11表面可根据凹陷处201和凸起202原有设计曲率改变形状，其用于校形具有不同缺陷形状的待校形筋板2。

进一步优化方案，支撑件为支撑架13，动力装置10底端与支撑架13顶端固接，支撑架13两端分别与两密封板7可拆卸连接，刚性板两端分别与两密封板7可拆卸连接。支撑架13为一板状结构，同时，刚性板和支撑架13较长，密封板7上分别开设有与刚性板和支撑架13相适配的通口，通过将刚性板两端和支撑架13两端分别伸入通口内，实现对支撑架13和刚性板的固定支撑。

进一步优化方案，模板框架包括相对设置的上模板5和下模板6，管坯1位于上模板5与下模板6之间，管坯1外壁面与上模板5和下模板6内壁面适配，上模板5与下模板6通过卡件可拆卸连接。上模板5位于下模板6上方，上模板5与下模板6的开口方向对应设置，当拆卸模板框架时，将上模板5由下模板6取下即可，将管坯1置入下模板6内，再将上模板5通过卡件与下模板6连接，由于上模板5和下模板6内壁面与管坯1外壁面适配，因此上模板5和下模板6对管坯1进行限位，使其不能发生偏移。

本发明的一个实施例中，卡件包括与下模板6顶端固接的若干合模导柱15，上模板5底端开设有若干与合模导柱15匹配的合模插孔，上模板5通过合模插孔和合模导柱15与下模板6连接并限位。

进一步的，合模导柱15固定在上模板5顶端，合模插孔开设在下模板6顶端。该种设置，便于上模板5上的合模导柱15快速对准下模板6的合模插孔。

本发明的另一实施例中，上模板5和下模板6两端的外壁面分别固接有安装板18，上模板5的安装板18与下模板6的安装板18接触，上模板5的安装板18与下模板6的安装板18开设有相匹配的安装孔19，安装孔19内螺纹连接有安装螺栓。在安装螺栓的作用下，对上模板5的安装板18与下模板6的安装板18进行固定，从而实现上模板5与下模板6的固定。

进一步的，上模板5与其上设置的安装板18优选为一体成型结构，下模板6与其上设置的安装板18优选为一体成型结构。

进一步优化方案，刚性板包括内模板14，内模板14与待校形筋板2具有凸起202的一侧贴合，且内模板14上开设的通孔4与凸起202适配。

其中，内模板14和支撑架13上分别可拆卸连接有带有肋板的楔块20，楔块20一端与内模板14或支撑架13通过螺栓可拆卸连接，楔块20另一端与密封板7外壁通过另一螺栓可拆卸连接。通过设置楔块20，对内模板14和支撑架13与密封板7进行固定。

可选的，内模板14可采用模块化制作，即内模板14由多块长度不同或者长度相同的等厚度标准件连接而成，并由螺栓进行连接。该种设置，一方面可调换通孔4位置，即在某一标准件上加工通孔4，将该标准件两侧安装其余标准件，将该标准件与凸起202对应，减小加工难度。另一方面。待使用完毕后，仅需要替换该标准件，采用新的未加工的标准件再次进行加工，该种设置减少了用料消耗，一套内模板14可多次用于校形。

进一步优化方案，管坯1的轴向长度小于模板框架的轴向长度，待校形筋板2的轴向长度小于刚性板的轴向长度。管坯1的长度相对于模板框架小，使得模板框架可正常容纳管坯1，并方便密封冲头8的封堵，而内模板14的长度大于待校形筋板2，使得内模板14可对待校形筋板2进行较为全面的支撑。

一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形方法，校形步骤包括：

S1、处理管坯1：将管坯1置入模板框架，随后向待校形筋板2上安装刚性板。对管坯1进行工艺段处理。工艺段是设计加工流程时，为方便装卡、填充密封冲头8，特意在管坯1两端额外延长的在加工结束后可去除的一端管坯1。该工艺段管坯1的作用是容纳密封冲头8，起到对待校形筋板2的密封，其中，工艺段切除工艺是较为成熟的加工工艺，可采用激光加工、电火花加工或超高压水射流切割进行去除。

可选的，将管坯1的端部进行工艺段处理后，将管坯1置入下模板6的空腔内，随后按照顺序依次安装密封板7，将密封冲头8置入具有凹陷处201的空腔内，随后安装支撑架13和动力装置10，待上述部件安装完毕后，最后再进行上模板5与下模板6的合模操作。

将上模板5和下模板6分离，将管坯1置入上模板5内，随后再将下模板6与上模板5固定连接，对管坯1进行限位。

根据待校形筋板2的凸起202位置，对内模板14进行加工，使其满足使用要求，随后将内模板14贴附在待校形筋板2上。

S2、安装进给机构和密封件：向模板框架两侧固定密封件，随后将进给机构固定在密封件上。

对内模板14和支撑架13进行吊装，在支撑架13上安装动力装置10，并将进给冲头11伸入内模板14上预开设的通孔4内。

在上模板5和下模板6的两端固定密封板7，将密封板7上的密封冲头8置入具有凹陷处201的空腔内，两密封冲头8配合对具有凹陷处201的空腔进行封堵，并将内模板14和支撑架13固定在密封板7上。

S3、通入高压介质：向具有凹陷处201的空腔内通入高压介质。

在管坯1外设置有流体压力源，流体压力源通过一连通管穿过密封冲头8伸入空腔内，并向具有凹陷处201的空腔内通入高压介质。

S4、开始校形：启动进给机构，对待校形筋板2进行校形，校形完毕后，关闭进给结构，导出高压介质。监测具有凹陷处201的空腔内的高压介质压力，待高压介质压力达到预定值，启动进给机构，进给结构的进给端挤压凸起202。待具有凹陷处201的空腔内的压力达到预设值后，启动动力装置10，动力装置10带动进给冲头11运动，通过进给冲头11挤压凸起202，直至恢复待校形筋板2。

待校形完毕后，处理管坯1工艺段，获取完成校形的管坯1。上述步骤完毕后，通过激光切割或超高水射流切割对管坯1的工艺端进行切除，从而得的最后的可使用的管坯1。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，包括具有若干空腔的管坯（1），所述空腔内固接有待校形筋板（2），其特征在于：还包括，

可分离的模板框架，所述模板框架两侧具有开口，所述管坯（1）位于所述模板框架内，所述管坯（1）外壁面与所述模板框架内壁面适配；

密封件，可拆卸连接在所述模板框架两侧，所述密封件对具有凹陷处（201）的空腔进行封堵，具有所述凹陷处（201）的空腔内设置有高压介质；

刚性板和进给机构，可拆卸的固定在所述密封件上，其中，所述刚性板和所述进给机构均设置在所述待校形筋板（2）具有凸起（202）的一侧，所述刚性板与所述待校形筋板（2）贴合，所述刚性板开设有容纳所述凸起（202）的通孔（4）；所述进给机构具有一进给端，所述进给端通过所述通孔（4）与所述凸起（202）抵接；

所述进给机构为一动力装置（10），所述进给端为一进给冲头（11），所述动力装置（10）通过传动件与所述进给冲头（11）传动连接，所述进给冲头（11）伸入所述通孔（4）内，且所述进给冲头（11）与所述凸起（202）抵接，所述动力装置（10）通过支撑件与密封板（7）可拆卸连接；

所述进给冲头（11）远离所述凸起（202）的一端固接有挡块（12），所述通孔（4）孔径小于所述挡块（12）直径；

所述支撑件为支撑架（13），所述动力装置（10）底端与所述支撑架（13）顶端固接，所述支撑架（13）两端分别与两所述密封板（7）可拆卸连接，所述刚性板两端分别与两所述密封板（7）可拆卸连接；

所述刚性板包括内模板（14），所述内模板（14）与所述待校形筋板（2）具有所述凸起（202）的一侧贴合，且所述内模板（14）上开设的所述通孔（4）与所述凸起（202）适配；

所述管坯（1）的轴向长度小于所述模板框架的轴向长度，所述待校形筋板（2）的轴向长度小于所述刚性板的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，其特征在于：所述密封件包括设置在所述模板框架两端的密封板（7），两所述密封板（7）与所述模板框架两侧可拆卸连接，两所述密封板（7）相互靠近的端面上分别固接有密封冲头（8），两所述密封冲头（8）分别伸入具有所述凹陷处（201）的空腔内，所述高压介质通过所述密封板（7）通入具有所述凹陷处（201）的空腔内。

3.根据权利要求2所述的多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，其特征在于：所述密封冲头（8）上固接有密封圈（9），所述密封圈（9）外壁面分别与所述管坯（1）内壁面、正常筋板（3）、所述待校形筋板（2）抵接。

4.根据权利要求1所述的多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，其特征在于：所述模板框架包括相对设置的上模板（5）和下模板（6），所述管坯（1）位于所述上模板（5）与所述下模板（6）之间，所述管坯（1）外壁面与所述上模板（5）和所述下模板（6）内壁面适配，所述上模板（5）与所述下模板（6）通过卡件可拆卸连接。

5.一种多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形方法，根据权利要求1所述的多腔薄壁管筋板凹陷曲弧化直校形装置，其特征在于：校形步骤包括：

S1、处理管坯（1）：将管坯（1）置入模板框架，随后向待校形筋板（2）上安装刚性板；

S2、安装进给机构和密封件：向模板框架两侧固定密封件，随后将进给机构固定在密封件上；

S3、通入高压介质：向具有凹陷处（201）的空腔内通入高压介质；

S4、开始校形：启动进给机构，对待校形筋板（2）进行校形，校形完毕后，关闭进给结构，导出高压介质。