CN116274588B - 一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金设备技术领域，特别涉及一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置及方法。一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，包括上模和下模，上模包括上模板，上模板中间设有台阶孔，较小台阶孔内设有芯模，较大台阶孔内设有锁紧螺母，芯模的下部形状与异形模锻件相似，芯模的下部形状尺寸小于异形模锻件的外形尺寸，芯模的下部外侧设有皮囊，皮囊与芯模的连接处设有密封环，芯模的上部侧面设有进油口，芯模的中部向下设有油道，进油口与油道相连通，油道与皮囊和芯模之间形成的空腔相连通。本发明采用和模锻件形状相同的高压皮囊从模锻件内部加压，进而对模锻件校形，消除残余应力和局部尺寸偏差，提高了模锻件的质量。

Description

一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置及方法

技术领域

本发明属于冶金设备技术领域，特别涉及一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置及方法。

背景技术

随着国内外航空航天工业的迅速发展，对航空模锻件的需求日益增加，对质量的要求越来越高，尤其是空天模锻件的均匀性要求更高。而模锻件在模锻加工后不可避免的存在残余应力和局部尺寸的偏差，需要采用校形的方法消除残余应力。

现有的校形方法多采用机械压制的办法，采用和模锻件形状相似的机械压头通过压力机对模锻件压制，是模锻件产生一定的塑性变形，进而消除模锻件的残余应力，修正局部尺寸。这种校形方法因为是机械压制，难免形成局部接触，导致残余应力消除不充分，局部尺寸消除亦不到位。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置及方法，该装置采用和模锻件形状相同的高压皮囊从模锻件内部加压，进而对模锻件校形，消除残余应力和局部尺寸偏差，提高了模锻件的质量。

本发明的技术方案在于：一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，包括上模和位于所述上模下部的下模，所述上模包括上模板，所述上模板中间设有台阶孔，其中较小台阶孔内设有芯模，较大台阶孔内设有锁紧螺母，所述锁紧螺母将芯模与上模板固定连接，所述芯模的下部形状与异形模锻件相似，所述芯模的下部形状尺寸小于所述异形模锻件的外形尺寸，所述芯模的下部外侧设有皮囊，所述皮囊与芯模的连接处设有密封环，所述芯模的上部侧面设有进油口，所述芯模的中部向下设有油道，所述进油口与所述油道相连通，所述油道与所述皮囊和芯模之间形成的空腔相连通。

所述上模板下部与皮囊上表面之间设有弹性尼龙垫。

所述弹性尼龙垫尺寸大于所述异形模锻件的上部外形尺寸。

所述密封环包括密封环本体，所述密封环本体上部呈“脖颈”形结构，包括密封环头部和密封环脖颈，所述密封环头部位于所述密封环脖颈上方，且所述密封环头部的厚度大于所述密封环脖颈的厚度，所述密封环本体上部 “脖颈”形结构与所述皮囊上部结构相匹配。

所述上模板下表面与所述芯模上部侧面之间设有密封块，所述密封块靠近所述芯模一侧设有第一环形密封圈。

所述密封环本体靠近所述密封块一侧设有第二环形密封圈。

所述下模中间加工有型腔，所述型腔形状与异形模锻件的外形相似，所述下模型腔形状尺寸大于所述异形模锻件的外形尺寸。

所述皮囊的校形变形量≤3%。

一种高压液体消除异形模锻件残余应力的方法，使用如上所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将异形模锻件放入下模的型腔内，然后上模下降与下模闭合，芯模及皮囊伸入异形模锻件的型腔内；

S2：通过芯模的进油口向皮囊的内腔充入高压液体，使皮囊膨胀与异形模锻件的内壁接触并向异形模锻件的内壁施加载荷，对异形模锻件起到胀形作用使其产生塑性变形；

S3：异形模锻件的最大胀形变形量由下模的型腔控制，即当异形模锻件在胀形变形至异形模锻件外壁并与下模的型腔内壁接触，下模就阻止了异形模锻件的进一步变形，此时完成异形模锻件的残余应力消除。

本发明的技术效果在于：1.本发明通过采用和异形模锻件内部形状相似的高压皮囊从异形模锻件内部对异形模锻件施加载荷，可以使异形模锻件在高压下均匀的塑性变形；2.本发明异形模锻件外部有和异形模锻件形状相似的芯模约束，可以控制异形模锻件的变形量并确保变形均匀；3.本发明高压皮囊内部的液体压力可调可控，使得校形的变形量可以准确控制；4.本发明皮囊的端部装有专门的密封结构和弹性体，可以适用异形模锻件端部一定程度的不平整并确保高压压力的准确建立。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为本发明实施例一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置结构示意图。

图2为本发明实施例皮囊的密封结构示意图。

附图标记：1-上模，11-上模板，12-皮囊，13-密封环，14-锁紧螺母，15-芯模，16-进油口，18-油道，19-密封块，20-第一环形密封圈，2-下模，17-弹性尼龙垫，3-异形模锻件，131-密封环头部，132-密封环脖颈，133-第二环形密封圈，134-密封环本体。

实施方式

实施例1 如图1所示，一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，包括上模1和位于所述上模1下部的下模2，所述上模1包括上模板11，所述上模板11中间设有台阶孔，其中较小台阶孔内设有芯模15，较大台阶孔内设有锁紧螺母14，所述锁紧螺母14将芯模15与上模板11固定连接，所述芯模15的下部形状与异形模锻件3相似，所述芯模15的下部形状尺寸小于所述异形模锻件3的外形尺寸，所述芯模15的下部外侧设有皮囊12，所述皮囊12与芯模15的连接处设有密封环13，所述芯模15的上部侧面设有进油口16，所述芯模15的中部向下设有油道18，所述进油口16与所述油道18相连通，所述油道18与所述皮囊12和芯模15之间形成的空腔相连通。

实际使用过程中，本发明将异形模锻件3放入下模2的型腔内，然后上模1下降与下模2闭合，芯模15及皮囊12伸入异形模锻件3的型腔内；通过芯模15的进油口16向皮囊12的内腔充入高压液体，使皮囊12膨胀与异形模锻件3的内壁接触并向异形模锻件3的内壁施加载荷，对异形模锻件3起到胀形作用使其产生塑性变形；异形模锻件3的最大胀形变形量由下模2的型腔控制，即当异形模锻件3在胀形变形至异形模锻件3外壁并与下模2的型腔内壁接触，下模2就阻止了异形模锻件3的进一步变形，此时完成异形模锻件3的残余应力消除。本发明通过采用和异形模锻件内部形状相似的高压皮囊从异形模锻件内部对异形模锻件施加载荷，可以使异形模锻件在高压下均匀的塑性变形；异形模锻件外部有和异形模锻件形状相似的芯模约束，可以控制异形模锻件的变形量并确保变形均匀；高压皮囊内部的液体压力可调可控，使得校形的变形量可以准确控制。

实施例2： 优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述上模板11下部与皮囊12上表面之间设有弹性尼龙垫17。

实际使用过程中，本发明在皮囊与上模板之间装有弹性尼龙垫17，皮囊12膨胀时起到保护皮囊12的作用。

实施例3： 优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述弹性尼龙垫17尺寸大于所述异形模锻件3的上部外形尺寸。

实际使用过程中，本发明弹性尼龙垫17外周尺寸大于锻件外周尺寸，皮囊12膨胀时，弹性尼龙垫17可以适应异形模锻件3上端面不平整度。

实施例4： 优选的，在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例中，所述密封环13包括密封环本体134，所述密封环本体134上部呈“脖颈”形结构，包括密封环头部131和密封环脖颈132，所述密封环头部131位于所述密封环脖颈132上方，且所述密封环头部131的厚度大于所述密封环脖颈132的厚度，所述密封环本体134上部 “脖颈”形结构与所述皮囊12上部结构相匹配。

实际使用过程中，本发明所述密封环本体134上部呈“脖颈”形结构，在胀形时，皮囊12内的液体压力对密封环13产生压力，使相对薄弱的密封环脖颈132处产生变形，从而使密封环头部131进一步压紧皮囊12，压力越高压得越紧，实现随液体压力升高而自密封的效果，确保了皮囊12的密封性。

实施例5： 优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述上模板11下表面与所述芯模15上部侧面之间设有密封块19，所述密封块19靠近所述芯模15一侧设有第一环形密封圈20。

实际使用过程中，本发明所述上模板11下表面与所述芯模15上部侧面之间设有密封块19，所述密封块19靠近所述芯模15一侧设有第一环形密封圈20，保证皮囊12在施加液体压力时，密封块19靠近所述芯模15之间不发生泄漏。

实施例6： 优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述密封环本体134靠近所述密封块19一侧设有第二环形密封圈133。

实际使用过程中，本发明所述密封环本体134靠近所述密封块19一侧设有第二环形密封圈133，保证皮囊12在施加液体压力时，密封环本体134与密封块19之间不发生泄漏。

实施例7： 优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述下模2中间加工有型腔，所述型腔形状与异形模锻件3的外形相似，所述下模2型腔形状尺寸大于所述异形模锻件3的外形尺寸。

实际使用过程中，本发明下模2中间加工有型腔，型腔形状与异形模锻件3的外形类似，并比异形模锻件3外形略大，其型腔尺寸是按异形模锻件3的最大允许胀形变形量设计的，其对异形模锻件3的胀形量起到约束作用。

实施例8： 优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述皮囊12的校形变形量≤3%。

实际使用过程中，本发明为了防止胀形变形超量，确保胀形变形量控制在3%以内

实施例9： 一种高压液体消除异形模锻件残余应力的方法，使用如上所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将异形模锻件3放入下模2的型腔内，然后上模1下降与下模2闭合，芯模15及皮囊12伸入异形模锻件3的型腔内；

S2：通过芯模15的进油口16向皮囊12的内腔充入高压液体，使皮囊12膨胀与异形模锻件3的内壁接触并向异形模锻件3的内壁施加载荷，对异形模锻件3起到胀形作用使其产生塑性变形；

S3：异形模锻件3的最大胀形变形量由下模2的型腔控制，即当异形模锻件3在胀形变形至异形模锻件3外壁并与下模2的型腔内壁接触，下模2就阻止了异形模锻件3的进一步变形，此时完成异形模锻件3的残余应力消除。

本发明的胀形过程需要放置在液压机内执行，上模1安装在压机动梁下，下模2安装在压机工作台上，胀形时通过液压机的使上下模一直处于压紧闭合状态。本发明采用和异形模锻件内部形状相似的高压皮囊从模锻件内部对模锻件施加载荷，皮囊内部充满高压液体，在高压液体压力的作用下异形模锻件进行均匀的塑性变形，异形模锻件外面装有和模锻件外部形状类似的模具，约束模锻件在高压皮囊作用下的塑性变形，进而保证变形的均匀性和变形量受控。皮囊内的压力按照变形量设定调整可控，确保校形的变形量在3%以内；皮囊内部和上部安装有活动的上模，端部有专门的密封结构，内部的上模减少了液体的充入量并对皮囊有一定的支撑，端部的密封装置可以确保高压压力稳定的建立；皮囊上部有弹性体压块，可以适用异形模锻件端部一定程度的不平整。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：包括上模（1）和位于所述上模（1）下部的下模（2），所述上模（1）包括上模板（11），所述上模板（11）中间设有台阶孔，其中较小台阶孔内设有芯模（15），较大台阶孔内设有锁紧螺母（14），所述锁紧螺母（14）将芯模（15）与上模板（11）固定连接，所述芯模（15）的下部形状与异形模锻件（3）相似，所述芯模（15）的下部形状尺寸小于所述异形模锻件（3）的外形尺寸，所述芯模（15）的下部外侧设有皮囊（12），所述皮囊（12）与芯模（15）的连接处设有密封环（13），所述芯模（15）的上部侧面设有进油口（16），所述芯模（15）的中部向下设有油道（18），所述进油口（16）与所述油道（18）相连通，所述油道（18）与所述皮囊（12）和芯模（15）之间形成的空腔相连通，所述上模板（11）下表面与所述芯模（15）上部侧面之间设有密封块（19），所述密封块（19）靠近所述芯模（15）一侧设有第一环形密封圈（20），所述密封环（13）包括密封环本体（134），所述密封环本体（134）上部呈“脖颈”形结构，包括密封环头部（131）和密封环脖颈（132），所述密封环头部（131）位于所述密封环脖颈（132）上方，且所述密封环头部（131）的厚度大于所述密封环脖颈（132）的厚度，所述密封环本体（134）上部 “脖颈”形结构与所述皮囊（12）上部结构相匹配，所述密封环本体（134）靠近所述密封块（19）一侧设有第二环形密封圈（133）。

2.根据权利要求1所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：所述上模板（11）下部与皮囊（12）上表面之间设有弹性尼龙垫（17）。

3.根据权利要求2所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：所述弹性尼龙垫（17）尺寸大于所述异形模锻件（3）的上部外形尺寸。

4.根据权利要求1所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：所述下模（2）中间加工有型腔，所述型腔形状与异形模锻件（3）的外形相似，所述下模（2）型腔形状尺寸大于所述异形模锻件（3）的外形尺寸。

5.根据权利要求1所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：所述皮囊（12）的校形变形量≤3%。

6.一种高压液体消除异形模锻件残余应力的方法，使用如权利要求1所述一种高压液体消除异形模锻件残余应力的装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将异形模锻件（3）放入下模（2）的型腔内，然后上模（1）下降与下模（2）闭合，芯模（15）及皮囊（12）伸入异形模锻件（3）的型腔内；

S2：通过芯模（15）的进油口（16）向皮囊（12）的内腔充入高压液体，使皮囊（12）膨胀与异形模锻件（3）的内壁接触并向异形模锻件（3）的内壁施加载荷，对异形模锻件（3）起到胀形作用使其产生塑性变形；

S3：异形模锻件（3）的最大胀形变形量由下模（2）的型腔控制，即当异形模锻件（3）在胀形变形至异形模锻件（3）外壁与下模（2）的型腔内壁接触，下模（2）就阻止了异形模锻件（3）的进一步变形，此时完成异形模锻件（3）的残余应力消除。