CN117506349A - 一种中空圆环件的扩散连接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中空圆环件的扩散连接系统，属于精密塑性加工技术领域，解决了现有成形加工技术材料利用率低，不便于大批量生产，生产周期长，加工效率低的问题。本发明的一种中空圆环件的扩散连接系统包括预成形装置和扩散连接装置，预成形装置用于将坯料压制成为半成品坯料；扩散连接装置用于将多个成品坯料扩散连接成为中空圆环件。本发明的扩散连接系统直接选用板料下料，材料不存在浪费，材料利用率高；多件坯料同时挤压成形，预成形加工效率高；在连接炉中同时放入多个扩散连接模块，扩散连接效率高。

Description

一种中空圆环件的扩散连接系统

技术领域

本发明涉及精密塑性加工技术领域，尤其涉及一种中空圆环件的扩散连接系统。

背景技术

钛合金中空圆环件以端框类为代表多为轻量化承力结构件。常规锻环机加的方案难以实现钛合金中空圆环件的加工，可采用厚板机加或铸造成圆环半腔，再轴向施力扩散连接的方法实现圆环空腔结构的成形。

以上加工方法虽能实现钛合金中空圆环件的加工，但厚板机加成圆环半腔时材料利用率很低；铸造成圆环半腔的生产周期长，加工效率低，以上两种制造方法均导致加工成本升高。

因此，急需一种中空圆环件的扩散连接系统，以解决上述材料利用率低，不便于大批量生产，生产周期长，加工效率低的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种中空圆环件的扩散连接系统，用以解决现有成形加工技术材料利用率低，不便于大批量生产，生产周期长，加工效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种中空圆环件的扩散连接系统，包括预成形装置和扩散连接装置，预成形装置用于将坯料压制成为半成品坯料；扩散连接装置用于将多个成品坯料扩散连接成为中空圆环件。

进一步地，预成形装置包括预成形模具和热成形机，预成形模具设置在热成形机内。

进一步地，预成形模具包括凸模和凹模，凸模用于下压坯料，在凹模内将坯料压制成为半成品坯料。

进一步地，凸模包括顶板和凸模本体，凸模本体设置在顶板的一端。

进一步地，凸模本体具有外型面和凸模轴线，外型面为半圆弧面。

进一步地，热成形机包括机体、压杆、顶杆、第一门和第二门，压杆、顶杆、第一门和第二门均设置在机体上。

进一步地，热成形机还包括预成形加热单元。

进一步地，第一门和第二门分别设置在机体的两端。

进一步地，扩散连接装置包括扩散连接模具和连接炉，扩散连接模具设置在连接炉内

进一步地，连接炉包括炉体和扩散加热单元，扩散加热单元设置在炉体中。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明的预成形模具的台阶为多级台阶，包括第一级台阶、第二级台阶和第三级台阶，在预成形加工时确保凸模本体外型面的顶点均能够与半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料的中点连接，从而将半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料压制成为左右对称的半圆环半成品坯料、1/3圆环半成品坯料或1/4圆环半成品坯料，确保预成形加工的质量；

(2)本发明预成形模具的补偿挡块用于填补第二级台阶或第三级台阶，将第一凹模座的内型面补偿为完整的半圆弧面，确保半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的预成形加工质量；第一级台阶和第二级台阶的端面上均设有固定槽，固定条能够插入固定槽，能够将第一挡块与第一级台阶连接，将第二挡块与第二级台阶连接，对第一凹模座的内型面进行补偿；

(3)本发明预成形模具的固定槽为燕尾槽，固定条为梯形条，固定条无法向第一凹模座的内型面方向脱离固定槽，防止补偿挡块脱离台阶；

(4)本发明预成形模具的顶料单元包括顶料板和顶料支杆，在预成形结束后，热成形机能够支撑顶料支杆，顶料支杆带动顶料板，将半成品坯料顶出凹模，完成脱模；

(5)本发明扩散连接系统对板料下料，材料不存在浪费，材料利用率高；多件坯料同时挤压成形，预成形加工效率高；在连接炉中同时放入多个扩散连接模块，扩散连接效率高；在脱模时，半成品坯料能够自行脱模并被顶料板托举；如果半成品坯料抱紧凸模本体，在缺口内插入铁片并压向凸模本体和半成品坯料之间，将半成品坯料与凸模本体分离；因为第二架杆的长度小于第一架杆的长度，卸料滑道具有坡度，半成品坯料能够在倾斜的卸料滑道上自行划出下落，完成自动卸料。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为是扩散连接系统的整体结构示意图；

图2为坯料的整体结构示意图；

图3为半成品坯料的整体结构示意图；

图4为成品坯料的整体结构示意图；

图5为中空圆环件的整体结构示意图；

图6为实施例1的预成形模具的整体结构示意图；

图7为第一凸模座的整体结构示意图；

图8为台阶的整体结构示意图；

图9为补偿挡块的整体结构示意图；

图10为补偿挡块与台阶连接时第一凸模座的整体结构示意图；

图11为实施例2的预成形模具的整体结构示意图；

图12为预成形装置的整体结构示意图；

图13为热成形机的整体结构示意图；

图14为扩散连接模具的整体结构示意图。

附图标记：

1-预成形模具；2-热成形机；3-扩散连接模具；4-连接炉；11-凸模；12-凹模；13-拉框；14-顶料单元；15-卸料架；16-卸料杆；21-机体；22-压杆；23-顶杆；24-第一门；25-第二门；31-第一定位块；32-第二定位块；33-第三定位块；34-第四定位块；35-中心限位块；36-侧限位块；37-侧限位缺口；38-侧顶杆；39-销钉；100-中空圆环件；101-坯料；102-半成品坯料；103-成品坯料；104-通孔；111-顶板；112-凸模本体；113-缺口；121-第一凹模座；122-台阶；123-补偿挡块；124-固定条；125-固定槽；126-第二凹模座；127-定位组件；141-顶料板；142-顶料支杆；1221-第一级台阶；1222-第二级台阶；1223-第三级台阶；1231-第一挡块；1232-第二挡块；1261-第一定位块；1262-第二定位块。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种中空圆环件的扩散连接系统(以下简称成形系统)，包括预成形装置和扩散连接装置，预成形装置包括预成形模具1和热成形机2，预成形模具1设置在热成形机2内；扩散连接装置包括扩散连接模具3和连接炉4；扩散连接模具3设置在连接炉4内。预成形装置用于将坯料101压制成为半成品坯料102；半成品坯料102经机加工后制成成品坯料103，扩散连接装置用于将多个成品坯料103扩散连接成为中空圆环件100。

如图2和图3所示，坯料101为条状钛合金坯料，坯料101由板料冲压制得，坯料101上设有通孔104，通孔104经预成形加工和主成形加工后形成中空圆环件100的中空部。由于材料成分不同，坯料101能够直接冲压的长度也不同，坯料101分别为半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料，半圆环坯料的长度大于1/3圆环坯料的长度，1/3圆环坯料的长度大于1/4圆环坯料的长度。

如图4和图5所示，中空圆环件100由多个成品坯料103扩散连接成形制成，成品坯料103由半成品坯料102经切削加工制得。成品坯料103为2-4个，成品坯料103分别为半圆环成品坯料、1/3圆环成品坯料或1/4圆环成品坯料。

优选地，如图6所示，预成形模具1包括凸模11和凹模12，凸模11用于下压坯料101，在凹模12内将坯料101压制成为半成品坯料102。

优选地，凸模11包括顶板111和凸模本体112，凸模本体112设置在顶板111的一端。顶板111用于与热成形机2连接，凸模本体112具有外型面和凸模轴线，外型面为半圆弧面，凸模本体112用于将坯料101压制成半成品坯料102。

优选地，凸模11还包括缺口113，缺口113设置在外型面的一端，缺口113为与凸模轴线平行的凹槽。在半圆环半成品坯料弯曲成形后，半圆环半成品坯料可能抱紧凸模本体112的外型面，存在不易脱模的情况。在缺口113内插入铁片并压向凸模本体112和半圆环半成品坯料之间，能够将半圆环半成品坯料与凸模本体112分离，便于将半圆环半成品坯料脱模。优选地，缺口113为两个，分别设置在凸模弧面的两端。便于在凸模11的两侧进行脱模。

优选地，凸模11还包括第一中空部，第一中空部设置在顶板111和凸模本体112上，凸模本体112还包括凸模外壁，凸模外壁围合形成第一中空部，第一中空部用于将凸模11减重。凸模外壁各处的厚度均相同，在热成形机2加热过程中凸模11能够均匀受热。

优选地，如图7所示，凹模12包括第一凹模座121和台阶122，第一凹模座121包括开口，凸模11能够插入开口，台阶122设置在开口的两端。第一凹模座121包括内型面和凹模轴线，内型面为半圆弧面；两个台阶122对称于凹模轴线设置，两个台阶122的间距不小于坯料101的长度，两个台阶122用于放置坯料101，便于第一凹模座121与凸模本体112一同将坯料101压制成半成品坯料102。

优选地，如图8所示，台阶122为多级台阶，包括第一级台阶1221、第二级台阶1222和第三级台阶1223，第二级台阶1222的两端分别连接第一级台阶1221和第三级台阶1223。两个第一级台阶1221用于放置半圆环坯料，两个第二级台阶1222用于放置1/3圆环坯料，两个第三级台阶1223用于放置1/4圆环坯料，在预成形加工时确保凸模本体112外型面的顶点均能够与半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料的中点连接，从而将半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料压制成为左右对称的半圆环半成品坯料、1/3圆环半成品坯料或1/4圆环半成品坯料，确保预成形加工的质量。

如图9和图10所示，在加工半圆环坯料和1/3圆环坯料时，半圆环坯料和1/3圆环坯料会与第二级台阶1222和第三级台阶1223连接，从而破坏半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的最终成形的形状，造成质量缺陷。优选地，凹模12还包括补偿挡块123，补偿挡块123能够与第二级台阶1222或第三级台阶1223连接，用于填补第二级台阶1222或第三级台阶1223，将第一凹模座121的内型面补偿为完整的半圆弧面，确保半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的预成形加工质量。

优选地，补偿挡块123包括第一挡块1231和第二挡块1232，第一挡块1231和第二挡块1232的一端均设有固定条124，第一级台阶1221和第二级台阶1222的端面上均设有固定槽125，固定条124能够插入固定槽125，能够将第一挡块1231与第一级台阶1221连接，将第二挡块1232与第二级台阶1222连接，对第一凹模座121的内型面进行补偿。

优选地，固定槽125为燕尾槽，固定条124为梯形条，固定条124无法向第一凹模座121的内型面方向脱离固定槽125，防止补偿挡块123脱离台阶122。

优选地，凹模12还包括第二中空部，第二中空部设置在第一凹模座121内，第一凹模座121还包括凹模外壁，凹模外壁围合形成第二中空部，第二中空部用于将凹模12减重。凹模外壁各处的厚度均相同，在热成形机2加热过程中凹模12能够均匀受热。

优选地，如图6所示，本实施例的预成形模具还包括拉框13。拉框13为方形框架，凸模11能够穿过拉框13，拉框13设置在开口的两端，拉框13的两端能够与台阶122连接。拉框13用于牵拉两个台阶122，防止凹模12在预成形过程中受力变形，增加凹模12的强度。

优选地，本实施例的预成形模具还包括顶料单元14，顶料单元14设置在凹模12上。顶料单元14包括顶料板141和顶料支杆142，顶料板141设置在第一凹模座121的开口的底部，顶料支杆142穿过第一凹模座121，顶料支杆142的两端分别与顶料板141和热成形机2连接。在预成形结束后，热成形机2能够支撑顶料支杆142，顶料支杆142带动顶料板141，将半成品坯料102顶出凹模12，完成脱模。

优选地，顶料板141的端面为弧面，且与第一凹模座121内型面的弧度相同，保证半成品坯料102的弧度一致，确保半成品坯料102的的预成形质量。

优选地，为了方便卸料，本实施例的预成形模具还包括卸料单元，卸料单元设置在凸模11上。卸料单元包括卸料架15和卸料杆16，卸料架15成L形，卸料架15的一端与凸模本体112连接，卸料架15的另一端设有卸料杆孔，卸料杆16能够插入卸料杆孔并与卸料架15连接。

优选地，如图11所示，卸料架15包括第一架杆51和第二架杆52，第一架杆51设置在凸模本体112的一侧，第二架杆52设置在凸模本体112的另一侧；第一架杆51和第二架杆52均为两个，第二架杆52的长度小于第一架杆51的长度。卸料杆16的两端分别插入第一架杆51和第二架杆52的卸料杆孔，两个卸料杆16构成卸料滑道。因为第二架杆52的长度小于第一架杆51的长度，卸料滑道具有坡度。在卸料时，卸料滑道能托举半成品坯料102，而且半成品坯料102能够在倾斜的卸料滑道上滑动到第一架杆51一侧，便利本实施例的预成形模具的卸料操作。

优选地，如图12和图13所示，预成形模具1设置在热成形机2内，热成形机2包括机体21、压杆22、顶杆23、第一门24和第二门25，压杆22、顶杆23、第一门24和第二门25均设置在机体21上。

优选地，顶板111能够与压杆22固定连接，压杆22用于下压凸模11，第一凹模座121或第二凹模座126能够与机体21固定连接，顶料支杆142能够与顶杆23连接，顶杆23用于支撑顶料支杆142，顶料支杆142带动顶料板141，将半成品坯料102顶出凹模12，完成脱模。压杆22与第一压力机(图中未示出)连接，第一压力机用于驱动压杆22上下运动；顶杆23与第二压力机(图中未示出)连接，第二压力机用于驱动顶杆23上下运动。

优选地，热成形机2还包括预成形加热单元(图中未示出)，预成形加热单元用于为机体21内加热，并为预成形模具和坯料101保温；第一门24和第二门25分别设置在机体21的两端，第一门24和第二门25用于封堵机体21，防止机体21内的热量外泄。

钛合金热状态下变形抗力显著降低，且塑性较好，预成形加热单元能够加热至700-750℃，热成形机2能够保持该温度范围，有利于对坯料101进行塑性预成形加工，确保预成形加工精度。

优选地，如图14所示，扩散连接模具3包括第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34，第三定位块33和第四定位块34均设有凹陷部，第三定位块33和第四定位块34能够设置在第二定位块32上，第三定位块33和第四定位块34的凹陷部构成定位中空部，中空圆环件100能够设置在定位中空部中，第三定位块33和第四定位块34防止多个成品坯料103径向分离。第一定位块31设置在第三定位块33和第四定位块34上，并下压中空圆环件100，第一定位块31和第二定位块32防止多个成品坯料103轴向分离，第三定位块33和第四定位块34确保中空圆环件100的轴向长度。

优选地，为了防止中空圆环件100径向变形，扩散连接模具3还包括中心限位块35，中心限位块35为圆柱状限位块，中心限位块35设置在第一定位块31和第二定位块32之间，并能够放置在中空圆环件100之内，中心限位块35用于径向支撑中空圆环件100，在扩散连接时，防止中空圆环件100径向变形。

优选地，第一定位块31和第二定位块32结构相同，第三定位块33和第四定位块34结构相同。第一定位块31的两端和第二定位块32的两端均设有侧限位块36，第三定位块33的两端和第四定位块34的两端均设有侧限位缺口37，侧限位块36能够与侧限位缺口37连接，侧限位块36和侧限位缺口37用于对第三定位块33和第四定位块34进行限位，防止定位中空部变形，确保扩散连接加工质量。

第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33、第四定位块34、中心限位块35和中空圆环件100构成一个扩散连接模块，在连接炉4中能够同时放入多个扩散连接模块，以便充分利用炉内空间，提高扩散连接效率。

优选地，为了确保多个成品坯料103能够确实扩散连接，第三定位块33和第四定位块34需要对中空圆环件100进行径向挤压，连接炉4包括侧顶缸(图中未示出)，侧顶缸能够顶推第三定位块33和第四定位块34。为了确保侧顶缸与第三定位块33和第四定位块34能够确实连接，第三定位块33和第四定位块34的上设有侧顶杆38，侧顶杆38设置在第三定位块33和第四定位块34的侧壁上。

优选地，第三定位块33和第四定位块34上还设有侧顶杆孔，侧顶杆38设置在侧顶杆孔内；侧顶杆38为能够调整长短的侧顶杆，以便确实消除第三定位块33和第四定位块34与侧顶缸之间的间隙。

在某个可选的实施例中，侧顶杆38与侧顶杆孔螺纹连接，转动侧顶杆38，能够调整侧顶杆38凸出第三定位块33和第四定位块34的侧壁的长度。

在另一个可选的实施例中，第三定位块33和第四定位块34上还设有销钉39，侧顶杆38和侧顶杆孔的孔壁上均设有销钉孔，侧顶杆38与侧顶杆孔利用销钉39连接，销钉39将侧顶杆38与不同的销钉孔连接，能够调整侧顶杆38凸出第三定位块33和第四定位块34的侧壁的长度。

优选地，连接炉4还包括炉体(图中未示出)和扩散加热单元(图中未示出)，扩散加热单元和侧顶缸均设置在炉体中。炉体内能够经抽气形成负压，扩散加热单元能够将炉体内加热至910-930℃，连接炉4用于将中空圆环件100进行真空扩散连接。

相对于现有技术，本实施例预成形模具的台阶122为多级台阶，包括第一级台阶1221、第二级台阶1222和第三级台阶1223，在预成形加工时确保凸模本体112外型面的顶点均能够与半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料的中点连接，从而将半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料压制成为左右对称的半圆环半成品坯料、1/3圆环半成品坯料或1/4圆环半成品坯料，确保预成形加工的质量；补偿挡块123用于填补第二级台阶1222或第三级台阶1223，将第一凹模座121的内型面补偿为完整的半圆弧面，确保半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的预成形加工质量；补偿挡块123包括第一挡块1231和第二挡块1232，第一挡块1231和第二挡块1232的一端均设有固定条124，第一级台阶1221和第二级台阶1222的端面上均设有固定槽125，固定条124能够插入固定槽125，能够将第一挡块1231与第一级台阶1221连接，将第二挡块1232与第二级台阶1222连接，对第一凹模座121的内型面进行补偿；固定槽125为燕尾槽，固定条124为梯形条，固定条124无法向第一凹模座121的内型面方向脱离固定槽125，防止补偿挡块123脱离台阶122。

顶料单元14包括顶料板141和顶料支杆142，在预成形结束后，热成形机2能够支撑顶料支杆142，顶料支杆142带动顶料板141，将半成品坯料102顶出凹模12，完成脱模；卸料单元包括卸料架15和卸料杆16，两个卸料杆16构成卸料滑道；在卸料时，卸料滑道能托举半成品坯料102，而且半成品坯料102能够在倾斜的卸料滑道上滑动到第一架杆51一侧，便利本实施例的预成形模具的卸料操作；本实施例的热成形机2的顶杆23能够支撑顶料支杆142，顶料支杆142带动顶料板141，将半成品坯料102顶出凹模12，完成脱模；预成形加热单元能够加热至700-750℃并保持该温度范围，有利于对坯料101的预成形加工，确保预成形加工精度。

在连接炉4中能够同时放入多个扩散连接模块，以便充分利用炉内空间，提高扩散连接效率；第一定位块31下压中空圆环件100，第一定位块31和第二定位块32防止多个成品坯料103轴向分离，第三定位块33和第四定位块34确保中空圆环件100的轴向长度；侧顶杆38为能够调整长短的侧顶杆；侧顶杆38与侧顶杆孔螺纹连接，或者，销钉39将侧顶杆38与不同的销钉孔连接，均能够调整侧顶杆38凸出第三定位块33和第四定位块34的侧壁的长度，以便确实消除第三定位块33和第四定位块34与侧顶缸之间的间隙。

实施例2

本发明的另一个具体实施例，如图11所示，公开了另一种成形系统，对实施例1的凹模12进行了改进。

优选地，凹模12包括第二凹模座126和定位组件127，第二凹模座126包括开口，开口的两端为平台，平台用于放置1/4圆环坯料并压制成为1/4圆环半成品坯料。定位组件127能够设置在平台上，用于扩大第一凹模座121的内型面，并直至补偿为完整的半圆弧面。

优选地，定位组件127包括第一定位块271和第二定位块272，第二定位块272能够设置在平台上，第二定位块272用于放置1/3圆环坯料并压制成为1/3圆环半成品坯料；第一定位块271能够设置在第二定位块272上，第一定位块271用于放置半圆环坯料并压制成为半圆环半成品坯料。

优选地，第二凹模座126和定位组件127上均设有定位销孔(图中未示出)，定位销孔中插入定位销(图中未示出)，定位销能够将定位组件127和第二凹模座126固定连接，防止定位组件127脱离第二凹模座126。

相对于实施例1的凹模12，本实施例仅需按照加工要求将所需定位组件127安放在第二凹模座126的平台上，操作简单。节省加工时间。

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 (10)

1.一种中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，包括预成形装置和扩散连接装置，预成形装置用于将坯料(101)压制成为半成品坯料(102)；扩散连接装置用于将多个成品坯料(103)扩散连接成为中空圆环件(100)。

2.根据权利要求1所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述预成形装置包括预成形模具(1)和热成形机(2)，预成形模具(1)设置在热成形机(2)内。

3.根据权利要求2所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述预成形模具(1)包括凸模(11)和凹模(12)，凸模(11)用于下压坯料(101)，在凹模(12)内将坯料(101)压制成为半成品坯料(102)。

4.根据权利要求3所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述凸模(11)包括顶板(111)和凸模本体(112)，凸模本体(112)设置在顶板(111)的一端。

5.根据权利要求4所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述凸模本体(12)具有外型面和凸模轴线，外型面为半圆弧面。

6.根据权利要求2所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述热成形机(2)包括机体(21)、压杆(22)、顶杆(23)、第一门(24)和第二门(25)，压杆(22)、顶杆(23)、第一门(24)和第二门(25)均设置在机体(21)上。

7.根据权利要求6所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述热成形机(2)还包括预成形加热单元。

8.根据权利要求6所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述第一门(24)和第二门(25)分别设置在机体(21)的两端。

9.根据权利要求1所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述扩散连接装置包括扩散连接模具(3)和连接炉(4)，扩散连接模具(3)设置在连接炉(4)内。

10.根据权利要求9所述的中空圆环件的扩散连接系统，其特征在于，所述连接炉(4)包括炉体和扩散加热单元，扩散加热单元设置在炉体中。