CN1672913B - 固定和压制工件的压力机 - Google Patents

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Abstract

本发明的压力机(1)包括有用来在它们之间固定和压制工件的第一部件(4，7，14)和第二部件(5，21，27)，第一部件(4，7，14)被气缸驱动而相对于第二部件(5，21，27)移动。因此，第一部件(4，7，14)相对于第二部件(5，21，27)是可浮动地安装的，所述部件包括有在行程界限内相对于彼此进行定位的装置(31，34)，所述压力机还包括平移地导向第一部件(4，7，14)的装置(3，16)，在第一部件与导向装置(3，16)之间设有间隙，在所述间隙允许的范围内，第一部件在水平平面内进行自由平移和绕着水平平面的自由旋转。因此可以在两部件之间提供工件的准确对中，而且不产生应力。

Description

固定和压制工件的压力机
技术领域
本发明涉及一种用于固定和压制工件的压力机，特别是用于压制涡轮发动机的钛叶片。
背景技术
例如，涡轮喷气发动机的压缩机叶片是用锻造的方法制成的一种工件。首先，对叶片进行模压。这一操作过程使之成为叶片的形状，但是也导致叶片内部产生应力，而这种应力是需要平衡的。因此，叶片要放入压力机，在压力机中叶片被加热并且由两片具有模腔的冲模进行压制，该模腔的形状对应于叶片的形状。这样，叶片内部的应力就会得到缓和。
以前的技术，特别是制造诸如风扇叶片等工件的技术，使用的是这样一种压力机，它包括至少一个用于支撑冲模的压板，该压板可以靠液压缸进行垂直的平移，以便通过将其压在另一冲模上从而在钛叶片上产生压力，该另一冲模本身也需要由压板支撑。它们整个被插入到带有等温闭合罩的加热炉中，通常在700℃至900℃的条件下加热一定的时间。
这种叶片具有复杂的三维形状。叶片在冲模中不正确的放置会导致叶片表面的压力不平衡并且由此形成新的应力，这与我们想要达到的目的是背道而驰的。因此，冲模相对位置的调整是十分精密的，可移动的冲模冲压时微小的角度改变也会导致上述问题的发生。
发明内容
本发明的目的就是找到一种解决上述问题的方法。
为此，本发明涉及一种压力机，它包括用于对其间的待处理工件进行固定和压制的第一部件和第二部件，第一部件被驱动装置驱动为相对于第二部件平移，其特征在于：第一部件相对于第二部件是可浮动地安装的，以及所述部件在行程界限内相对彼此定位的装置，压力机包括有第一部件的平移导向装置并且在第一部件和导向装置之间设有间隙，在所述间隙允许的范围内，第一部件在水平平面内进行自由平移和绕着水平平面的自由旋转。
由于可浮动，可以理解的是，第一部件可以在数个方向上自由移动，在一定程度上可以是6个方向，也就是移动的尺度由驱动装置所允许的平移行程的尺度所限制。
优选地，第一部件和第二部件都包括有用来固定和压制工件的冲模。
更加优选地，将第一部件相对于第二部件定位的装置包括有至少一个与钻孔相配合的定位销。
有利地，在这种情况下，第一部件的冲模包括有至少一个所谓的定位销，并且第二部件的冲模包括有至少一个所谓的钻孔。
更加有利地，每个定位销包括有圆柱体形部分和截头圆锥体形部分。
在本发明的压力机的优选实施例中，驱动装置包括气缸。
根据本发明的另一个特点，垂直放置的压力机包括至少一个用来在一个位置支撑第一部件的隔离片，以及用来相对于第一部件平移地驱动第二部件的第二装置。
优选地，在这种情况下，第二平移驱动装置包括液压缸。
根据本发明，每一部件包括有压板和支撑冲模的绝热支撑台。
在这种情况下有利地，在冲模的周边上布置有至少一层绝热层。
有利地，至少一个绝热支撑台包含有加热电阻器。
根据本发明的第一具体实施例，加热电阻器包含在夹头中。
根据本发明的第二具实施例，加热电阻器是以嵌入并卷曲在绝热支撑台中。
本发明尤其涉及压力机用于热矫正锻造成形的涡轮发动机叶片的应用，但是申请人并非将其权利的范围局限在本申请中。
附图说明
借助于以下参考附图对本发明压力机优选实施例的描述，可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了本发明压力机的一个优选实施例的示意性侧面剖视图，在图1的左半部分中下模在低位置，在图1的右半部分中上模在高位置。
图2示出了本发明压力机的优选实施例的下部分的示意性俯视图。
图3示出了本发明压力机的下绝热支撑台的第一实施例的示意性俯视图。
图4示出了本发明压力机的下绝热支撑台的第二实施例的示意性俯视图。
具体实施方式
参考图1，本发明的压力机1包括结构基底2、形成一个平行六面体结构或者压力机1框架的四个支柱3。支柱3支撑着下压板4和上压板5，这里，压板是圆形形状。在图1中，压力机1是以两种不同的结构显示的，图1被分成两部分，分别在压力机1的垂直的整体对称的平面6的两侧。下压板4可以垂直地平移。在对称平面6的左半部分，下压板4以低位置示出，在对称平面6的右半部分，下压板4以高位置示出，这将会在后面进行更详细的描述。
下压板4在它的中间部分，支撑下绝热支撑台7，该支撑台包括由垂直壁9支撑的圆形压板8。压板8也可以是其它形状。垂直壁9在它们之间限定了包含热绝缘体的空腔10，例如包含陶瓷纤维。下绝热支撑台7的压板8包含有加热电阻器11，这会在后面部分进行更详细的描述。
下压板4沿着其外围部分支撑着下绝热支撑台7周围并高于其高度的下绝热层12。下绝热层12支撑着中间绝热层13，中间绝热层在下绝热支撑台7的水平之上从下绝热层12延伸。
下绝热支撑台7的压板8支撑着用来对锻造工件进行压制的下模14，工件在图里没有示出。这里，冲模14是圆形的。
参考图2，下模14包括模腔45，其下半部分的形状要符合锻造工件的形状，这个工件就是本发明优选实施例中的涡轮喷气发动机的钛叶片。
在下绝热支撑台7的压板8与下模14之间，有一套由倾斜的薄垫片构成的系统，可以抑制部件8、14间的间隙，而且可以有利的替代传统的在高温条件不适用的螺丝与螺母组件。
下压板4在四个2×2直径地相对的点中支撑着套筒15，套筒对应于相应的隅角围绕着柱体3，并在其外侧于压板4之上延伸。套筒15在它的下端与下压板4成整体。每个套筒15在它的上端包括有可以沿着柱体3平移滑动的环16。通过套筒15，下压板4与环16成整体，并和相应的柱体3一起，实现对下压板4的平移导向作用。
每个环16与相应的柱体3之间的滑动连接通过间隙配合实现。这个间隙在图1和图2中用箭头18示出。这个间隙可以明显地允许在与平移轴线相垂直的平面(即这里的水平平面)内的平移和旋转运动以及绕着这一平面内的绕轴的旋转运动。
在每一个柱体3的底部，在基部2上，压力机1包含支撑着隔离片20的薄垫片19，当压板4在低位置时，该隔离片通过套筒15的底部支撑着压板4。通过隔离片20，可以调整压板4在底部中的希望高度。
上压板5在其中间部分支撑着上绝热支撑台21，这个支撑台包括由垂直壁23支撑的圆形压板22。压板22也可以是其它形状。垂直壁23在它们之间限定了包括有热绝缘体的腔室24，例如，可包括有陶瓷纤维。上绝热支撑台21的压板22包含有加热电阻器25，加热电阻器将会在后边进行更详细的描述。
上压板5沿着其周边部分在上绝热支撑台21周围以及其高度之上支撑着上绝热层26。
上绝热支撑台21的压板22支撑着用来压制叶片的上模27。这里，冲模27是圆形的。上模27包括一个模腔，其上半部分的形状符合叶片的形状。这一冲模就是下模14的用来完全紧密地包围叶片的互补性冲模。
目前，考虑将上压板5固定在上位置。
下模14包括两个定位销31，其位于下模14上表面的两个直接相对的点上并垂直地突出于上表面。每一个定位销31包括圆柱体形的下半部分32和截头圆锥体形的上半部分33。
上模27包括两个用来容纳定位销31的钻孔34，其位于上模27下表面的两个点上，其位置与下模14上的定位销31的位置相对应。每个钻孔34的直径与相对的定位销31的圆柱部分32的直径相对应。
下模14上的定位销31的作用是与上模27上的钻孔34相配合以使得，当定位销31被装配入钻孔34时，上模14与下模27刚好彼此完全相对，以便对它们紧密且均衡地包围的叶片进行压制。因此定位销31和钻孔34的排列要根据冲模14、27包含的模腔来安排，以使得当定位销31被装配入钻孔34时，后者彼此相对地精确定位。
定位销31和钻孔34相配合以实现将下模14相对上模27定位的功能。也可以考虑其它定位方式，比如冲模14、27上以互补的方式机械加工出的形状，以相对于上模27装配并正确的定位下模14。
本发明压力机1的基底2支撑着气缸28。这个气缸28在其底部与基底2成整体，在其上部与下压板4成整体。在这两者之间，其包括一层空气垫或者说空气包，比如说橡胶气囊，包括两个彼此叠置的风箱29、30，并且该风箱可通过空气进入或者流出气阀(图中没有示出)而膨胀或者收缩。
当气缸28收缩时，就如图1中的左半部分所示，下压板4就处于低位置，靠在隔离片20上，其高度由隔离片20所确定的尺度决定。然后下模14就移动离开上模27。
当气缸28膨胀时，使得下压板4垂直向上平移。这一平移过程由与下压板4成整体的环16在柱体3上的平移所允许。
由于位于环16和相应柱体3之间的间隙18的存在，下压板4和与其借助于下绝热支撑台7成整体的下模14，可以在间隙18所允许的范围内，在水平平面内进行自由平移和绕着水平平面自由旋转。因此，它被可浮动的安装在驱使它进行垂直平移的气缸28上。
当下模14与上模27接近而且气缸28继续膨胀时，定位销31的截头圆锥体部分33就插入到相应的钻孔34中。因为置于气缸28之上的下模14的可浮动性，所以它并不是与下模27准确相对，因此定位销31也不是与钻孔34准确相对，而是活动范围在间隙18内。
截头圆锥体形部分33容许这样的间隙18，并且它们的轴线也不需要与待插入的钻孔34的轴线完全一致对应。环16与所对应的柱体3之间的间隙的尺度就是使定位销31总能够插入到它们各自的钻孔34中。
当定位销31上的截头圆锥体形部分33的表面与钻孔接触，而且气缸28继续膨胀时，通过由环16和其相应的柱体3之间的间隙18所允许的与下模14由气缸28所施加的垂直平移同时进行的水平方向的平移和(或者)转动，圆锥体部分的表面滑过钻孔34的下边缘，定位销31逐渐被安置在钻孔的轴线中。
通过将定位销31的圆柱体部分32装配入到与之匹配的钻孔34中并且因此将下模14和上模27相对彼此正确定位而继续移动。当下模14压在上模27上时，压力作用在它们之间的叶片上。
由于两个冲模14、27作用在叶片上的、与冲模14、27的加热电阻器11、25所产生的热相配合的压力，现在发生了对叶片的热矫正。
下12、中间13和上26绝热层安排为使得：当冲模14、27压在一起的时候，中间绝热层13与上绝热层26相接触。这样，当冲模14、27压在一起的时候，绝热层12、13、26充满了下压板4和上压板5之间的所有周围空间，因此与下绝热支撑台7和上绝热支撑台21一起共同构成了与外部绝热的加热外壳35，正如图1中的右半部分所示。
加热工作是由下加热电阻器11和上加热电阻器25完成的，它们位于分别在下绝热支撑台7和上绝热支撑台21上的压板8、22内，这里就不再更加详细的描述了，可以参考图3和图4。图4是位于下绝热支撑台7上的压板8和它的加热电阻器11的顶视图，位于上绝热支撑台21上的压板22和它的加热电阻器25与之相同。
图3示出了下绝热支撑台7的压板8的加热电阻器11的第一实施例。这里，压板8是圆形的。加热电阻器11以直线段曲折的排列形式包含在盒体中。这样，当直线部分36接近压板38的边缘时，直线部分36和由两个90度弯曲37所形成的180度转弯彼此相接。这样的装配非常的密集，可以提供相对均匀的加热。
图4示出了下绝热支撑台7的压板8的加热电阻器11的第二实施例。在这个实施例中，加热电阻器11直接嵌入并卷曲在压板8中，这里采用的是螺旋的形式。为实现这一目的，比如可以将加热电阻器嵌入到压板8中机械加工出的凹槽中，然后在上面利用等离子体电弧枪沉积的金属粉末所覆盖，或者采用其它本领域的普通技术人员所公知的工艺。采用这一实施例，可将加热电阻器排列更紧密而且可以得到更好的加热均匀度。
不管采用哪种实施例，加热电阻器11、25加热每个冲模14、27，它们一起包含在上面提到的恒温闭合罩35内。因此，温度可以通过加热电阻器11、25来调节，比如调节到700摄氏度。对叶片的热矫正通过冲模14，27的压制以及加热来完成。
到目前为止，在压制叶片的实施例中，上压板5是固定在上部的某个位置上的，下压板4通过气缸29被抬起，这样冲模14，27紧密的压合在一起。
后面所要描述的装置是本发明的压力机1的另一种可以操作方式，它与前面所描述的装置并不矛盾。
参考图1，上压板5支撑在四个2×2直径地相对的点内，垂直套筒38套在相应于相关隅角的柱体3上并且布置在上压板5的外部，处在高于或低于它的位置上。
每个套筒38分别在其下端和上端包含环39、39`，作用是沿着相应的柱体3滑动。通过套筒38，上压板5与环39、39`成整体，这些环和它们相对应的柱体3一起完成对上压板5的导向作用。每个环39、39`与相应的柱体3之间的滑动连接没有任何间隙。
本发明中的压力机1的柱体3支撑起顶部40。顶部40支撑着液压缸41。液压缸41在上部包括有气缸42，在气缸里可移动地安装有活塞43(未示出，活塞由液压驱动，这是本领域的普通技术人员所公知的)，活塞从下侧出来。液压缸41在其气缸42的上部与顶部40连成一体并且在其活塞43的下部与上压板5的上部连成一体。
在由顶部40支撑的每个柱体3的顶部，压力机1支撑着隔离片44。当上压板5处于高位置时，其套筒38的顶部靠在这些隔离片44上，正如图1中的两部分所示。
液压机41的作用是使上压板5垂直移动，其活动范围由这里所描述的本发明压力机1的新操作方式所确定。在这种操作方式中，下压板4固定在低位置，压靠在垫片20上，如图1中的左半部分所示，而上压板5是可以通过液压缸41移动的。下模14和上模27与以前的情形不同，最显著的是它们不包含定位销31和钻孔34。也无需提供加热电阻器11，25。这种另外的操作方式对应着一系列不同的压力并且对应于压力机1用作“常规”压力机，不一定要用于热矫正。
这个新的操作方式与前面的操作并不矛盾。例如，为了将一种方式向另一种方式转换，冲模14、27可以任意地更换，而装置的其余部分是完全一样的，这样在一个生产单元内，可以节省可观的空间。
当活塞43再一次升起，上压板5处在高位置，压靠着隔离片44。由于下压板4压靠在垫片20上，上模27移动离开下模14。当液压缸41启动并且活塞43向下运动时，活塞使上压板5垂直向下移动。这一移动由与上压板5成整体的环39，39’在柱体3上的移动所允许。在这一行程的最后，上模5停留并压在下模4上，形成冲压作用。
因此，一方面，本发明的压力机1可以提供传统压力机的功能，这是由以下方法实现：压力机的下压板4固定在低位置，上压板5通过液压缸41的作用可以垂直地平移；另一方面，它可以提供一种热矫正的冲压方法。这是由以下方法实现的：压力机的上压板5固定，而其下压板4可以借助于气缸28在一定的可动范围内垂直地平移，这个可动范围由定位销31和钻孔34的配合而形成，冲模14、27相对彼此易于准确定位，电阻器11、25和不同的热绝缘体10、12、13、24、26提供了在热矫正功能中所需要的恒温作用。
现在要介绍本发明压力机与现有操作方式相结合的另外一种操作方式。
压力机1的这第三种用法可以应用于热矫正诸如中空的大型叶片等工件。因为叶片尺寸的原因，下绝热支撑台7和上绝热支撑台21的压板8、22，以及冲模14、27都采用矩形形状。冲模14、27包括有定位装置，比如前面介绍的定位销31和钻孔34。
最初，冲模14、27彼此远离，以使得叶片能放置与其间。然后，借助于气缸28朝着上模27升高下模14。这个与定位装置31、34相配合的气缸28提供了叶片在两个冲模14、27之间的正确对中，而不产生任何应力。
由于在相关方法的范围内，气缸28不允许施加足够大的压力，借助于为此目的而设计的隔离片20将下压板4固定在其位置上。这里，隔离片20，或者说是垫片，是可以移走的，用并且当将下压板4固定在某一位置(不必是最低的位置)时使用。根据所应用的方法，可以提供若干不同大小的隔离片20。
一旦下压板4被固定在它的位置上，上压板5就会在液压缸41的动作下，提供额外的压力，液压缸41能产生的压力比气缸28能产生的压力要大得多。
这样，在本发明的压力机的第三种用法中，气缸28提供待压制工件的正确对中，而不产生任何应力，其中由液压缸41提供了对工件进一步进行压制的功能。
很明显，第三种操作方式与加热电阻器11的使用是不矛盾的。

Claims (19)

1.一种压力机，其包括用于对其间的待处理工件进行固定和压制的第一部件(4，7，14)和第二部件(5，21，27)，第一部件(4，7，14)被驱动装置(28)驱动为相对于第二部件(5，21，27)平移，其特征在于第一部件(4，7，14)相对于第二部件(5，21，27)是可浮动地安装的，并且所述部件包括用于在行程界限内给相对彼此进行定位的装置(31，34)，所述压力机还包括平移地导向第一部件(4，7，14)的装置(3，16)，在第一部件与导向装置(3，16)之间设有间隙，在所述间隙允许的范围内，第一部件在水平平面内进行自由平移和绕着水平平面的自由旋转。
2.如权利要求1所述的压力机，其特征在于，包括至少一个与第一部件(4，7，14)成整体的环(16)，其在形成框架的柱体(3)上滑动，在环(16)和柱体(3)之间设有间隙。
3.如权利要求1所述的压力机，其特征在于，第一部件和第二部件各自都包括有用于固定和压制工件的冲模(14，27)。
4.如权利要求1所述的压力机，其特征在于，第一部件(4，7，14)相对于第二部件(5，21，27)的定位装置(31，34)包括有至少一个与钻孔(34)相配合的定位销(31)。
5.如权利要求1的压力机，其特征在于，第一部件和第二部件各自都包括有用于固定和压制工件的冲模(14，27)，第一部件的冲模(14)包括有至少一个定位销(31)，第二部件的冲模(27)包括有至少一个钻孔(34)。
6.如权利要求4或5所述的压力机，其特征在于，每个定位销(31)包括有圆柱体形部分(32)和截头圆锥体形部分(33)。
7.如权利要求1所述的压力机，其特征在于，驱动装置包括气缸。
8.如权利要求1所述的压力机，其特征在于，所述压力机垂直放置，其中第一部件(4，7，14)位于下位置，第二部件(5，21，27)位于上位置。
9.如权利要求8所述的压力机，其特征在于，包括有至少一个用于在一个位置支撑第一部件(4，7，14)的隔离片(20)，和驱动第二部件(5，21，27)相对于第一部件(4，7，14)平移的第二部件的驱动装置(41)。
10.如权利要求9所述的压力机，其特征在于，第二部件的驱动装置(41)包括液压缸。
11.如权利要求9或10所述的压力机，其特征在于，隔离片(20)是可拆卸的。
12.如权利要求3或5所述的压力机，其特征在于，每一部件包括有压板(4，5)和支撑冲模(14，27)的绝热支撑台(7，21)。
13.如权利要求12所述的压力机，其特征在于，至少一个绝热层(12，13，26)置于冲模(14，27)的外围。
14.如权利要求12所述的压力机，其特征在于，至少一个绝热支撑台(7，21)包括加热电阻器(11)。
15.如权利要求14所述的压力机，其特征在于，加热电阻器(11)包含在盒体内。
16.如权利要求14所述的压力机，其特征在于，加热电阻器(11)嵌入并卷曲在绝热支撑台(7，21)内。
17.如权利要求1至16任意一项所述的压力机用于热矫正锻造成形工件的应用。
18.如权利要求1至16任意一项所述的压力机用于固定和压制涡轮发动机叶片的应用。
19.如权利要求9-11中任意一项所述的压力机的应用，其中第一部件(4，7，14)的驱动装置(28)实现了对中工件的功能并且第二部件(5，21，27)的驱动装置(41)实现了对工件进一步进行压制的功能。
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