CN207372162U - 一字型方板件蠕变时效成形专用模具 - Google Patents
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Abstract
一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具，包括凸模（1）、凹模（4）、导向柱（5）和螺栓组件；所述凸模（1）包括凸面（1.1）、一字槽（1.2）及定位孔一（1.3）；所述凹模（4）包括凹面（4.1）、探测孔（4.2）及定位孔二（4.3）；所述导向柱（5）一端焊接于定位孔二（4.3）上，导向柱（5）另一端与定位孔一（1.3）配合，实现凸模（1）与凹模（4）的装配；所述螺栓组件包括螺栓（6）、锁紧螺母（7）、弹簧垫圈（8）和垫圈（9）。该模具加压锁紧工件效果较好，在蠕变时效成形过程中，不仅适用于装夹一字型带筋方板件和无筋方板件，还适用于变厚度薄板和变厚度筋条的多组合尺寸工件装夹，具有体积小、重量轻、刚度好、实用性强、制造成本低廉等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于机械加工领域，具体讲就是涉及一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具。
背景技术
飞机整体壁板成形是大飞机制造过程中十分重要的一个环节，整体壁板的成形/成性好坏程度，直接关系到整个飞机的使用寿命和安全系数。同时，整体壁板的精确塑性成形在汽车、高铁、船舶等各个领域也具有较为广泛的应用。现如今，整体壁板成形最为重要的一种工艺方法是蠕变时效成形（Creep Aging Forming，简称CAF），它将人工时效和热成形同时进行，通过无凸模的气压加载或有凸模的机械加载使工件完全贴模，并在恒温下保持这种状态一定时间后，卸压或卸去凸模，让工件自由回弹，从而实现工件一定曲率的成形。
目前，国内外众多高校在开展大型整体壁板蠕变时效成形试验性研究。减少研发成本是许多科研人员十分重视的一面。将大型整体壁板尺寸缩小，以小型工件为试验研究对象，以点代线、以线代面地开展研究，可为科研人员节约一大笔经费。同时相应的模具随之减小，也可为研发人员在模具材料和加工上节俭一笔开销。为了实现各种组合尺寸或无筋和有筋工件的蠕变时效成形/成性，降低成形装备的大体积、高费用等问题，也为了更好、更全面地研究蠕变时效成形工件的工艺参数，为后期大型整体壁板时效成形提供参考，本实用新型的目的是提供一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具，该模具不仅具有结构刚度好、锁紧能力强、耐高温耐疲劳等性能特点，还具有结构装配简单、体积小、重量轻、成本低，实用性强、易搬运等功用特点。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了以点代线、以线代面地研究大型整体壁板蠕变时效成形工艺，从而提供了一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具；其采用工件替代大型整体壁板，实现其蠕变时效成形和成性，以期获得一组最佳的蠕变时效成形工艺参数，反向指导大型整体壁板蠕变时效成形/成性。该模具具有结构简单、体积小、重量轻、造价费用低廉、容易操作，并且装夹方便，适用于装夹一字型带筋方板件和无筋方板件，还可用于变厚度薄板和变厚度筋条的多尺寸工件装夹，大大提高工作效率，节约时间，同时采用本实用模型制造的模具在蠕变时效成形过程中具有较好的加压锁紧效果。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：提供一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具，它包括凸模、凹模、导向柱和螺栓组件；所述凸模包括凸面、一字槽及定位孔一；所述凹模包括凹面、探测孔及定位孔二；在加工制造模具时，所述导向柱一端先插入定位孔二中，然后在定位孔二周围施焊，导向柱另一端再与定位孔一配合，实现凸模与凹模的装配；所述螺栓组件包括螺栓和垫圈、弹簧垫圈和锁紧螺母。
进一步，所述导向柱为两个，且垂直焊接于定位孔二上表面，定位孔一与定位孔二在加工装配时同轴度公差不超过Φ0.02mm，且同一模具上的两定位孔呈180°对角分布，焊后导向柱的垂直度公差不超过Φ0.1mm，以保证与定位孔一配合时的装配精度。
进一步，所述凸模的凸面与凹模的凹面具有相同的曲率半径R。
进一步，所述凸模上设有一个一字槽，一字槽两端深度需大于筋条高度2~3mm。
进一步，所述探测孔为一个通孔，位于凹模的几何中心处。
进一步，所述工件可为不同组合尺寸的无筋方板件或带筋方板件，带筋方板形状为T型，由薄板和筋条组成，可通过铣削方法或搅拌摩擦焊接方法获得。
进一步，所述螺栓组件共12组，每组所包含的零件完全相同；其中，螺栓采用碳钢制备，其型号为GB/T5782-2000-M10×100-4.8-A-O，即：每个4.8级M10的普通螺栓，通过计算，其最大锁紧力为25KN，能够实现薄板厚度尺寸为1~6mm、筋条厚度尺寸为2~6mm的锁紧贴膜。
本发明的有益效果是：本实用新型提供的一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具，与现有的蠕变时效成形模具相比，本实用模型制造的模具加压锁紧效果好，不仅可适用于装夹成形一字型带筋方板件和无筋方板件，还可适用于变厚度薄板和变厚度筋条的多尺寸工件装夹成形，同时该模具具有结构装配简单、体积小、重量轻、结构刚度好、锁紧能力强、成本低廉，实用性强、易搬运等特点。
附图说明
图1是本发明装置一字型文板件成形前的装配示意图。
图2是本发明装置一字型方板件成形后的装配局部剖视图。
图3是凹模的轴测视图。
图4是凸模的轴测视图。
图5是工件成形前后对比示意图。
图中，1 凸模；1.1 凸面；1.2 一字槽；1.3 定位孔一；1.4 孔一；2薄板；3 筋条； 4凹模；4.1 凹面；4.2 探测孔；4.3 定位孔二；4.4 孔二；5 导向柱；6 螺栓； 7 锁紧螺母；8弹簧垫圈；9 垫圈；X 方板件成形前；Y 方板件成形后。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步说明。
如图1~5所示，成形的T型工件通过搅拌摩擦焊接技术将薄板2和筋条3连接为一体，薄板规格为200mm×100mm×2mm，筋条规格为200mm×5mm×13mm；将工件放入凹模4与凸模1之间，通过导向柱5定位使筋条3嵌入一字槽1.2中，然后将螺栓6从凹模4底部位置穿过垫圈9及孔二4.4，使螺栓6的颈部与孔一1.4嵌合；依次安装垫圈9、弹簧垫圈8和锁紧螺母7，通过拧紧锁紧螺母7，使方板件随着预紧力的增加而发生变形，利用探针穿过探测孔4.2来检测工件与凹面4.1的贴合情况，直至工件与凹面4.1完全贴合，停止施加预紧力；最后将工件与模具一同放入所需温度环境的自制热处理箱中保温，保温一段时间后取出模具，卸去凸模，使方板件自由回弹，此时方板件成形后Y较方板件成形前X有了明显的弧度变化。
参见图1， 所述凸面1.1与凹面4.1相贴合，曲率半径R都为1000mm；所述凸面1.1和凹面4.1的工作型面采用铣制方式制备时，其表面粗糙度不低于3.2um。
计算分析：
参见图1及图2 所述螺栓组件共12组，每组所包含零件型号一致，本实施例中螺栓采用碳钢制备，其型号为GB/T5782-2000-M10×100-4.8-A-O，即：每个4.8级M10的普通螺栓，其最大锁紧力为25KN，能够实现薄板厚度尺寸为1~6mm、筋条厚度尺寸为2~6mm的锁紧贴膜；在上述螺栓组件中，所述螺栓材料及型号通过以下计算获得：通过公式求解抗弯系数Wz=bh3/6,其中b为最大弯矩所在位置，材料不变形的情况下所施加最大预紧力为Mmax =Fa,且Mmax≤Wz×[σ],其中[σ]为屈服许用定力，代入数据求得F≤19KN，根据机械设计手册取F=25KN，每颗螺栓FE=F/12≈2.1KN，则每颗螺栓总拉伸载荷Fa=FE+FR=FE+0.6FE=3.3KN，查找机械设计手册得出性能等级选择4.8，安全系数S取3，许用定力 [σ]1=σs/S=107MPa，σS为公称应力屈服极限，即螺栓小径d1≧[(4×1.3Fa)/(3.14[σ]1)]0.5≈7.2，材料选择碳钢，型号选择M10，安全系数S=3。
本实用新型的装配步骤如下：螺栓6的六角头位于凹模4底部，在六角头与凹模4之间设有垫圈9，可防止凹模4底部损伤和螺栓松动，增加模具使用寿命；而另一端穿过凸模1并通过锁紧螺母7对整套模具进行锁紧，锁紧螺母7与凸模1之间设有垫圈9和弹簧垫圈8，防止对凸模1的损害，进一步增加模具使用寿命；同时弹簧垫圈8增大了摩擦力，防止锁紧螺母7松动，进一步加强了螺栓组件的锁紧作用。
参见图3和图4，定位孔一1.3与定位孔二4.3在加工装配时同轴度公差不超过Φ0.02mm，且同一模具上的两定位孔呈180°对角分布。导向柱5垂直焊接于定位孔二4.3上表面，焊后导向柱5的垂直度公差不超过Φ0.1mm，以保证与定位孔一1.3配合时的装配精度。导向柱5可保证凹模4和凸模1的精确合模，避免凹模4和凸模1发生碰撞而损伤，同时还可承担部分侧压力，起到缓冲作用。
参见图3，所述探测孔4.2为一个通孔，位于凹模4的几何中心处，方便用探针探测并保证工件与凹模4的凹面4.1完全贴合。
参见图4，在凸模1长度方向的中心有用于安放 T型工件筋条3的一字槽1.2，其宽度不小于5mm；为了保证模具刚度，一字槽1.2两端深度在15~16mm范围内。
参见图5，所述工件可为不同组合尺寸的无筋方板件或带筋方板件，带筋方板形状为T型时，可通过铣削方法或搅拌摩擦焊接方法获得。
以上所述为进一步说明本发明，而非限制本发明。在不脱离本发明精神和原则的前提下，对于本领域技术人员来说任何修改和改进是可能的，均视为本实用新型可实施的范畴。
Claims (7)
1.一种一字型方板件蠕变时效成形专用模具，适用于装夹一字型带筋方板件或无筋方板件，还可用于变厚度薄板和变厚度筋条的多组合尺寸工件的装夹，其特征在于：它包括凸模（1）、凹模（4）、导向柱（5）和螺栓组件；所述凸模（1）包括凸面（1.1）、一字槽（1.2）及定位孔一（1.3）；所述凹模（4）包括凹面（4.1）、探测孔（4.2）及定位孔二（4.3）；加工制造模具时，所述导向柱（5）一端先插入定位孔二（4.3）中，然后在定位孔二（4.3）周围施焊，导向柱（5）另一端与定位孔一（1.3）配合，实现凸模（1）与凹模（4）的装配；所述螺栓组件包括螺栓（6）和锁紧螺母（7）、弹簧垫圈（8）和垫圈（9）。
2.根据权利要求1所述的一字型方板件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述导向柱（5）为两个，垂直焊接于定位孔二（4.3）上表面，定位孔一（1.3）与定位孔二（4.3）在加工装配时同轴度公差不超过Φ0.02mm，且同一模具上的两定位孔呈180°对角分布，焊后导向柱（5）的垂直度公差不超过Φ0.1mm，以保证与定位孔一（1.3）配合时的装配精度。
3.根据权利要求1所述的一字型方板件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述凸模（1）的凸面（1.1）与凹模（4）的凹面（4.1）具有相同的曲率半径R。
4.根据权利要求1所述的一字型方板件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述凸模（1）上设有一个一字槽（1.2），一字槽（1.2）两端深度需大于筋条（3）高度2~3mm。
5.根据权利要求1所述的一字型方板件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述探测孔（4.2）为一个通孔，位于凹模（4）的几何中心处。
6.根据权利要求1所述的一字型方板件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述工件可为不同组合尺寸的无筋方板件或带筋方板件，带筋方板形状为T型，由薄板（2）和筋条（3）组成，可通过铣削方法或搅拌摩擦焊接方法获得。
7.根据权利要求1所述的一字型方板件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述螺栓组件共12组，每组所包含的零件完全相同；其中，螺栓（6）采用碳钢制备，其型号为GB/T5782-2000-M10×100-4.8-A-O，即：每个4.8级M10的螺栓（6），通过计算，其最大锁紧力为25KN，能够实现薄板（2）厚度尺寸为1~6mm、筋条（3）厚度尺寸为2~6mm的锁紧贴膜。
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