CN207563569U - 一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，所述模具包括凸模、凹模、导向柱及螺栓组件；所述凹模位于凸模的正下方，凹模的凹面与凸模的凸面具有相同的曲率半径，且装配后能够完全贴合；凸模正中间位置设有一个十字形筋槽，凹模的几何中心设有一个探测孔。本实用新型具有体重轻、锁紧效果好、用途广泛、成本低廉且操作方便等特点；采用本实用新型制造的模具不仅适用于装夹十字、一字和无筋的圆柱型或对应的方板型工件，还可适用于变薄板厚度和变筋条厚度的多组合尺寸的工件装夹，同时也有利于后期在干燥箱及小型控温装置等小型设备中的蠕变时效成形。
Description
技术领域
本实用新型属于模具加工领域，具体地涉及一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具。
背景技术
整体壁板是大型飞机最重要的一类零件之一，是机身、机翼的主要承力部件，且有利于减轻飞机的整体重量，它的高精度成形控制影响着飞机外部总体形态的布局和气动性的分布。目前飞机零件加工正向着重量轻、数量少、使用寿命长、残余应力小的方向发展，而蠕变时效成形技术，亦称为时效成形技术，正是整体壁板类零件成形的一种最为重要的工艺方法，该项技术利用金属的蠕变特性，将成形与时效同步进行，通过凸模的机械加载或无凸模的气压加载使工件完全贴模，并在恒温环境下保持该状态一定时间后，卸去凸模或卸压，让工件自由回弹，达到工件一定曲率成形的目的。且该项技术适用于成形带筋条壁板和可变厚度的复杂结构外形的整体壁板构件。
目前，国内的大型整体壁板类零件时效成形的生产应用在市场上并不多见，且研发、生产成本极高。以小型工件为试验对象来代替大型整体壁板类零件的研究，不仅减少了研发经费开销，在人力资源紧张的问题上也得到了一定的缓和。为实现大型整体壁板的蠕变时效成形/成性和更全面地研究工件成形的工艺参数，也为大型整体壁板类零件的时效成形提供参考，本实用新型的目的是提供一种十字型圆柱件专用模具，工件经该模具进行蠕变时效成形后的内部残余应力很小，能有效的减小或消除工件成形的回弹力。且本实用新型模具也有利于干燥箱、小型控温装置等小型时效设备的蠕变成形。
实用新型内容
为克服现有技术中存在的体积大，结构复杂，制造成本高且成形种类单一等问题，本发明提供了一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具。
根据本实用新型提供的十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，包括：凸模、凹模、导向柱及螺栓组件；所述凸模包括孔一、凸面、孔二及筋槽，所述凹模包括凹面、探测孔、孔三及沉头孔，凸模位于凹模的正上方，工件位于凹模与凸模之间，所述凹模的几何中心设有一个探测孔，探测孔为通孔，位于凹模的几何中心处，利用具有检测功能的探针穿过探测孔检测工件装夹过程中与凹面的贴合情况；在模具加工制造时，导向柱一端先插入到凹模上的孔三中，然后在孔三周围施焊，焊后的导向柱与凹模上表面的垂直度公差不大于Ф0.1mm，导向柱另一端通过与凸模上的孔一配合，可实现凸模与凹模的精确定位；所述孔一的两孔与孔三的两孔都呈180°对角分布，孔一与孔三加工制造时的同轴度公差不大于Ф0.02mm；所述螺栓组件包括螺栓、螺母、平垫圈和弹簧垫圈，螺栓组件穿过孔二与沉头孔，可实现凸模与凹模的锁紧连接。
所述凹模的凹面与凸模的凸面具有相同的曲率半径R，装配后能够完全贴合。
所述凸模正中间位置设有一个十字形筋槽，为了保证工件贴模后，筋条高度方向上不受模具筋槽深度的干涉，要求筋槽端部的深度不小于筋条高度2～3mm，十字型筋槽宽度需大于筋条宽度0.5~1mm，便于有筋工件成形后，从凸模中取出，且整个筋槽底面为一平面。
所述工件由薄板和筋条组成，可采用搅拌摩擦焊接方法或铣削方法来制备。
所述螺栓组件为八组，其中螺栓倘若选用型号为GB/5789-1986-M12×110-4.8-A-O的碳钢材料制备，通过力学计算，每颗4.8级M12的六角法兰面螺栓的最大预紧力为2.5KN，能够实现工件薄板厚度为1~6mm、筋条厚度为2~6mm的组合工件的锁紧贴模。
所述工件可为十字型、一字型或无筋条的圆柱型工件以及相对应的方板型工件，上述外型制备的工件均适用于本模具的装夹。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、本实用新型提供的蠕变时效成形用十字型圆柱件专用模具，装夹成形工件的种类广泛，适用于装夹十字型筋条、一字型筋条或无筋条的圆柱型工件，也适用于装夹十字型筋条、一字型筋条或无筋条的方板型工件，还适用于变厚度薄板和变筋条厚度的多组合尺寸工件的装夹，有助于研究不同类型工件的蠕变时效成形；
2、本实用新型中的探测孔设计于凹模的几何中心处，为一通孔，有助于检测工件在装夹过程中与凹面的实时贴合情况；
3、本实用新型体重轻、锁紧效果好、用途广泛、成本低廉且搬运与操作方便。
附图说明
图1为本发明装置十字型圆柱件成形前的装配示意图。
图2为本发明装置十字型圆柱件成形后的局部剖视图。
图3为本发明装置凹模的轴测视图。
图4为本发明装置凸模的轴测视图。
图5为本发明装置不同组合的圆柱件成形前后对比示意图。
图6为本发明装置不同组合的方件成形前后对比示意图。
图中： 1 凸模；1.1 孔一；1.2 凸面；1.3孔二；1.4筋槽；2工件；2.1筋条；2.2薄板；3凹模；3.1凹面；3.2探测孔；3.3孔三；4导向柱；5螺栓；6螺母；7平垫圈；8弹簧垫圈；9沉头孔；X1成形前的圆柱型工件；Y1成形后的圆柱型工件；X2成形前的方板型件工件；Y2成形后的方板型工件。
具体实施方式
以下将结合各附图对该模具的结构和具体实施方式进行详细的说明。
如图1所示：模具包括凸模1、凹模3、导向柱4及螺栓组件。其中，凹模3和凸模1为弯曲工件2用的下模和上模，且凹模3的凹面3.1与凸模1的凸面1.2具有相同的曲率半径R，装配后能够完全贴合。
如图2所示，螺栓组件包括螺栓5、螺母6、平垫圈7和弹簧垫圈8；平垫圈7置于弹簧垫圈8与凸模1的上表面之间，加大了螺栓5与凸模1的紧固接触面积，采用斜切口的弹簧垫圈8，有助于防止螺母6的松动，因为螺母6的松动会间接导致夹紧力不足，影响工件成形质量；螺栓5选用具有六角法兰面的螺栓头，可使凸模1与凹模3通过螺栓组件的连接更加牢固可靠，提高了装配时的防松能力。
如图3所示，凹模3的几何中心设有一个探测孔3.2，利用具有检测功能的探针通过探测孔检测工件装夹过程中与凹面的贴合情况。
如图4所示，凸模1正中间位置设有一个十字形筋槽1.4，筋槽1.4端部的深度需大于筋条2.1的高度2～3mm，十字型筋槽1.4宽度需大于筋条2.1宽度0.5~1mm，且整个筋槽1.4底面为一平面。
如图1及图2所示，本实施例采用八组型号完全相同的螺栓组件，螺栓为碳钢材料制备,其型号为GB/5789-1986-M12×110-4.8-A-O，即：每颗性能等级为4.8级，安全系数为3的M12六角法兰面螺栓5，其最大锁预力为2.5KN，能够实现最大厚度为6mm的薄板2.2和最大厚度为6mm的筋条2.1所制备的工件的锁紧贴模；其最大贴模厚度计算如下：已知a为最大弯矩所在位置，d1为螺栓小径，[σ]为螺栓的许用应力, σs为公称屈服极限，FE为每颗螺栓的拉伸载荷，FR为螺栓的残余预紧力，根据螺栓、螺纹强度条件公式[(4*1.3Fa)/(πd1 2)] ≤[σ]和 [σ]= σs/s,可计算得M=F*a=4KN*mm；根据公式F*a=FE+FR, FR=0.6 FE，可得FE为2.5KN，所以总的螺栓拉伸载荷F总=8FE=20KN；根据弯曲正应力的强度条件公式σmax=[Mmax/WZ]≤[σ]和Mmax=F总*a,可求得抗弯截面系数WZ 为5400，再根据公式WZ≥ah3/6,(其中h为工件薄板的厚度)，可得h≤6mm；故本实施例模具能够成形薄板的最大厚度为6mm。
如图3及图4所示，凸模1的孔一1.1与凹模3的孔三3.3各自为两个，且两孔呈180°对角分布，孔一1.1与孔三3.3加工制造时的同轴度公差不大于Ф0.02mm；导向柱4垂直焊接于孔三3.3中，焊后的导向柱4与凹模3上表面的垂直度公差不大于Ф0.1mm。
如图5及图6所示，工件2可替换为十字筋条圆柱型工件101、一字筋条圆柱型工件102、无筋圆柱型工件103、十字筋条方板型工件104、一字筋条方板型工件105、无筋方板型工件106，本实施例中的工件2可采用搅拌摩擦焊接方法或铣削方法来制备。
如图1~图6所示，工件的装夹过程为：两个导向柱4一端先插入到凹模3上的孔三3.3中，然后在孔三3.3周围施焊，导向柱4另一端通过与凸模1上的孔一1.1配合，以实现凸模1与凹模3的精确定位；将工件放于凹模3与凸模1之间，并使工件2上的筋条嵌入到凸模上1的筋槽1.4中；依次装配所有的螺栓5、平垫圈7、弹簧垫圈8，通过拧紧螺母6，使工件随着螺栓预紧力的增加而发生变形，利用检测装置的探针插入凹模3上的探测孔3.2检测工件与凹面3.1的贴合情况，直至工件2完全贴模后，停止施加预紧力；最后将模具连同工件一起放入所需温度环境的保温箱中，保温一段时间后取出模具，去除凸模1，使工件自由回弹，即可得到一定回弹的成形工件。
以上说明并非对本实用新型模具的限制，本技术领域的技术人员在不改变本实用新型实质的前提下所做出的一些相应的变化调整，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于:包括凸模（1）、凹模（3）、导向柱（4）及螺栓组件；所述凸模（1）位于凹模（3）的正上方，工件（2）位于凹模（3）与凸模（1）之间；所述凸模（1）包括两个孔一（1.1）、一个凸面（1.2）、八个孔二（1.3）及一个筋槽（1.4）；所述凹模（3）包括一个凹面（3.1）、一个探测孔（3.2）、两个孔三（3.3）及八个沉头孔（9），所述探测孔（3.2）为通孔，位于凹模（3）的几何中心处。
2.如权利要求1所述一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述凹模（3）的凹面（3.1）与凸模（1）的凸面（1.2）具有相同的曲率半径R，装配后能够完全贴合。
3.如权利要求1所述一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于：所述凸模（1）正中间位置设有一个十字形筋槽（1.4），所述筋槽（1.4）端部的深度不小于筋条（2.1）的高度2～3mm，筋槽（1.4）宽度需大于筋条（2.1）宽度0.5~1mm，且整个筋槽（1.4）底面为一平面。
4.如权利要求1所述一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于:所述导向柱（4）一端焊接于孔三（3.3）上，焊后的导向柱（4）与凹模（3）上表面的垂直度公差不大于Ф0.1mm；导向柱（4）另一端与凸模（1）上的孔一（1.1）配合，可实现凸模（1）与凹模（3）的精确定位；所述孔一（1.1）的两孔与孔三（3.3）的两孔都呈180°对角分布，孔一（1.1）与孔三（3.3）加工制造时的同轴度公差不大于Ф0.02mm；所述螺栓组件穿过孔二（1.3）与沉头孔（9），可实现凸模（1）与凹模（3）的锁紧连接。
5.如权利要求1所述一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于:所述工件（2）由薄板（2.2）和筋条（2.1）组成，可采用搅拌摩擦焊接方法或铣削方法来制备。
6.如权利要求1所述一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于:所述螺栓组件共八组，倘若螺栓（5）选用型号为GB/5789-1986-M12×110-4.8-A-O的碳钢材料制备，通过力学计算，每颗4.8级M12的六角法兰面螺栓（5）的最大预紧力为2.5KN，能够实现工件薄板（2.2）厚度为1~6mm、筋条（2.1）厚度为2~6mm的组合工件的锁紧贴模。
7.如权利要求1所述一种十字型圆柱件蠕变时效成形专用模具，其特征在于:所述工件可为十字型、一字型或无筋条（2.1）的圆柱型工件以及相对应的方板型工件。
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