CN103586344A - 一种无凹模胀形模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种无凹模胀形模具及其制造方法，属于航空发动机零部件制造技术领域。本发明的凸模安装于芯柱上，芯柱固装于下模板上，下模板与凸模之间设有脱料板，凸模采用分瓣式结构，芯柱采用棱锥形结构，凸模与芯柱滑动接触配合，凸模瓣数与芯柱棱锥面数相同；凸模上设置有冲压补偿负角。无凹模胀形模具的制造方法为：根据零件设计尺寸确定凸模各处基础结构尺寸；确定凸模回弹补偿，在凸模基础结构尺寸上增加回弹补偿值；确定凸模冲压补偿负角位置及冲压补偿负角大小；按照确定的凸模设计尺寸，加工制作凸模；将芯柱下端固装在下模板上，在下模板上方安装脱料板，再将加工好的凸模通过导轨安装到芯柱上，凸模位于脱料板上，此时无凹模胀形模具制造完成。

Description

一种无凹模胀形模具及其制造方法

技术领域

本发明属于航空发动机零部件制造技术领域，特别是涉及一种无凹模胀形模具及其制造方法。

背景技术

火焰筒作为航空发动机的重要组成部件，其制造加工过程一直是重中之重。制造初期的火焰筒通常采用刚模胀形冲压得到，但是传统刚模胀形冲压工艺中应用的胀形模具在实际生产中却存在以下一些缺点：

1、冲压操作过程繁琐

火焰筒的垂直高度通常很高，而常规液压设备的开启高度无法实现一次开模取放火焰筒坯料，只能以反复装卸模具的分步方式完成，具体步骤为：

先将模具的凹模吊开放置一旁，再将火焰筒坯料套入凸模，将套了火焰筒坯料的凸模吊装到液压机的平台上，并进行火焰筒坯料的凸模胀形，凸模胀形完成后，将两者一起吊出液压机，在液压机外部将凹模套入火焰筒坯料上，使凹模与凸模进行整体合模，再将合模后的三者一起吊装到液压机的平台上，再次进行冲压胀形，整体冲压胀形完成后，将胀形完成的三者吊出液压机，最后进行火焰筒坯料脱模。

在这种繁琐的操作过程中，使生产效率低下，不但工人的劳动强度大，危险性也随之增加。

2、模具制造成本高

模具采用的是凸模和凹模的组合，且结构庞大，使模具的制造成本处在很高的水平。

3、模具调试困难且调试周期长

在模具制造完成后，必须经过反复调整，直到模具能够加工出合格的零件后，才允许模具投入生产中。

对于加工火焰筒用的模具，具体调试的是火焰筒坯料的回弹量，由于零件和坯料在径向剖面直径上存在差异，冲压时各径向剖面的胀量是不同的，因此坯料胀形后的回弹量也是不一致的。为了获得零件的预期形状和尺寸，就必须进行模具调试加工，先将凸模按对比数据落型，之后再按凸模形状尺寸等距增加料厚，再对凹模进行配合加工，然而对这种大型的模具凹模进行全型面配合加工，加工难度大，耗时长，有时还可能需要更换凹模，使模具的调试周期更长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种无凹模胀形模具及其制造方法，简化了冲压胀形操作过程，降低了模具制造成本，模具调试更加容易，缩短了调试周期。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无凹模胀形模具，包括凸模、芯柱、导轨、脱料板及下模板，所述凸模通过导轨安装于芯柱上，芯柱下端固装于下模板上，在下模板与凸模之间安装有脱料板，其特点是凸模采用分瓣式结构，所述芯柱采用棱锥形结构，凸模的内侧面与芯柱的棱锥形外表面滑动接触配合，所述凸模瓣数与芯柱棱锥面数相同；所述凸模上设置有冲压补偿负角。

所述凸模采用六瓣式结构，芯柱采用六棱锥形结构。

所述的无凹模胀形模具的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：根据零件设计尺寸确定凸模各处基础结构尺寸；

步骤二：确定凸模回弹补偿，在凸模基础结构尺寸上增加回弹补偿值；

步骤三：确定凸模冲压补偿负角位置及冲压补偿负角大小；

步骤四：按照确定的凸模设计尺寸，加工制作凸模；

步骤五：将芯柱下端固装在下模板上，在下模板上方安装脱料板，再将加工好的凸模通过导轨安装到芯柱上，凸模位于脱料板上，此时无凹模胀形模具制造完成。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，由于模具中取消了传统的凹模，使模具的制造成本大大降低，在冲压操作时，只需对凸模进行一次冲压操作，就可以实现零件的胀形要求；由于模具中只保留凸模，在模具制造完成后，简化了调试过程，使模具调试难度也大大降低，进而缩短调试周期。

附图说明

图1为本发明的无凹模胀形模具结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为凸模结构示意图；

图4为火焰筒结构示意图；

图5为图4中C部放大图；

图6为图5中B-B剖视图；

图7为坯料与胀形后零件形状对比示意图；

图中，1—凸模，2—芯柱，3—导轨，4—脱料板，5—下模板，6—大端直段，7—小端直段，8—锥体段，9—环槽，10—纵槽，11—坯料，12—胀形后零件，13—冲压补偿负角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3所示，一种无凹模胀形模具，包括凸模1、芯柱2、导轨3、脱料板4及下模板5，所述凸模1通过导轨3安装于芯柱2上，芯柱2下端固装于下模板5上，在下模板5与凸模1之间安装有脱料板4，凸模1采用分瓣式结构，所述芯柱2采用棱锥形结构，凸模1的内侧面与芯柱2的棱锥形外表面接触滑动配合，所述凸模1瓣数与芯柱2棱锥面数相同；所述凸模1上设置有冲压补偿负角13。

所述凸模1采用六瓣式结构，芯柱2采用六棱锥形结构。

传统采用圆锥形结构芯柱的模具，芯柱和凸模之间的锥面很难实现全型面接触，而采用六棱锥形结构的芯柱2与凸模1之间为平面配合，能够保证可靠的面接触，使胀形力传递的更加均匀稳定，避免了因局部接触生产的摩擦副而导致过快磨损。

所述的无凹模胀形模具的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：根据零件设计尺寸确定凸模1各处基础结构尺寸；

步骤二：确定凸模1回弹补偿，在凸模1基础结构尺寸上增加回弹补偿值；

步骤三：确定凸模1冲压补偿负角13位置及冲压补偿负角13大小；

步骤四：按照确定的凸模1设计尺寸，加工制作凸模1；

步骤五：将芯柱2下端固装在下模板5上，在下模板5上方安装脱料板4，再将加工好的凸模1通过导轨安装到芯柱2上，凸模1位于脱料板4上，此时无凹模胀形模具制造完成。

下面结合附图及具体实施例说明本发明的一次实际应用过程。

如图4、5、6所示，该火焰筒整体设计为锥形筒结构，并将火焰筒的两端部分别设计为圆柱筒形，则火焰筒在形状上具体被分为大端直段6、小端直段7及锥体段8三部分，并且在大端直段6和锥体段8处的火焰筒外壁全型面加工有环槽9，环槽9槽底和槽顶处壁厚尺寸分为0.76mm±0.13mm及3.23mm±0.25mm；在小端直段7的火焰筒外壁全型面加工有纵槽10，在大端直段6与锥体段8内筒壁相交处设计有R50.8mm的圆倒角，在小端直段7与锥体段8外筒壁相交处设计有R16.7mm的圆倒角；火焰筒大端内筒壁直径为φ457.2mm，火焰筒小端内筒壁直径为φ350.01mm；为了满足火焰筒壁厚尺寸的加工要求，要先从制备火焰筒坯料开始，首先确定坯料11尺寸参数，所确定的尺寸要尽可能使坯料11变形量分布均匀一致，以保证胀形后零件12基本达到残余应力及应变的规则和均匀，方便后续加工对火焰筒形状尺寸的控制；

确定坯料11内壁完全处于胀形后零件12内轮廓的包容下（如图7所示），如此可确保R16.7mm尺寸直接由坯料11贴靠凸模1胀形获得，无需传统凹模实施挤压成形；

确定坯料11的大端端口处筒壁内径和小端端口处筒壁内径，使坯料11的胀量接近一致，同时还要考虑胀形过程会使坯料11产生轴向收缩和后续加工余量，最终确定坯料11的尺寸参数为φ437mm×φ328mm×945mm，其中φ437mm为坯料11大端端口处筒壁内径尺寸，φ328mm为坯料11小端端口处筒壁内径尺寸，945mm为坯料11的轴向筒长尺寸；

坯料尺寸参数确定完成后，便可按照坯料相应尺寸参数进行坯料的制备。

坯料制备前，凸模1已按照如下尺寸参数制造完成：

凸模1的大端外径为φ459.2mm，冲压补偿负角13取0.53°，此时凸模1的小端外径为φ353.6mm；

由于没有了凹模的限制，凸模1的冲压补偿负角13一般可以取的很大，也避免了传统有凹模时坯料11的脱模问题；

此时凸模1还不能投入实际生产，要先进行试压件测试，进行不断调试，直到合格为止，此时的凸模1方可投入生产。

由于模具制造时只需制造凸模，而无需制造凹模，直接降低模具制造成本30%，模具制造周期大大缩短。

将坯料11套入调试合格的凸模1，完成一次装模，将套了坯料11的模具吊入液压机的平台上，进行冲压胀形，冲压胀形完成后卸模，此时火焰筒胀形加工全部完毕，实现了一次装模完成冲压胀形的目的，比传统有凹模模具节省操作时间近50%。

本发明还可应用于航空发动机的火焰筒过渡段前套筒及输送管道等领域。

Claims (3)

1.一种无凹模胀形模具，包括凸模、芯柱、导轨、脱料板及下模板，所述凸模通过导轨安装于芯柱上，芯柱下端固装于下模板上，在下模板与凸模之间安装有脱料板，其特征在于凸模采用分瓣式结构，所述芯柱采用棱锥形结构，凸模的内侧面与芯柱的棱锥形外表面滑动接触配合，所述凸模瓣数与芯柱棱锥面数相同；所述凸模上设置有冲压补偿负角。

2.根据权利要求1所述的一种无凹模胀形模具，其特征在于：所述凸模采用六瓣式结构，芯柱采用六棱锥形结构。

3.权利要求1所述的无凹模胀形模具的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：根据零件设计尺寸确定凸模各处基础结构尺寸；

步骤二：确定凸模回弹补偿，在凸模基础结构尺寸上增加回弹补偿值；

步骤三：确定凸模冲压补偿负角位置及冲压补偿负角大小；

步骤四：按照确定的凸模设计尺寸，加工制作凸模；

步骤五：将芯柱下端固装在下模板上，在下模板上方安装脱料板，再将加工好的凸模通过导轨安装到芯柱上，凸模位于脱料板上，此时无凹模胀形模具制造完成。

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