CN106270192B - 用于带加强块的舵翼类构件成形的装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天产品加工工艺成形装置和方法，具体设计开发了一种用于带加强块四层板空心夹层舵翼类结构件的成形组合装置。本装置包括三个部分，上凹模、中凸模和下凹模。其中，中凸模和下凹模通过紧固螺栓固定，与上凹模组合使用，用于成形上蒙皮；中凸模和上凹模通过紧固螺栓固定，与下凹模组合使用，用于成形下蒙皮；上凹模和下凹模组合使用，用于超塑成形/扩散连接四层板空心夹层结构件。采用本组合装置，可有效减少了产品成形所用工装数量，同时减少工艺过程时间，保证成形质量的可靠性，并且精度高。本发明还提供了一种采用上述装置进行空心夹层舵翼类航天产品加工的成形方法。

Description

用于带加强块的舵翼类构件成形的装置及成型方法

技术领域

本发明涉及一种用于带加强块的舵翼类构件成形的装置及成型方法，属于航天产品加工工艺装备和方法，涉及到塑性加工领域。

背景技术

目前舵翼类构件的制造工艺如下：铸造出构件骨架毛坯—铣削至设计尺寸—骨架和蒙皮装配焊接在一起。运用此工艺制造舵翼类构件材料利用率低、重量较重，成本较高。

随着航天器飞行速度的提高，单位面积载荷增大，气动加热严重，促使各种新型空心夹层舵翼的出现。夹层结构是由面板和芯材组成，按不同的芯材可分为加强肋夹层结构和蜂窝夹层结构，目前常用的是加强肋结构，加强肋为辐射框架类，蒙皮为等厚度钛合金板模压成形。

超塑成形/扩散连接组合工艺是实现这种结构最合适的方法之一，其具有刚度大、承载稳定性高、外形精度高、结构重量小以及良好的能量吸收和疲劳性能等优点。但与常规多层板结构件相比，四层钛合金空心夹层舵翼类构件由于增加了加强块，传统利用一个装置成形的方式已不适合此类构件制造，需要设计一种新的高效成形装置和方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于带加强块的舵翼类构件成形的装置及成型方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置，其包括：

用于上蒙皮成型的上蒙皮成型部件，

用于下蒙皮成型的下蒙皮成型部件，和

用于构件成型的构件成型模；

所述上蒙皮成型部件由上蒙皮上模和上蒙皮下模组成，所述下蒙皮成型部件由下蒙皮上模和下蒙皮下模组成，所述构件成型模由一个上凹模和一个下凹模组成，所述上蒙皮上模由一个中凸模和一个所述上凹模组成，所述上蒙皮下模为一个所述下凹模，所述下蒙皮上模有一个所述下凹模和一个所述中凸模组成，所述下蒙皮下模为一个所述上凹模。

作为优选方案，所述上凹模包括由内向外依次设置的内槽、密封凸埂、凹槽和外边框，所述外边框两个对边上分别设有导向支耳，外边框的另外两个对边上分别设有压边块，具有导向支耳的两个外边框的对边上分别设有进气槽。

作为优选方案，所述外边框的四个顶点分别设有连接孔。

作为优选方案，所述外边框上还设有挡料销孔。

作为优选方案，所述下凹模也包括由内向外依次设置的内槽、密封凸埂、凹槽和外边框，所述外边框两个对边上分别设有导向支耳，外边框的另外两个对边上分别设有压边块，具有导向支耳的两个外边框的对边上分别设有进气槽。

上凹模和下凹模在结构上的区别在于：密封凸梗和凹槽的相对距离不同，上凹模中，密封凸梗和凹槽的相对距离可依照具体工艺补充边宽度确定，不宜过小，本发明中为35mm；下凹模中，密封凸梗和凹槽的相对距离则是25mm。

第二方面，本发明还提供了一种基于前述的装置的带加强块的空心夹层舵翼类构件的成型方法，其包括如下步骤：

S1：分别成型上蒙皮和下蒙皮；

S2：将加强块夹设于所述上蒙皮和下蒙皮之间，依次进行定位焊接和热成形，得到所述带加强块的空心夹层舵翼类构件。

作为优选方案，所述上蒙皮的成型方法包括如下操作：

分别将上蒙皮上模和上蒙皮下模固定于热压机的上台面和下台面，进行上蒙皮的成型。

作为优选方案，所述下蒙皮的成型方法包括如下操作：

分别将下蒙皮上模和下蒙皮下模固定于热压机的上台面和下台面，进行下蒙皮的成型。

作为优选方案，步骤S2具体包括如下操作：

将上蒙皮、下蒙皮和加强块一同放入上凹模和下凹模之间，在具有气源自动加载功能的热压机或真空超塑/扩散连接设备上进行成形。

第二方面，本发明还提供了一种基于前述的装置的带加强块的空心夹层舵翼类构建的成型方法，其包括如下步骤：

S1：分别成型上蒙皮和下蒙皮；

S2：将加强块夹设于所述上蒙皮和下蒙皮之间，依次进行定位焊接和热成形，得到所述带加强块的空心夹层舵翼类构件。

作为优选方案，所述上蒙皮的成型方法包括如下操作：

分别将上蒙皮上模和上蒙皮下模固定于热压机的上台面和下台面，进行上蒙皮的成型。

作为优选方案，所述下蒙皮的成型方法包括如下操作：

分别将下蒙皮上模和下蒙皮下模固定于热压机的上台面和下台面，进行下蒙皮的成型。

作为优选方案，步骤S2具体包括如下操作：

将上蒙皮、下蒙皮和加强块一同放入上凹模和下凹模之间，在具有气源自动加载功能的热压机或真空超塑/扩散连接设备上进行成形。

换言之，本发明的用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置，包括三个部分，上凹模、中凸模和下凹模。其中，中凸模和下凹模通过耐高温紧固螺栓固定，与上凹模组合使用，用于成形上蒙皮；中凸模和上凹模通过紧固螺栓固定，与下凹模组合使用，用于成形下蒙皮；上凹模和下凹模组合使用，用于超塑成形/扩散连接成形钛合金四层板空心夹层舵翼类结构件。

在上述的一种成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置中：所述的上凹模在零件工艺补充边处有一圈密封凸埂，用于超塑成形时保持板料间的良好密封性。由于四层板料周边封焊后会稍高于板料平面，为此密封凸埂外侧还设计一圈凹槽，以防止封焊区域在高温大压力下被压溃。在凹槽外侧设计三个挡料销孔，用于成形蒙皮时板料定位用。

在上述的一种成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置中：所述的中凸模在两面均有与所述的上、下凹模相对应的凸型面。同时，在型面外侧均有与凹模的密封凸埂相对应的凹槽，以防止在成形蒙皮时，密封凸埂压溃型面。

在上述的一种成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置中：所述的下凹模设计点与上凹模类似，不同点在于两个型面是面对称以及密封凸埂间距10mm。

向热压机内引入几根小直径不锈钢管，即可实现带加强块的空心夹层舵翼类构件的成型工艺。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

为带加强块的空心夹层舵翼类零件成形提供一种高效可行的工艺方法，同时与传统超塑成形/扩散连接工艺相比，可将工艺装备由三套减少为一套。在明显降低成本和工装转换时间外，还可减少累积误差。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置的上凹模的结构示意图；

图2为用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置的中凸模的结构示意图；

图3为用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件的装置的下凹模的结构示意图；

图4为用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件上蒙皮的装置状态简图；

图5为用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件下蒙皮的装置状态简图；

图6为用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件超塑成形/扩散连接的装置状态简图。

图中：11、导向支耳；12、进气槽；13、密封凸埂；14、凹槽；15、压边块；16、挡料销孔；17、连接孔；18、内槽；19、外边框。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明中的具有气源自动加载功能的热压机或真空超塑/扩散连接设备可选择SHP800-200A型热压机(北京智创联合科技股份有限公司)外部增加一个气源自动加载***模块，其具有独立的工控机、相应的控制软件、实时测量反馈元器件和执行单元。

如图1～6所示，本发明提供的一种用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置包括：

用于上蒙皮成型的上蒙皮成型部件，

用于下蒙皮成型的下蒙皮成型部件，和

用于构件成型的构件成型模；

所述上蒙皮成型部件由上蒙皮上模和上蒙皮下模组成，所述下蒙皮成型部件由下蒙皮上模和下蒙皮下模组成，所述构件成型模由一个上凹模和一个下凹模组成，所述上蒙皮上模由一个中凸模和一个所述上凹模组成，所述上蒙皮下模为一个所述下凹模，所述下蒙皮上模由一个所述下凹模和一个所述中凸模组成，所述下蒙皮下模为一个所述上凹模。

所述上凹模包括由内向外依次设置的内槽18、密封凸埂13、凹槽14和外边框19，外边框19的两个对边上各设有一个导向支耳11，外边框19的另外两个对边上各设有一个压边块15，不具有导向支耳的外边框19两个对边上各设有一个进气槽12。

所述外边框的四个顶点分别设有连接孔17。

所述外边框上还设有挡料销孔16。

所述下凹模也包括由内向外依次设置的内槽、密封凸埂、凹槽和外边框，所述外边框两个对边上分别设有导向支耳，外边框的另外两个对边上分别设有压边块，具有导向支耳的两个外边框的对边上分别设有进气槽。

上凹模和下凹模在结构上的区别在于：密封凸梗和凹槽的相对距离不同，上凹模中，密封凸梗和凹槽的相对距离可依照具体工艺补充边宽度确定，不宜过小，本发明中为35mm；下凹模中，密封凸梗和凹槽的相对距离则是25mm。

本发明提供的一种基于前述的装置的带加强块的空心夹层舵翼类构建的成型方法，其包括如下步骤：

步骤1：如图4所示，用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件上蒙皮的装置状态简图。图1下凹模作为成形上蒙皮的下模，与带加热功能的压机下平面通过压边块15进行固定；图2中凸模和图3上凹模通过耐高温紧固件相连，作为成形上蒙皮的上模，与带加热功能的压机上平面通过压边块15进行固定，穿过连接孔17；两个模具的定位通过导向支耳11进行定位；在高温和机床机械压力下成形钛合金上蒙皮。

步骤2：如图5所示，用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件下蒙皮的装置状态简图。图3上凹模作为成形下蒙皮的下模，与带加热功能的压机下平面通过压边块15进行固定；图2中凸模和图1下凹模通过耐高温紧固件相连，作为成形下蒙皮的上模，与带加热功能的压机上平面通过压边块15进行固定，穿过连接孔17；两个模具的定位通过导向支耳11进行定位；在高温和机床机械压力下成形钛合金下蒙皮。

步骤3：如图6所示，用于成形带加强块空心夹层舵翼类构件超塑成形/扩散连接的装置状态简图。图3下凹模作为下模，与带加热功能的压机下平面通过压边块15进行固定；图1上凹模作为成形下蒙皮的上模，与带加热功能的压机上平面通过压边块15进行固定；两个模具的定位通过导向支耳11进行定位；在高温、惰性气体和机床机械压力下超塑成形/扩散连接钛合金舵翼类构件。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置，其特征在于，包括：

用于上蒙皮成型的上蒙皮成型部件，

用于下蒙皮成型的下蒙皮成型部件，和

用于构件成型的构件成型模；

所述上蒙皮成型部件由上蒙皮上模和上蒙皮下模组成，所述下蒙皮成型部件由下蒙皮上模和下蒙皮下模组成，所述构件成型模由一个上凹模和一个下凹模组成，所述上蒙皮上模由一个中凸模和一个所述上凹模组成，所述上蒙皮下模为一个所述下凹模，所述下蒙皮上模有一个所述下凹模和一个所述中凸模组成，所述下蒙皮下模为一个所述上凹模。

2.如权利要求1所述的用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置，其特征在于，所述上凹模包括由内向外依次设置的内槽、密封凸埂、凹槽和外边框，所述外边框两个对边上分别设有导向支耳，外边框的另外两个对边上分别设有压边块，具有导向支耳的两个外边框的对边上分别设有进气槽。

3.如权利要求2所述的用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置，其特征在于，所述外边框的四个顶点分别设有连接孔。

4.如权利要求3所述的用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置，其特征在于，所述外边框上还设有挡料销孔。

5.如权利要求1所述的用于带加强块的空心夹层舵翼类构件成形的装置，其特征在于，所述下凹模也包括由内向外依次设置的内槽、密封凸埂、凹槽和外边框，所述外边框两个对边上分别设有导向支耳，外边框的另外两个对边上分别设有压边块，具有导向支耳的两个外边框的对边上分别设有进气槽。

6.一种基于权利要求1所述的装置的带加强块的空心夹层舵翼类构件的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：分别成型上蒙皮和下蒙皮；

S2：将加强块夹设于所述上蒙皮和下蒙皮之间，依次进行定位焊接和热成形，得到所述带加强块的空心夹层舵翼类构件。

7.如权利要求6所述的带加强块的空心夹层舵翼类构件的成型方法，其特征在于，所述上蒙皮的成型方法包括如下操作：

分别将上蒙皮上模和上蒙皮下模固定于热压机的上台面和下台面，进行上蒙皮的成型。

8.如权利要求6所述的带加强块的空心夹层舵翼类构件的成型方法，其特征在于，所述下蒙皮的成型方法包括如下操作：

分别将下蒙皮上模和下蒙皮下模固定于热压机的上台面和下台面，进行下蒙皮的成型。

9.如权利要求6所述的带加强块的空心夹层舵翼类构件的成型方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下操作：

将上蒙皮、下蒙皮和加强块一同放入上凹模和下凹模之间，在具有气源自动加载功能的热压机或真空超塑/扩散连接设备上进行成形。