CN113333557B - 一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具及其成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属塑性加工技术领域内的一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具及其成形方法，包括法兰盘、夹紧环、芯轴、型模、端盖以及定位板；法兰盘与端盖分别连接于芯轴的轴向两端，法兰盘与端盖的外径均大于芯轴的外径，夹紧环与型模套接于芯轴的外周面上，型模夹持于夹紧环与端盖之间，夹紧环轴向的另一端与法兰盘的端面对接，端盖轴向的另一端连接定位板，定位板的外周面高于型模的外周面。本发明中法兰盘在完成旋压后与芯轴以及定位板同进行拆除，进而将留下夹紧环、型模、端盖以及覆盖于型模上的旋压成形的带交叉筋薄壁筒段一并放入时效炉中进行热处理，有效消减带交叉筋薄壁筒段在人工时效过程中的变形量，实现一套工装可以在旋压和热处理中共用的目的。

Description

一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具及其成形方法
技术领域
本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地，涉及一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具及其成形方法。
背景技术
带交叉筋薄壁筒段因其高刚度、高强度和低结构重量系数等优点，成为航空航天轻量化高性能结构件的首选。针对带交叉筋薄壁筒段的整体制造，目前主要采用的成形技术是流动旋压工艺方法。带交叉筋薄壁筒段整体化制造过程包括两大核心工序，即采用流动旋压加工出带交叉筋薄壁筒段，采用热处理对已旋压的带交叉筋薄壁筒段进行力学性能强化。由于带交叉筋薄壁筒段内部的复杂结构，采用传统的“流动旋压-固溶时效”工艺将成形与成性过程剥离，实际加工过程中极易因热处理变形导致产品形位尺寸超差。目前，采用“管坯固溶-流动旋压-人工时效”的固溶态铝合金旋压工艺路线，可以避免因热处理变形导致产品形位尺寸超差问题。然而，在人工时效过程中因旋压内应力的不均匀性，人工时效后仍然存在带交叉筋薄壁筒段直线度和圆度超差问题，需要进行在模人工时效处理进一步改善尺寸精度。
针对带交叉筋薄壁筒体的流动旋压模具已经有较多的研发。文献“申请公开号是CN109663680A的中国发明专利”公开了一种带纵横筋构件的旋压成形模具及设计方法。该方案存在以下缺陷：1)该模具是通过滑轨来实现带筋槽芯模定位，旋压后拆卸基座时芯模与工件产生分离，因此仅能用于旋压成形时工装，无法兼用后续人工时效处理时工装。2)没有考虑大型带交叉筋薄壁筒段流动旋压加工中工装高效率拆卸的问题。
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带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具及其成形方法。
根据本发明提供的一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，包括法兰盘、夹紧环、芯轴、型模、端盖以及定位板；
所述法兰盘与所述端盖分别连接于所述芯轴的轴向两端，所述法兰盘与所述端盖的外径均大于所述芯轴的外径，所述夹紧环与所述型模套接于所述芯轴的外周面上，所述型模夹持于所述夹紧环与所述端盖之间，所述夹紧环轴向的另一端与所述法兰盘的端面对接，所述端盖轴向的另一端连接所述定位板，所述定位板的外周面高于所述型模的外周面。
一些实施方式中，所述型模沿轴向切割为多块瓣模，多块所述瓣模沿周向拼合成所述型模。
一些实施方式中，所述瓣模包括第一瓣模和第二瓣模，所述第一瓣模横截面为类矩形，所述第二瓣模横截面为类梯形，所述类矩形是指两侧面相互平行而上下端面为弧形面的结构，所述类梯形是指两侧面为非平行面而上下端面为弧形面的结构。
一些实施方式中，每块所述瓣模设有独立的纵横交叉筋网格。
一些实施方式中，所述夹紧环的外径大于所述法兰盘的外径。
一些实施方式中，所述法兰盘与所述芯轴相接的端部通过适配的L型槽相扣接。
一些实施方式中，所述夹紧环与所述型模相接的端部通过适配的L型槽相扣接。
一些实施方式中，所述端盖与所述型模相接的端部通过适配的L型槽相扣接。
一些实施方式中，所述端盖的外径小于所述型模的外径，所述型模与所述定位板之间的凹槽用于对旋压坯料轴向固定。
本发明还提供了一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压成形方法，采用所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，包括如下步骤：
旋压步骤：所述法兰盘、所述夹紧环、所述芯轴、所述型模以及所述端盖组装后，将旋压坯料套接于所述型模上，继而将所述定位板紧固连接于所述端盖上，从而将所述旋压坯料夹紧，再通过所述法兰盘将带有所述旋压坯料的所述带交叉筋薄壁筒体流动旋压模具紧固在机床上进行旋压操作；
人工时效步骤：经旋压步骤，带交叉筋薄壁筒段旋压成形，拆除所述法兰盘、所述芯轴以及所述定位板，将留下的所述夹紧环、所述型模、所述端盖以及覆盖于所述型模上的所述带交叉筋薄壁筒段整体送入时效炉中进行热处理；
脱模步骤：人工时效步骤结束后进行脱模。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中法兰盘在完成旋压后与芯轴以及定位板同进行拆除，进而将留下夹紧环、型模、端盖以及覆盖于型模上的旋压成形的带交叉筋薄壁筒段一并放入时效炉中进行热处理，有效消减带交叉筋薄壁筒段在人工时效过程中的变形量，实现一套工装可以在旋压和热处理中共用的目的。
2、本发明通过法兰盘与芯轴、夹紧环与型模以及端盖与型模三者之间的扣合连接，使得连接组装后的模具整体上通过阶梯结构获得更佳的稳定性。
3、本发明通过优化型模为分体结构，并进一步对分体结构上交叉筋的设计，提高成形后的带交叉筋薄壁筒段的整体结构强度，降低脱模的难度，同时通过分体结构形状的设计，可有效防止瓣模间的相对滑动，提高拼接后的型模的结构强度。
4、本发明通过将端盖的外径小于型模的外径，使得型模与定位板之间形成凹槽，获得限制旋压坯料轴向位移的限位结构，增强模具功能的同时降低成本。
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是本发明带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是本发明中瓣模俯视结构示意图；
图4是本发明中法兰盘结构示意图；
图5是本发明中夹紧环结构示意图；
图6是本发明中端盖结构示意图；
图7是本发明中定位板结构示意图；
图8是本发明时效工况下的模具结构示意图。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种带交叉筋筒段流动旋压模具，如图1-8所示，包括法兰盘1、夹紧环2、芯轴3、型模4、端盖5和定位板6。芯轴3优选为空心轴，用于支撑型模4，型模4上设有交叉网格的加强筋9，法兰盘1与端盖5通过螺孔与螺栓的配合分别紧固连接于芯轴3的轴向两端，法兰盘1、芯轴3以及端盖5三者同轴。夹紧环2和型模4套接于芯轴3的外周面上，且型模4夹持于夹紧环2与端盖5之间，其中，法兰盘1的外径大于型模4的外径，使得夹紧环2轴向的另一端面可通过与法兰盘1的端面相接触的方式实现对夹紧环2的限位，优选的，夹紧环2的外径大于法兰盘1的外径以及型模4的外径。定位板6连接于端盖5轴向的另一端，两者可通过螺孔与螺栓的结构配合进行紧固连接，且定位板6的外周面高于型模4的外周面，进而限制旋压坯料7朝向定位板6的方向移动。本发明中法兰盘1与芯轴3连接的同时对夹紧环2进行限位，其法兰盘1可在完成旋压后与芯轴3以及定位板6一同进行拆除，仅留下夹紧环2、型模4、端盖5以及覆盖于型模4上的旋压成形的带交叉筋薄壁筒段8，进而在人工时效时，将其一并放入时效炉中进行热处理，，有效消减带交叉筋薄壁筒段在人工时效过程中的变形量，实现一套工装可以在旋压和热处理中共用的目的。
优选的，法兰盘1与芯轴3连接的端面开设有L型槽，L型槽沿法兰盘1环向设置，相应的，芯轴3内周面上开设有横向的L型槽，芯轴3通过扣接的方式与法兰盘1紧固连接。同样的优化设计为，端盖5与型模4的连接方式以及夹紧环2与型模4的对接均通过开设的相适配的L型槽的进行扣合连接。通过法兰盘1与芯轴3、夹紧环2与型模4以及端盖5与型模4三者之间的扣合连接，使得连接组装后的模具整体上通过阶梯结构获得更佳的稳定性。
实施例2
本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过优化型模为分体结构，并进一步对分体结构上交叉筋的设计，提高模压成形后的带交叉筋薄壁筒段的整体结构强度，降低脱模的难度，同时通过分体结构形状的设计，即设置侧面倾斜角度不同的瓣模进行拼合，可有效防止瓣模间的相对滑动，提高拼接后的型模的结构强度。具体地：
如图1-8所示，多块瓣模40沿周向方向拼接成整体结构的型模4，且通过工艺控制使得两块瓣模40之间基本无间隙。优选的，每块瓣模40上的加强筋网格为独立的，即每块瓣模40上的加强筋网格存在于单块瓣模40的两侧面之间，但并不限定每块瓣模上只有一个加强筋网格，仅需要使加强筋网格的交叉点位于相邻两块瓣模40的边界中即可，以此提高模压成形后的筒段的整体结构强度。进一步的，瓣模40主要包括两种结构形成，分别为第一瓣模401和第二瓣模402，其中，第一瓣模401为类矩形结构，第二瓣模402为类梯形结构，两种类型的瓣模通过周向的拼接构成整体的型模4。类矩形结构是指第一瓣模401的横截面的两侧面为相互平行而上下端面为弧形面的结构。类梯形结构是指第二瓣模402的横截面的两侧面为非平行面而上下端面为弧形面的结构。型模设计为分体结构，可大幅降低脱模的难度，同时通过设置侧面倾斜角度不同的瓣模进行拼合，可有效防止瓣模间的相对滑动，提高拼接后的型模的结构强度。
实施例3
本实施例3是在实施例1或2的基础上形成，通过将端盖的外径设置为小于型模的外径，使得型模与定位板之间形成凹槽，获得限制旋压坯料轴向位移的限位结构，增强模具功能的同时降低成本。具体地：
如图1-8所示，端盖5的外径小于型模4的外径，型模4套接于芯轴3的外周面上后，其型模4的端面与端盖5优选通过相适配的L型槽扣合连接，此时设计端盖5的外径小于型模4的外径，当定位板6固定于端盖5轴向的另一端上后，在型模4与定位板6之间形成凹槽结构，当旋压坯料7覆盖于型模4上后，部分旋压坯料7被压入凹槽内，进而对旋压坯料7形成轴向的限位，能够在旋压过程中防止坯料的轴向移动。
实施例4
本实施例4是在实施例3的基础上形成的一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压成形方法，采用实施例3所述的带交叉筋筒段流动旋压模具，包括旋压步骤和人工时效步骤，如图1-8所示，其中：
旋压步骤：进行带交叉筋薄壁筒段流动旋压时，先将一组第一瓣模401和第二瓣模402与夹紧环2通过定位键连接，再依次将其他的第一瓣模401和第二瓣模402装配好，然后将芯轴3依次***型模4以及夹紧环2内，进而将法兰盘1通过螺栓连接固定于芯轴3的端部，将端盖5连接于芯轴3轴向的另一端并与型模4的端部进行扣接，继而将需要加工的旋压坯料7套于型模4上，再将定位板6通过螺栓与端盖5进行连接固定从而夹紧旋压坯料7，最后通过法兰盘1将带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具紧固在机床位置上进行旋压成形。
人工时效步骤：经旋压步骤，带交叉筋薄壁筒段8模压成形，拆除法兰盘1、芯轴3以及定位板6，将留下夹紧环2、型模4、端盖5以及覆盖于型模4上已成形的带交叉筋薄壁筒段8整体送入时效炉中进行热处理。因型模4的支撑作用，在人工时效过程中可消减带交叉筋薄壁筒段8的变形。人工时效工况处理结束后，拆卸夹紧环2、端盖5以及组成型模4的瓣模40，完成带交叉筋薄壁筒段8的脱模。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，包括法兰盘（1）、夹紧环（2）、芯轴（3）、型模（4）、端盖（5）以及定位板（6）；
所述法兰盘（1）与所述端盖（5）分别连接于所述芯轴（3）的轴向两端，所述法兰盘（1）与所述端盖（5）的外径均大于所述芯轴（3）的外径，所述夹紧环（2）与所述型模（4）套接于所述芯轴（3）的外周面上，所述型模（4）夹持于所述夹紧环（2）与所述端盖（5）之间，所述夹紧环（2）轴向的另一端与所述法兰盘（1）的端面对接，所述端盖（5）轴向的另一端连接所述定位板（6），所述定位板（6）的外周面高于所述型模（4）的外周面；
所述夹紧环（2）的外径大于所述法兰盘（1）的外径及其所述型模（4）的外径；
所述端盖（5）的外径小于所述型模（4）的外径，所述型模（4）与所述定位板（6）之间的凹槽用于对旋压坯料轴向固定；
将所述法兰盘（1）通过螺栓连接固定于所述芯轴（3）的端部，将所述端盖（5）连接于所述芯轴（3）轴向的另一端并与所述型模（4）的端部进行扣接；
所述法兰盘（1）与所述芯轴（3）连接的同时对所述夹紧环（2）进行限位，所述法兰盘（1）能够在完成旋压后与所述芯轴（3）以及所述定位板（6）一同进行拆除，仅留下所述夹紧环（2）、所述型模（4）、所述端盖（5）以及覆盖于所述型模（4）上的旋压成形的带交叉筋薄壁筒段（8），进而在人工时效时，将其一并放入时效炉中进行热处理，有效消减带交叉筋薄壁筒段在人工时效过程中的变形量，实现一套工装可以在旋压和热处理中共用的目的。
2.根据权利要求1所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，所述型模（4）沿轴向切割为多块瓣模（40），多块所述瓣模（40）沿周向拼合成所述型模（4）。
3.根据权利要求2所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，所述瓣模（40）包括第一瓣模（401）和第二瓣模（402），所述第一瓣模（401）横截面为类矩形，所述第二瓣模（402）横截面为类梯形，所述类矩形是指两侧面相互平行而上下端面为弧形面的结构，所述类梯形是指两侧面为非平行面而上下端面为弧形面的结构。
4.根据权利要求2或3所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，每块所述瓣模（40）设有独立的纵横交叉筋网格。
5.根据权利要求1所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，所述法兰盘（1）与所述芯轴（3）相接的端部通过适配的L型槽相扣接。
6.根据权利要求1所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，所述夹紧环（2）与所述型模（4）相接的端部通过适配的L型槽相扣接。
7.根据权利要求6所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，其特征在于，所述端盖（5）与所述型模（4）相接的端部通过适配的L型槽相扣接。
8.一种带交叉筋薄壁筒段流动旋压成形方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的带交叉筋薄壁筒段流动旋压模具，包括如下步骤：
旋压步骤：所述法兰盘（1）、所述夹紧环（2）、所述芯轴（3）、所述型模（4）以及所述端盖（5）组装后，将旋压坯料（7）套接于所述型模（4）上，继而将所述定位板（6）紧固连接于所述端盖（5）上，从而将所述旋压坯料（7）夹紧，再通过所述法兰盘（1）将带有所述旋压坯料（7）的所述带交叉筋薄壁筒体流动旋压模具紧固在机床上进行旋压操作；
人工时效步骤：经旋压步骤，带交叉筋薄壁筒段（8）旋压成形，拆除所述法兰盘（1）、所述芯轴（3）以及所述定位板（6），将留下的所述夹紧环（2）、所述型模（4）、所述端盖（5）以及覆盖于所述型模（4）上的所述带交叉筋薄壁筒段（8）整体送入时效炉中进行热处理；
脱模步骤：人工时效步骤结束后进行脱模。
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