CN117283304B - 一种超塑成形模具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种超塑成形模具及其使用方法，包括上模具和下模具，所述上模具上向内凹设有用于的成形的内槽，所述上模具和下模具对应，所述上模具和下模具闭合时将零件板夹持在中间；所述内槽开设有多个上气孔，所述上气孔与上通气管连通，所述上通气管一端穿至所述上模具内，另一端在所述上模具外侧，所述下模具上设有下气孔，所述下气孔与所述下通气管连通，所述下通气管第一段穿至所述下模具内。在本发明中，增加工艺板，使得工艺板和零件上板与零件下板形成密封，由于零件上板雕刻减重的形状即标记区，与零件下板不能实现密封，通过工艺板与零件下板在边缘通过焊接形成密封腔体，将零件上板夹在中间形成扩散连接密封，通过抽真空，保证扩散连接进行。

Description

一种超塑成形模具及其使用方法

技术领域

本发明涉及制造领域，特别涉及一种超塑成形模具及其使用方法。

背景技术

超塑成形技术，尤其是超塑气胀成形技术是一个比较新颖、先进而未成熟的技术，具有性能好、精度高、工序简单、操作方便等优点，在保证产品质量的同时还节约了能源和设备。在航天航空的飞机蒙皮或者导弹的舱体零件会用到超塑成形。

现有技术中，采用化学铣加工完成，工艺复杂、周期长、成本高、精度可控性差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种超塑成形模具及其使用方法，以解决现有技术中降低制造工艺难度、成本、周期的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种超塑成形模具，所述成形模具包括上模具和下模具，所述上模具上向内凹设有用于的成形的内槽，所述上模具和下模具对应，所述上模具和下模具闭合时将零件板夹持在中间；

所述内槽开设有多个上气孔，所述上气孔与上通气管连通，所述上通气管一端穿至所述上模具内，另一端在所述上模具外侧，所述下模具上设有下气孔，所述下气孔与所述下通气管连通，所述下通气管第一段穿至所述下模具内，另一端在所述下模具外侧；

所述上模具设置所述内槽的一侧开设有网格槽；

所述零件板包括工艺板、零件上板以及零件下板，所述工艺板与所述与所述上模具紧密贴合，所述零件下板与所述下模具紧密贴合，所述零件上板在所述工艺板和所述零件下板之间，所述零件上板上设有标记区，所述零件下板上设有开槽，所述开槽与进气管连通，所述进气管端部与零件上板和零件下板连接。

进一步的，所述上模具和下模具的侧壁上均设置有吊耳。

进一步的，所述下模具与所述上模具对应的一侧固定设置有定位销，所述下模具上设置于定位销相配合的定位孔。

进一步的，所述下模具的左右侧壁固定设置有连接定位销，所述零件下板上设置有与所述连接销配合的连接孔。

进一步的，所述上模具和下模具上开设有安装热电偶的安装孔。

一种超塑成形模具的使用方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将工艺板、零件上板和零件下板按照顺序组装焊接完毕的组件与上模具和下模具组装；

步骤2：在进气管处抽真空，将模具进行加热，上模具与下模具的上气孔和下气孔处持续吹入氩气；

步骤3：升温至860~940度，进行扩散焊接，驱使上模具向着下模具施加压力，上模具的上气孔吹入氩气；

步骤4：扩散焊接完成后，进行超塑成形，超塑成形的温度为880~940度，先将上模具、下模具放气通过上气孔和下气孔放气，改为抽真空，进气管处改为充氩气；

步骤5：降低模具温度至500度，上模具不在施加压力，等温度降低，将工件取出；

步骤6：采用不锈钢刷将成品的背面清理，采用激光切割将零件板多余的部分切除，将工艺板揭去，将零件上板标记区去除；

步骤7：采用氩弧焊接将组合的零件上板和零件下板与进气管连接的位置进行封堵。

进一步的，所述步骤中上模具的上气孔吹入氩气的压力小于上模具所施加的压力。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

在本发明中，增加工艺板，使得工艺板和零件上板与零件下板形成密封，由于零件上板雕刻减重的形状即标记区，与零件下板不能实现密封，通过工艺板与零件下板将零件上板夹在中间形成密封腔体，通过抽真空保证内部不被氧化，完成扩散连接密封，通过抽真空，保证扩散连接进行。扩散连接时通过上模具、下模具的封沿梗与零件板形成密封腔体，通过上模具充的氩气给工艺板上表面下模具加压实现扩散连接。

本发明对下模具进行优化设计，增加下气孔，目的是增加升温过程对零件板背面进行保护，防止氧化。通过增加廉价工艺板的工艺手段，解决化铣这种粗糙且耗时、污染、复杂的特种工艺，降低工艺难度，达到简化制造路线，同时降低了制造成本，而提高产品精度。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的上模板和下模板的组合示意图；

图3为本发明的零件板结构示意图；

图4为本发明的零件板和进气管的结构示意图；

图5为本发明的零件板的组合示意图；

图6为本发明的零件上板结构示意图；

图7为本发明的零件下板结构示意图；

图8为本发明的上模具的结构示意图；

图9为本发明的下模具的结构示意图；

图10为本发明的升温阶段示意图；

图11为本发明的扩散连接阶段示意图；

图12为本发明的超塑成形阶段示意图；

图13为本发明的零件板成品示意图；

图14为本发明的成品去除工艺板示意图；

图15为本发明的成品去除标记区示意图。

附图标记说明：

1、工艺板；

2、零件上板；201、标记区；

3、零件下板；301、开槽；

4、进气管；

5、下模具；501、定位销；502、连接销；503、下气孔；

6、上模具；601、内槽；602、上气孔；603、网格槽；

7、吊耳；

8、返修基准孔；

9、上通气管；

10、下通气管；

11、安装孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“背”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图1至图15并结合实施例来详细说明本发明。

整体而言，本发明的涉及了一种超塑成形模具，如图1至图4所示，该成形模具包括上模具6和下模具5，上模具6上向内凹设有用于的成形的内槽601，上模具6和下模具5对应，上模具6和下模具5闭合时将零件板夹持在中间。其中，内槽601开设有多个上气孔602，上气孔602与上通气管9连通，上通气管9一端穿至上模具6内，另一端在上模具6外侧，下模具5上设有下气孔503，下气孔503与下通气管10连通，下通气管10第一段穿至下模具5内，另一端在下模具5外侧；上模具6设置内槽601的一侧开设有网格槽603。

在本实施例中，上模具6的内槽601为超塑成形后的凸起形状，具体形状更具使劲情况而定，在此不作进一步的限定。上气孔602可以利于将气体吹入或者吸出上模具6，下气孔503可以利于将气体吹入或者吸出上模具6。

网格槽603是保证扩散连接时板材与模具之间形成一层致密的气体薄膜来保证扩散焊合率，如果没有此网格槽603，在扩散连接过程中，部分区域可能被模具机械压住，导致个别区域没有气膜，造成扩散焊接缺陷。

如图3至图7所示，上述的零件板包括工艺板1、零件上板2以及零件下板3，工艺板1与上模具6紧密贴合，零件下板3与下模具5紧密贴合，零件上板2在工艺板1和零件下板3之间，零件上板2上设有标记区201，零件下板3上设有开槽301，开槽301与进气管4连通，进气管4端部与零件上板2和零件下板3连接。

应当理解的是，零件板为超塑成形的原材料，在实际工作时，如图8和图9所示，工艺板1上可以刻线，用以找正。最后的成品是由零件上板2和零件下板3组合而成，工艺板1起到的辅助找正的作用，在具体实施时，为了防止工艺板1与成品焊接在一起，工艺板1与零件上板2接触的一面刷止焊剂。

零件上板2与工艺板1采用电子束或激光焊接完成焊接，在要求保证密封的同时，也方便最后将工艺板1拆下，另外工艺板1上的止焊剂不能影响工艺板1的连接。零件上板2与零件下板3接触标记区201的位置刷有止焊剂，标记区201为减重区与超塑成形区，减重区为最后机械去除的区域，如此可以方便后续的去除。零件上板2与零件下板3接触且对应上模具6内槽601的位置也刷有止焊剂，如此能够利于零件的成形。

零件下板3的开槽301也刷有止焊剂，在具体实施时，止焊剂可以防止开槽301与零件上板2焊接在一起，开槽301可以在扩散连接阶段在零件上板2和零件下板3之间抽真空，成形时开槽301可以将零件上板2对应内槽601的形成的腔室内吹入氩气。在实际工作时，进气管4与开槽301可拆卸连接，开槽301根据不同的零件进行设置，需要注意的是，设置开槽301需要将形成的腔室连通。

需要进一步说明的是，为了方便安装调试，在组装时可以将模具安装到加紧固定装置内。

为了利于模具的安装固定，在本实施例中，如图8和图9所示，上模具6和下模具5的侧壁上均设置有吊耳7。

作为本实施例一个优选结构，上模具6和下模具5上设置有返修基准孔8，用于返修加工时的基准。

在实际工作时，上模具6和下模具5需要安装闭合，为了利于上模具6和下模具5的安装闭合，在本实施例中，下模具5与上模具6对应的一侧固定设置有定位销501，下模具5上设置于定位销501相配合的定位孔。

为了利于零件板的安装定位，在本实施例中，如图8和图9所示，下模具5的左右侧壁固定设置有连接销502，零件下板3上设置有与连接销502配合的连接孔。将零件板放在下模具5上，将连接销502和连接孔将零件板固定定位。

由于本模具是要在加热的条件下进行工作，为了利于方便对模具温度的监测，上模具6和下模具5上开设有安装热电偶的安装孔11。

此外，上模具6和下模具5夹持零件板的一侧，设置有扩散连接密封用的封沿梗。

作为本发明的另一方面，本发明提出了一种超塑成形模具的使用方法，具体如下如图10至图15所示：

步骤1：将工艺板1、零件上板2和零件下板3按照顺序组装焊接完毕的组件与上模具6和下模具5组装；

步骤2：在进气管4处抽真空，将模具进行加热，上模具6和下模具5的上气孔602和下气孔503处持续吹入氩气；通过气道进行吹氩气对产品表面进行保护防止氧化。

步骤3：升温至860~940度，进行扩散焊接，驱使上模具6向着下模具5施加压力，上模具6的上气孔602吹入氩气；这个过程是扩散焊接的阶段，目的是没有止焊剂的区域进行扩散焊接，一定时间后扩散焊接完成。

步骤4：扩散焊接完成后，进行超塑成形，超塑成形的温度为880~940度，先将上模具6、下模具5放气通过上气孔602和下气孔503放气，改为抽真空，进气管4处改为充氩气；这个充氩气是按照不同的工艺曲线进行充气，充的太猛容易裂开，上模具6与下模具5要改抽真空是因为这个过程中如果模具的腔体里面有气体的话，超塑成形过程不彻底，模具有气的地方是不能够让零件上板2与工艺板1贴合的，会成为产品缺陷，因此必须抽真空；可以根据实际情况减少上模具6对下模具5的压力，压力减小是因为此时的气体面积减小了不需要那么大，另外大压力容易造成气孔的堵塞。

步骤5：降低模具温度至500度，上模具6不在施加压力，等温度降低，将工件取出。

步骤6：采用激光切割将零件板多余的部分切除，将工艺板1揭去，将零件上板2标记区201去除；标记区201为减重区。

步骤7：采用氩弧焊接将组合的零件上板2和零件下板3与进气管4连接的位置进行封堵。

需要说明的是，步骤3中吹入氩气的压力小于上模具6所施加的压力。

最后，将成品进行酸洗碱崩去除表面氧化皮。

综上，本发明增加工艺板1，使得工艺板1和零件上板2与零件下板3形成密封（超塑成形必备），由于零件上板2雕刻减重的形状即标记区201，与零件下板3不能实现密封，通过工艺板1与零件下板3将零件上板2夹在中间形成密封腔体，通过抽真空保证内部不被氧化，完成扩散连接，通过抽真空，保证扩散连接进行。

扩散连接时通过上模具6的与零件板形成密封腔体，通过上模具6充的氩气给工艺板1上表面加压实现扩散连接。

本发明对下模具5进行优化设计，增加下气孔503，目的是增加升温过程对零件板背面进行保护，防止氧化。

通过增加工艺板1的工艺手段，解决化铣这种粗糙且耗时、污染、复杂的特种工艺，降低工艺难度，达到简化制造路线，同时降低了制造成本，而提高产品精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超塑成形模具的使用方法，其特征在于：

所述成形模具包括上模具（6）和下模具（5），所述上模具（6）上向内凹设有用于的成形的内槽（601），所述上模具（6）和下模具（5）对应，所述上模具（6）和下模具（5）闭合时将零件板夹持在中间；

所述内槽（601）开设有多个上气孔（602），所述上气孔（602）与上通气管（9）连通，所述上通气管（9）一端穿至所述上模具（6）内，另一端在所述上模具（6）外侧，所述下模具（5）上设有下气孔（503），所述下气孔（503）与下通气管（10）连通，所述下通气管（10）的一端穿至所述下模具（5）内，另一端在所述下模具（5）外侧；

所述上模具（6）设置所述内槽（601）的一侧开设有网格槽（603）；

所述零件板包括工艺板（1）、零件上板（2）以及零件下板（3），所述工艺板（1）与所述上模具（6）紧密贴合，所述零件下板（3）与所述下模具（5）紧密贴合，所述零件上板（2）在所述工艺板（1）和所述零件下板（3）之间，所述零件上板（2）上设有标记区（201），所述零件下板（3）上设有开槽（301），所述开槽（301）与进气管（4）连通，所述进气管（4）端部与零件上板（2）和零件下板（3）连接；

所述上模具（6）和下模具（5）的侧壁上均设置有吊耳（7）；所述下模具（5）与所述上模具（6）对应的一侧固定设置有定位销（501），所述上模具（6）上设置与定位销（501）相配合的定位孔；所述下模具（5）的左右侧壁固定设置有连接销（502），所述零件下板（3）上设置有与所述连接销（502）配合的连接孔；所述上模具（6）和下模具（5）上开设有安装热电偶的安装孔（11）；上模具（6）和下模具（5）上设置有返修基准孔（8）；

所述使用方法包括以下步骤：

步骤1：将工艺板（1）、零件上板（2）和零件下板（3）按照顺序组装焊接完毕的组件与上模具（6）和下模具（5）组装；

步骤2：在进气管（4）处抽真空，将模具进行加热，上模具（6）与下模具（5）的上气孔（602）和下气孔（503）处持续吹入氩气；

步骤3：升温至860~940度，进行扩散焊接，驱使上模具（6）向着下模具（5）施加压力，上模具（6）的上气孔（602）吹入氩气；

步骤4：扩散焊接完成后，进行超塑成形，超塑成形的温度为880~940度，先将上模具（6）、下模具（5）放气，通过上气孔（602）和下气孔（503）放气，改为抽真空，进气管（4）处改为充氩气；

步骤5：降低模具温度至500度，上模具（6）不在施加压力，等温度降低，将工件取出；

步骤6：采用不锈钢刷将成品的背面清理，采用激光切割将零件板多余的部分切除，将工艺板（1）揭去，将零件上板（2）标记区（201）去除；

步骤7：采用氩弧焊接将组合的零件上板（2）和零件下板（3）与进气管（4）连接的位置进行封堵。

2.根据权利要求1所述的一种超塑成形模具的使用方法，其特征在于，

所述步骤3中上模具（6）的上气孔（602）吹入氩气的压力小于上模具（6）所施加的压力。