CN110814174B - 耦合模具、热成形方法、及制备的整流蒙皮 - Google Patents
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Abstract
一种耦合模具、热成形方法及制备的整流蒙皮，耦合模具包括凹模和凸模，凸模包括上下移动的中间模块，和两个对称设于中间模块两侧、且左右移动的动模块，动模块通过压板固定在设备平台上，两个动模块之间留有容纳顶出杆通过的避让间隙，顶出杆用于抵住中间模块并使之向上移动；凹模与凸模之间留有不等厚的压合间隙，压合间隙的中间位置的间隙小、两侧边缘的间隙大，压合间隙的转折区形成反向的拔模角。本发明通过调节中间模块及两个动模块之间的配合间隙，来实现耦合间隙的调节；通过设置反向的拔模角，使得毛坯在脱模过程中沿着竖直方向向上小幅度移动，该拔模角既能起到导向作用，又能防止毛坯卡住模具，使得毛坯顺利脱模。
Description
技术领域
本发明涉及板材热成形加工技术领域，特别是涉及一种耦合模具、热成形方法、及制备的整流蒙皮。
背景技术
近年来复杂结构的钛合金构件应用较多，零部件类型不再限于单纯的钣金件和机加件，有的零部件同时具有钣金件和机加件的特点。例如用于航空航天领域飞行器的某种钛合金曲面零件，其四边为厚度较大、且不等厚的边框，中间为带有筋条结构的蒙皮，这种结构目前采用的制造方法是，先将零件按结构进行拆分，然后分别通过热成形、外形粗加工、组合拼焊、热处理及精加工等工序以形成构件成品，整个加工过程需要经过多次热成形来实现。
上述制造方法中，首先分别热成形出不同厚度的毛坯，然后留好余量粗加工，接下来组合拼焊，组合拼焊后由于变形还要进行热处理校形，再进行数控加工成最终零件。整个加工过程的工艺路线长，而且不同尺寸、不同厚度的材料热成形后匹配精度差，导致无法精确对接、及焊接困难，影响到后续工作的开展，因此多次热成形加拼焊的工艺存在较大的技术风险。
虽然市场上存在对不等壁厚毛坯板材进行热成形加工的耦合模具，但是其存在一些不足之处。首先，为保证成形毛坯耦合准确，那么耦合模的合模间隙也应是不同的，在自由状态下，不等厚毛坯在成形时的流动变形量不能准确预测，会造成毛坯在不等厚区域卡死，或无法正确与模具型面耦合；其次，即使不等厚毛皮能与模具准确耦合，但凸模与成形后的毛坯之间会存在厚度突变，在厚度突变处,零件开口宽度小于模具开口宽度，导致成形后的毛坯无法顺利脱模。
发明内容
本发明实施例提供了一种耦合模具、热成形方法、及制备的整流蒙皮，通过调节凸模的宽度来实现耦合间隙的调节，通过凸模上设置反向的拔模角来实现毛坯顺利脱模。
第一方面，本发明的实施例提出了一种耦合模具，用于对不等壁厚的板材进行热成形加工，包括凹模和凸模，所述凸模包括可上下移动的中间模块，和两个对称设于所述中间模块两侧、且可左右移动的动模块，其中，
所述动模块通过压板固定在设备平台上，两个动模块之间留有容纳顶出杆通过的避让间隙，所述顶出杆用于抵住所述中间模块并使之向上移动；
所述中间模块朝向所述顶出杆方向一端的宽度小于另一端的宽度，即所述中间模块和所述动模块之间的配合面的夹角为锐角；
所述凹模与凸模之间留有不等厚的压合间隙，所述压合间隙的中间位置的间隙小、两侧边缘的间隙大，所述压合间隙的转折区形成反向的拔模角。
进一步地，所述拔模角为锐角，且角度范围为不大于45°；
所述转折区的凹凸尖角分别为倒圆角设置，所述转折区位于所述动模块的外壁与所述凹模的内壁之间，且位于所述凹模的底部所在平面的上方。
进一步地，由所述转折区的内凹底部至所述动模块的底部的方向，所述动模块的外壁包括相连接的圆弧曲面和直面，且所述圆弧曲面位于所述直面的左侧。
进一步地，所述动模块的外边缘设有至少两个导向槽，所述压板位于所述导向槽中。
进一步地，所述中间模块的脊线上设有至少两个定位销。
第二方面，本发明提供了一种不等壁厚的板材的热成形方法，该方法包括：
通过凸模的中间模块的脊线上的定位销进行定位，将不等壁厚的板材装入凹模和凸模之间进行预热；
加载热成形机使凹模和凸模进行合模，并保压至预设时间后进行卸压；
抬起凹模并通过顶出杆使中间模块向上移动，至成形后的毛坯厚边缘移动到凸模中两侧动模块的反向拔模角的型面上；
对两侧动模块施加横向冲击力使两动模块相向移动，再通过顶出杆继续使中间模块向上移动，依此循环，直至成形后的毛坯的最小开口尺寸不小于凸模的最大宽度，以使成形后的毛坯从凸模中脱出。
进一步地，在所述将不等壁厚的板材装入凹模和凸模之间进行预热的步骤之前，所述热成形方法包括：
将凹模和凸模进行加热升温至预设温度，且该预设温度通过凸模旁的热电偶测得。
进一步地，该不等壁厚的板材的预热时间范围为30min～60min，该热成形机的加载压力为60t～120t，保压的预设时间不少于30min。
第三方面，本发明提供一种不等壁厚的整流蒙皮，该整流蒙皮通过上述的耦合模具或上述的热成形方法制得。进一步地，该整流蒙皮所用耦合模具中的反向拔模角为30°，耦合模具中的中间模块和所述动模块之间的配合面的夹角为10°，顶出杆点动的上升距离小于2mm/次。
综上，本发明相对于现有技术具有以下优点：
(1)通过调节中间模块及两个动模块之间的配合间隙，来实现耦合间隙的调节；
(2)通过设置反向的拔模角，使得毛坯在脱模过程中沿着竖直方向向上小幅度移动，该拔模角既能起到导向作用，又能防止毛坯卡住模具，使得毛坯顺利脱模；
(3)通过定位销来定位毛坯的成形方法，可以保证在凸模、凹模正确耦合的前提下准确预测毛坯的成形位置；
(4)成形过程中，中间模块向上移动、两侧动模块相向移动的操作顺序具有唯一性，不同的操作顺序无法使毛坯顺利脱模。.
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种耦合模具的总体结构示意图。
图2是图1中耦合模具的截面示意图。
图3是本发明实施例中不等壁厚的板材在耦合模具中压合时的截面示意图。
图4是图3中A处的放大示意图。
图5是图1中去除凹模的俯视图。
图6是图1中耦合模具对不等壁厚的板材进行热成形时的流程图。
图7是热成形后的整流蒙皮的凸面的示意图。
图8是热成形后的整流蒙皮的凹面的示意图。
图中：
100-板材；10-凹模；11-凸模；111-中间模块；1111-定位销；112-动模块；1121-圆弧曲面；1122-直面；1123-导向槽；13-压板；14-顶出杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1至图5，本发明提供的一种耦合模具，该耦合模具用于对不等壁厚的板材100进行热成形加工。
具体的，该耦合模具包括凹模10和凸模11，所述凸模11包括可上下移动的中间模块111，和两个对称设于所述中间模块111两侧、且可左右移动的动模块112，通过调节中间模块111及两个动模块112之间的配合间隙，来实现耦合间隙的调节。
请参阅图2、图3和图5，所述动模块112通过压板13固定在设备平台上，两个动模块112之间留有容纳顶出杆14通过的避让间隙，所述顶出杆14用于抵住所述中间模块111并使之向上移动。
需要说明的是，本实施例中，所述中间模块111朝向所述顶出杆14方向一端的宽度小于另一端的宽度，即所述中间模块111和所述动模块112之间的配合面的夹角(参阅图3中的α角)为锐角，这样设置的目的可以使得两个所述动模块112在相向移动时存在一定的挤压力，使得所述中间模块111有向上运动的趋势，然后在用所述顶出杆14对所述中间模块111向上顶出时，便于所述中间模块111向上移动。
具体的，为了便于将所述中间模块111顺利顶出，所述顶出杆14的数量设置2～3根。
请参阅图2至图4，所述凹模10与凸模11之间留有不等厚的压合间隙，所述压合间隙的中间位置的间隙小、两侧边缘的间隙大，所述压合间隙的转折区形成反向的拔模角(参阅图4中的θ角)，通过设置反向的拔模角，使得毛坯在脱模过程中沿着竖直方向向上小幅度移动，该拔模角既能起到导向作用，又能防止毛坯卡住模具，使得毛坯顺利脱模。
进一步地，所述转折区的凹凸尖角分别为倒圆角设置，以便于顺利脱模。具体的，所述转折区位于所述动模块112的外壁与所述凹模10的内壁之间，且位于所述凹模10的底部所在平面的上方，以便于对板材100的不等厚处进行压合。
请参阅图4，作为一种优选实施方式，所述拔模角为锐角，且角度范围为不大于45°，以便于顺利脱模。
请参阅图4，作为另一种优选实施方式，由所述转折区的内凹底部至所述动模块112的底部的方向，所述动模块112的外壁包括相连接的圆弧曲面1121和直面1122，该圆弧曲面1121的作用是使得对应的板材部位在热成形后形成弯曲的曲面，且所述圆弧曲面1121位于所述直面1122的左侧，以便于顺利脱模。
请参阅图5，所述动模块112的外边缘设有两个导向槽1123，所述压板13位于所述导向槽1123中，通过所述压板13和所述导向槽1123的配合来限制所述凸模11沿着垂直所述压板13的方向移动，但是在外力作用下，两个所述动模块112可以沿着所述压板13的方向相向移动。
可以理解的，在其它实施例中，所述导向槽1123至少设有两个。
作为另一种优选实施方式，为了使不等壁厚的板材100能够在装炉时准确定位，所述中间模块111的脊线上设有两个定位销1111，通过定位销1111来定位板材100的成形方法，可以保证在凸模11、凹模10正确耦合的前提下准确预测板材的成形位置。
可以理解的，在其它实施例中，所述定位销1111至少设有两个。
请参阅图6，本发明提供了一种不等壁厚的板材的热成形方法，该方法包括步骤S110～步骤S140：
步骤S110，通过凸模11的中间模块111的脊线上的定位销1111进行定位，将不等壁厚的板材100装入凹模10和凸模11之间进行预热。本步骤中，该不等壁厚的板材100的预热时间范围为30min～60min，以便于后续进行压合。
在步骤S110之前，所述热成形方法包括：
将凹模10和凸模11进行加热升温至预设温度，且该预设温度通过凸模11旁的热电偶测得。
具体的，本步骤中，为了准确测量耦合模具的预设温度，沿着垂直压板13的方向，在凸模11的外侧布置2～3根热电偶。
步骤S120，加载热成形机使凹模10和凸模11进行合模，并保压至预设时间后进行卸压。
本步骤中，为了保证压合效果，该热成形机的加载压力为60t～120t，保压的预设时间不少于30min。
需要说明的是，本步骤中，凹模10和凸模11进行合模的过程，一次压合即可，使得压合效率更高。
步骤S130，抬起凹模10并通过顶出杆14使中间模块111向上移动，至成形后的毛坯厚边缘移动到凸模11中两侧动模块112的反向拔模角的型面上，以便于在外界冲击力的作用下，两侧动模块112相向移动。
本步骤中，所述顶出杆14向上顶出的动作，这样设置除了能使成型后的毛坯顺利脱模之外，向上顶出的中间模块111的曲面还能够抑制成形后的毛坯塌陷变形，提高成形精度，因为在热成形高温状态下，如果脱模时，中间模块111向下运动，则两侧的动模块112之间形成的间隙，成型后的毛坯在该间隙处易发生塌陷变形。
步骤S140，对两侧动模块112施加横向冲击力使两动模块112相向移动，再通过顶出杆14继续使中间模块111向上移动，依此循环，直至成形后的毛坯的最小开口尺寸不小于凸模11的最大宽度，以使成形后的毛坯从凸模11中脱出。
本步骤中，中间模块111向上移动、两侧动模块112相向移动的操作顺序具有唯一性，不同的操作顺序无法使毛坯顺利脱模。
请参阅图7和图8，为通过上述耦合模具或热成形方法制得的一种整流蒙皮。
需要说明的是，该整流蒙皮所用耦合模具中的反向拔模角为30°，耦合模具中的中间模块111和所述动模块112之间的配合面的夹角为10°，顶出杆14点动的上升距离小于2mm/次。
综上，本发明相对于现有技术具有以下优点：
(1)通过调节中间模块111及两个动模块112之间的配合间隙，来实现耦合间隙的调节；
(2)通过设置反向的拔模角，使得毛坯在脱模过程中沿着竖直方向向上小幅度移动，该拔模角既能起到导向作用，又能防止毛坯卡住模具，使得毛坯顺利脱模；
(3)通过定位销1111来定位毛坯的成形方法，可以保证在凸模11、凹模10正确耦合的前提下准确预测毛坯的成形位置；
(4)热成形过程中，中间模块111向上移动、两侧动模块112相向移动的操作顺序具有唯一性，不同的操作顺序无法使毛坯顺利脱模。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种耦合模具，用于对不等壁厚的板材进行热成形加工，包括凹模和凸模，其特征在于，所述凸模包括可上下移动的中间模块，和两个对称设于所述中间模块两侧、且可左右移动的动模块，其中，
所述动模块通过压板固定在设备平台上，两个动模块之间留有容纳顶出杆通过的避让间隙，所述顶出杆用于抵住所述中间模块并使之向上移动；
所述中间模块朝向所述顶出杆方向一端的宽度小于另一端的宽度，即所述中间模块和所述动模块之间的配合面的夹角为锐角；
所述凹模与凸模之间留有不等厚的压合间隙，所述压合间隙的中间位置的间隙小、两侧边缘的间隙大，所述压合间隙的转折区形成反向的拔模角。
2.根据权利要求1所述的耦合模具，其特征在于，所述拔模角为锐角，且角度范围为不大于45°；
所述转折区的凹凸尖角分别为倒圆角设置，所述转折区位于所述动模块的外壁与所述凹模的内壁之间，且位于所述凹模的底部所在平面的上方。
3.根据权利要求1所述的耦合模具，其特征在于，由所述转折区的内凹底部至所述动模块的底部的方向，所述动模块的外壁包括相连接的圆弧曲面和直面，且所述圆弧曲面位于所述直面的内侧。
4.根据权利要求1所述的耦合模具，其特征在于，所述动模块的外边缘设有至少两个导向槽，所述压板位于所述导向槽中。
5.根据权利要求1所述的耦合模具，其特征在于，所述中间模块的脊线上设有至少两个定位销。
6.一种不等壁厚的板材的热成形方法，其特征在于，包括：
通过凸模的中间模块的脊线上的定位销进行定位，将不等壁厚的板材装入凹模和凸模之间进行预热；
加载热成形机使凹模和凸模进行合模，并保压至预设时间后进行卸压；
抬起凹模并通过顶出杆使中间模块向上移动，至成形后的毛坯厚边缘移动到凸模中两侧动模块的反向拔模角的型面上；
对两侧动模块施加横向冲击力使两动模块相向移动，再通过顶出杆继续使中间模块向上移动，依此循环，直至成形后的毛坯的最小开口尺寸不小于凸模的最大宽度，以使成形后的毛坯从凸模中脱出。
7.根据权利要求6所述的不等壁厚的板材的热成形方法，其特征在于，在所述将不等壁厚的板材装入凹模和凸模之间进行预热的步骤之前，所述热成形方法包括：
将凹模和凸模进行加热升温至预设温度，且该预设温度通过凸模旁的热电偶测得。
8.根据权利要求6所述的不等壁厚的板材的热成形方法，其特征在于，该不等壁厚的板材的预热时间范围为30min～60min，该热成形机的加载压力为60t～120t，保压的预设时间不少于30min。
9.根据权利要求6所述的不等壁厚的板材的热成形方法，其特征在于，所述顶出杆点动的上升距离小于2mm/次。
10.一种整流蒙皮，其特征在于，通过使用权利要求1-5任一项所述的耦合模具或权利要求6-9任一项所述的热成形方法制得，该整流蒙皮所用耦合模具中的反向拔模角为30°，耦合模具中的中间模块和所述动模块之间的配合面的夹角为10°，顶出杆点动的上升距离小于2mm/次。
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