一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置

摘要

本发明属于航空航天设备用薄壁件制造领域，具体涉及一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，装置包括型模、密封圈、粘性介质仓、粘性介质注入缸、粘性介质加载动力源液压缸和粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸。装置通过液压控制系统提供粘性介质注入压力，对粘性介质加载压力进行控制；粘性介质通过粘性介质仓加载到成形板坯料并对其产生成形力，粘性介质仓内设置进料腔，根据零件形状和壁厚设置不同数量的进料腔，促进板材各区域充分受到粘性介质压力和粘性介质粘性附着应力的作用，有利于向型模型腔变形流动，提高板材成形性。该装置结构简单、易操作，控制稳定性较好，可有效的对曲率突变薄壁覆盖件进行粘性介质压力加工成形。

权利要求

1.一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，装置包括型模(1)、密封圈(2)、粘性介质仓(5)、粘性介质注入缸(6)、粘性介质加载动力源液压缸(8)和粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸(9)，其特征在于：所述型模(1)设置在所述粘性介质仓(5)的上方，所述密封圈(2)设置在所述粘性介质仓(5)的上表面，所述粘性介质注入缸(6)设置在所述粘性介质仓(5)的下方，所述粘性介质加载动力源液压缸(8)置于所述粘性介质注入缸(6)的底部，在控制系统的控制下，所述粘性介质加载动力源液压缸(8)提供和控制粘性介质(4)的加载力F和加载速度；所述粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸(9)置于所述型模(1)上端，在控制系统的控制下，所述粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸(9)为所述粘性介质仓(5)端部密封提供加载力F′；

所述粘性介质注入压力由粘性介质加载动力源液压缸(8)加载力F控制，粘性介质仓端部密封压力由粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸(9)加载力F′控制，两者需相互协调匹配，且力F′与力F正相关；

所述粘性介质加载压力不超过400MPa，压力加载速度为0.1MPa/s～1.6MPa/s；

在所述粘性介质仓(5)的内部设置漏斗状的进料腔(5-1)，所述进料腔(5-1)顶部的锥形敞口正对板坯料(3)，所述进料腔(5-1)底部与粘性介质注入缸(6)连通，通过粘性介质加载动力源液压缸(8)推动设置在所述粘性介质注入缸(6)内的柱塞(7)运动，推动粘性介质(4)从粘性介质注入缸(6)注入所述粘性介质仓(5)；

所述进料腔(5-1)顶部的锥形敞口的锥度Δ的取值范围为1.2:1～5:1。

2.根据权利要求1所述的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，其特征在于：所述进料腔(5-1)设为2～10个，所述进料腔(5-1)的个数由板坯料(3)的形状和壁厚确定。

3.根据权利要求1所述的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，其特征在于：所述进料腔(5-1)底部直径为Φ，高度为h，所述直径Φ的取值范围为10mm～80mm，所述高度h的取值范围为100～160mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，其特征在于：所述粘性介质注入缸(6)采用模具钢加工而成，所述粘性介质注入缸(6)包括内缸(6-1)和外套(6-2)，内缸壁厚W为20mm～40mm，外套壁厚a×W，其中系数a为1.2～3.0，粘性介质注入缸(6)的高度为H，所述高度H的取值范围为200mm～500mm。

5.根据权利要求4所述的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，其特征在于：所述密封圈(2)材质为软金属或橡胶。

6.根据权利要求5所述的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，其特征在于：所述软金属为铝或铝合金。

说明书

一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置

技术领域

[0001] 本发明涉及航空航天设备的薄壁件成形制造领域，尤其涉及一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置。

背景技术

[0002] 高强度耐热合金局部曲率突变薄壁覆盖件常用于航空、航天以及工业热能工程领域的热防护系统，其典型特征是局部区域曲率突变并且壁厚超薄，在成形是曲率突变处材料补充困难，极易出现过渡减薄甚至破裂的缺陷，采用粘性介质压力成形是一种有效的解决方法，利用粘性介质特有的非均匀压力和切向粘性附着应力可以有效的控制壁厚均匀性，提高形状和尺寸精度。而利用粘性介质成形这类局部曲率突变薄壁覆盖件成形时，对局部区域的粘性介质成形力的合理控制难以把握，要求成形装置能够在成形过程中对模具型腔中的粘性介质在各个区域产生的成形力进行有效的控制，并且粘性介质注入压力和粘性介质部密封压力协调匹配。然而，现有技术中还未有能够满足上述要求的成形装置。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题在于现有的粘性介质压力成形装置的结构构造使得压力难以控制，从而影响曲率突变薄壁盖件的合格率，针对现有技术中的缺陷，提供了一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置。

[0004] 本发明采用以下技术方案实现：

[0005] 一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，装置包括型模、密封圈、粘性介质仓、粘性介质注入缸、粘性介质加载动力源液压缸和粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸。所述型模设置在所述粘性介质仓的上方，所述密封圈设置在所述粘性介质仓的上表面，所述粘性介质注入缸设置在所述粘性介质仓的下方，所述粘性介质加载动力源液压缸置于所述粘性介质注入缸的底部，在控制系统的控制下，所述粘性介质加载动力源液压缸提供和控制粘性介质的加载力F和加载速度；所述粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸置于所述型模上端，在控制系统的控制下，所述粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸为所述粘性介质仓端部密封提供加载力F′。

[0006] 优选的，在所述粘性介质仓的内部设置漏斗状的进料腔，所述进料腔顶部的锥形敞口正对板坯料，所述进料腔底部与粘性介质注入缸连通，通过粘性介质加载动力源液压缸推动设置在所述粘性介质注入缸内的柱塞运动，推动粘性介质从粘性介质注入缸注入所述粘性介质仓。

[0007] 优选的，所述进料腔设为2～10个，所述进料腔的个数由板坯料的形状和壁厚确定。

[0008] 优选的，所述进料腔顶部的锥形敞口的锥度Δ的取值范围为1.2:1～5:1。

[0009] 优选的，所述进料腔底部直径为Φ，高度为h，所述直径Φ的取值范围为10mm～80mm，所述高度h的取值范围为100～160mm。

[0010] 优选的，所述粘性介质注入缸采用模具钢加工而成，所述粘性介质注入缸包括内缸和外套，内缸壁厚W为20mm～40mm，外套壁厚a×W，其中系数a为1.2～3.0，粘性介质注入缸的高度为H，所述高度H的取值范围为200mm～500mm。

[0011] 优选的，所述粘性介质加载压力不超过400MPa，压力加载速度为0.1MPa/s～1.6MPa/s。

[0012] 优选的，所述粘性介质注入压力由粘性介质加载动力源液压缸加载力F控制，粘性介质仓端部密封压力由粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸加载力F′控制，两者需相互协调匹配，且力F′与力F正相关。

[0013] 优选的，所述密封圈材质为软金属或橡胶。

[0014] 优选的，所述软金属为铝或铝合金。

[0015] 优选的，所述装置设置在机架上。

[0016] 实施本发明的上述技术方案，具有以下有益效果：本发明为曲率突变薄壁覆盖件提供一种成形装置，该装置通过液压控制系统提供粘性介质注入压力，对粘性介质加载压力进行控制；粘性介质通过粘性介质仓加载到成形板坯料并对其产生成形力，粘性介质仓内部采用“漏斗”形状，顶部敞口与板坯料对应，有利于粘性介质对板坯料压力加载，“漏斗”形状进料腔的下端通过柱塞对粘性介质加载，同时可根据成形零件形状和壁厚设置不同数量的进料腔，可以使粘性介质仓内粘性介质对板坯料的成形压力得到有效的控制，促进板材各区域充分受到粘性介质压力和粘性介质粘性附着应力的作用，有利于向型模型腔变形流动，提高板材成形性。该装置结构简单、易操作，控制稳定性较好，可以有效的进行曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形。

附图说明

[0017] 图1是本发明中的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置结构示意图；

[0018] 图2(a)～图2(c)是本发明中的覆盖件粘性介质压力成形模具结构及成形过程示意图；

[0019] 图3是本发明中的覆盖件粘性介质压力成形装置粘性介质仓结构示意图；

[0020] 图4是本发明中的覆盖件粘性介质压力成形装置粘性介质注入缸结构示意图；

[0021] 图5是本发明中的3个漏斗状进料腔粘性介质仓结构示意图；

[0022] 图6是本发明中的3个漏斗状进料腔粘性介质仓成形时模具结构示意图；

[0023] 图7是本发明中的5个漏斗状进料腔粘性介质仓结构示意图。

[0024] 图中：1：型模；2：密封圈；3：板坯料；4：粘性介质；5：粘性介质仓；5-1：进料腔；6：粘性介质注入缸；6-1：内缸；6-2：外套；7：柱塞；8：粘性介质加载动力源液压缸；9：粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸；100：机架。

具体实施方式

[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 参见图1-图7，一种曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，装置包括型模1、密封圈2、粘性介质仓5、粘性介质注入缸6、粘性介质加载动力源液压缸8和粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸9。

[0027] 装置设置在机架100上。由成形过程控制系统控制液压回路对粘性介质4加载实现薄壁覆盖件的加工。

[0028] 装置零部件的连接和位置关系为：型模1设置在粘性介质仓5的上方，密封圈2设置在粘性介质仓5的上表面，粘性介质注入缸6设置在粘性介质仓5的下方，粘性介质加载动力源液压缸8置于粘性介质注入缸6的底部，在控制系统的控制下，粘性介质加载动力源液压缸8提供和控制粘性介质4的加载力F和加载速度；粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸9置于型模1上端，在控制系统的控制下，粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸9为粘性介质仓5端部密封提供加载力F′。

[0029] 所述粘性介质注入压力由粘性介质加载动力源液压缸8加载力F控制，粘性介质仓端部密封压力由粘性介质仓端部密封加载动力源液压缸9加载力F′控制，两者需相互协调匹配，力F′随着力F的增大而增大，即力F′与力F正相关。

[0030] 粘性介质加载压力不超过400MPa，压力加载速度为0.1MPa/s～1.6MPa/s。

[0031] 对于该装置，粘性介质仓5加载粘性介质的方式和参数具有重要作用。参见附图1-图7，在粘性介质仓5的内部设置漏斗状的进料腔5-1，进料腔5-1顶部的锥形敞口正对板坯料3，进料腔5-1底部与粘性介质注入缸6连通，通过粘性介质加载动力源液压缸8推动设置在粘性介质注入缸6内的柱塞7运动，推动粘性介质4从粘性介质注入缸6注入粘性介质仓5。

[0032] 可替换的，所述进料腔5-1的形状还可设置为其它敞口形，如半球形内凹腔，再如高脚杯形等。

[0033] 而为了达到对薄壁覆盖件的精确成形，进料腔5-1的个数由板坯料3的形状和壁厚确定，一般的进料腔5-1设置多个，根据粘性介质仓5的大小一般设为2～10个所述进料腔。其中，进料腔5-1一般均布设置，或根据不同成形区，通过有限元模拟优化设计进料腔5-1的布置方式，这有利于精确控制粘性介质成形力，提高成形件精度。以达到最优的成形效果。

[0034] 在一个实施例中，参见图1-图3，漏斗状进料腔5-1的个数设为两个；在如图5和图6的实施例中，漏斗状进料腔5-1的个数设为三个。

[0035] 上述两个实施例对应于零件长度方向尺寸较小或壁厚相对较厚的情况。

[0036] 而在如图7的实施例中，漏斗状进料腔5-1的个数设为五个。较多个数的进料腔对应于零件长度方向尺寸较大或壁厚相对较薄的情况。

[0037] 参见图1-图7示例性的漏斗状进料腔5-1，进料腔5-1顶部的锥形敞口具有一定锥度Δ，锥度Δ的取值范围为1.2:1～5:1。在此范围内可更有效的对加载压力进行控制。

[0038] 而漏斗状的进料腔5-1底部直径为Φ，高度为h，直径Φ的取值范围为10mm～80mm，高度h的取值范围为100～160mm。在此范围内可有效的对加载压力进行控制。

[0039] 其中，粘性介质注入缸6采用模具钢加工而成，粘性介质注入缸6包括内缸6-1和外套6-2，内缸壁厚W为20mm～40mm，外套壁厚a×W，其中系数a为1.2～3.0，粘性介质注入缸6的高度为H，高度H的取值范围为200mm～500mm。设置内缸6-1和外套6-2有利于提高粘性介质注入缸6强度，本实施方式中粘性介质注入缸6的具体尺寸可根据具体实验成形零件和实验要求设定。

[0040] 密封圈2采用软金属材料或橡胶类材料，在一个实施例中，软金属材料为铝或铝合金，密封效果更好。在粘性介质仓5的上表面设置密封环槽，将所述密封圈2设置在所述密封环槽内，再将待加工的板坯料3放置在所述粘性介质仓5上面并抵靠所述密封圈2。再将型模1压在板坯料3上。随着加载力的增大，密封圈2被压紧，从而保证了良好的密封效果。

[0041] 通过本发明的曲率突变薄壁覆盖件粘性介质压力成形装置，能够为航空航天设备提供稳定的薄壁覆盖件，保证了整体质量及稳定性。

[0042] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。