本发明涉及航空航天用薄壁件加工制造技术，具体涉及一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，包括分瓣镶块结构的型模、成形介质密封圈、型模套筒、粘性介质注入缸、粘性介质加载动力源液压缸和型模端部密封加载动力源液压缸。定位块在筒坯内部上端和下端各设置一个，上定位块为封闭形式，下定位块为开孔形式；粘性介质注入缸设置在型模底部，与下定位块内孔相连通，粘性介质由注入缸内注入到筒坯内部；粘性介质加载动力源液压缸置于粘性介质注入缸底部；型模端部密封加载动力源液压缸置于型模顶部，为端部密封提供加载力。本发明装置结构简单、易操作，控制稳定性好，可以实现封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形。
1.一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，所述装置包括型模(1)、成形介质密封圈(5)、型模套筒(6)、粘性介质注入缸(7)、粘性介质加载动力源液压缸(9)和型模端部密封加载动力源液压缸(10)，其特征在于：所述型模(1)置于型模套筒(6)内，筒坯(3)设置在型模(1)内；装置还包括定位块(2)，所述定位块(2)包括设置在筒坯(3)内部上端的上定位块(2-1)和设置在筒坯(3)下端的下定位块(2-2)，所述上定位块(2-1)为封闭形式定位块，下定位块(2-2)为开孔形式定位块，定位块(2)与筒坯(3)之间设置所述成形介质密封圈(5)；所述粘性介质注入缸(7)设置在型模(1)的底部，与型模(1)下端处的下定位块(2-2)的内孔相连通，粘性介质(4)由粘性介质注入缸(7)内注入到筒坯(3)内部；柱塞(8)设置在粘性介质注入缸(7)的缸筒内，柱塞(8)的柱塞杆与粘性介质加载动力源液压缸(9)相连，为粘性介质(4)进行加载提供动力，所述粘性介质加载动力源液压缸(9)置于粘性介质注入缸(7)底部；所述型模端部密封加载动力源液压缸(10)置于型模(1)顶部，为端部密封提供加载力；
所述型模(1)采用分瓣模结构，并在大曲率突变处设置独立的镶块(1-1)，所述镶块(1-
1)的形状、数量和大小由曲率突变结决定，以便于大曲率突变位置的曲面形状的成形和成形后零件的取出；
所述粘性介质注入压力由粘性介质加载动力源液压缸(9)加载力F控制，型模端部密封压力由型模端部密封加载动力源液压缸(10)加载力F′控制，加载力F′与加载力F正相关，并根据零件局部曲率突变大小、不同材料的强度以及不同分子量的粘性介质选择不同的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，其特征在于：
所述型模(1)采用至少两块分瓣模块拼接形成，所述镶块(1-1)的结构形状和尺寸相同，所述镶块(1-1)周向嵌设在所述型模(1)的大曲率突变处的内壁面上。
3.根据权利要求1所述的一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，其特征在于：
所述型模(1)采用至少两块分瓣模块拼接形成，所述镶块(1-1)的结构形状和尺寸不同，所述镶块(1-1)周向嵌设在所述型模(1)的大曲率突变处的内壁面上。
4.根据权利要求3所述的一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，其特征在于：
所述型模(1)采用两块分瓣模块拼接形成，所述镶块(1-1)包括大型和小型两种形状和尺寸的结构，大型的镶块(1-1)和小型的镶块(1-1)相互间隔的周向嵌设在所述型模(1)的大曲率突变处的内壁面上。
5.根据权利要求1所述的一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，其特征在于：
所述型模套筒(6)壁厚为W，所述壁厚W的取值范围为30mm～180mm，型模套筒(6)的内壁面具有锥度Δ，所述锥度Δ的取值范围为1:8～1:12。
6.根据权利要求5所述的一种封闭变截面薄壁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(7)采用模具钢加工制成，所述粘性介质注入缸(7)包括内缸(7-1)和外套(7-2)，内缸壁厚M的取值范围为30mm～50mm，外套壁厚n×M，系数n的取值范围为1.5～
3.2，所述粘性介质注入缸(7)的内孔直径为Φ，高度为H，内孔直径Φ的取值范围为30mm～
80mm，高度H的取值范围为260mm～450mm。
7.根据权利要求1或6所述的一种封闭变截面薄壁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(7)的柱塞(8)端部具有宽度D的凹槽，所述凹槽用于降低柱塞(8)与注入缸体之间的摩擦力，凹槽的宽度D的取值范围为5mm～8mm。
8.根据权利要求6所述的一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，其特征在于：
装置还包括注入介质密封圈(5-1)，所述注入介质密封圈(5-1)设置在下定位块(2-2)与内缸(7-1)的连接面之间；所述成形介质密封圈(5)采用YX型橡胶密封圈，所述注入介质密封圈(5-1)为O型橡胶密封圈或金属弹性材料密封圈。
一种封闭变截面薄壁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领域的封闭截面突变曲率薄壁件加工制造技术，尤其涉及一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置。
背景技术
[0002] 封闭变截面局部曲率突变薄壁件是航空航天领域中常见的异形曲面壳体结构件，其结构特点是曲面局部区域存在曲率突变(面积变化率达120％以上)，并且曲率突变处为封闭截面结构，局部变形较大，成形时材料不易得到补充，容易产生局部严重减薄、甚至破裂。这主要是由于制造设备型模设计不合理以及加载力不当造成的。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题在于现有封闭变截面局部曲率突变构件成形中存在的局部减薄、破裂而无法整体成形的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，实现封闭变截面曲率突变薄壁件粘性介质压力成形。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0005] 一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，所述装置包括型模、成形介质密封圈、型模套筒、粘性介质注入缸、粘性介质加载动力源液压缸和型模端部密封加载动力源液压缸。所述型模置于型模套筒内，筒坯设置在型模内；装置还包括定位块，所述定位块包括设置在筒坯内部上端的上定位块和设置在筒坯下端的下定位块，所述上定位块为封闭形式定位块，下定位块为开孔形式定位块，定位块与筒坯之间设置所述成形介质密封圈；所述粘性介质注入缸设置在型模的底部，与型模下端处的下定位块的内孔相连通，粘性介质由粘性介质注入缸内注入到筒坯内部；柱塞设置在粘性介质注入缸的缸筒内，柱塞的柱塞杆与粘性介质加载动力源液压缸相连，为粘性介质进行加载提供动力，所述粘性介质加载动力源液压缸置于粘性介质注入缸底部；所述型模端部密封加载动力源液压缸置于型模顶部，为端部密封提供加载力。
[0006] 优选的，所述型模采用分瓣模结构，并在大曲率突变处设置独立的镶块，所述镶块的形状、数量和大小由曲率突变结决定，以便于大曲率突变位置的曲面形状的成形和成形后零件的取出。
[0007] 优选的，所述型模采用至少两块分瓣模块拼接形成，所述镶块的结构形状和尺寸相同，所述镶块周向嵌设在所述型模的大曲率突变处的内壁面上。
[0008] 优选的，所述型模采用至少两块分瓣模块拼接形成，所述镶块的结构形状和尺寸不同，所述镶块周向嵌设在所述型模的大曲率突变处的内壁面上。
[0009] 优选的，所述型模采用两块分瓣模块拼接形成，所述镶块包括大型和小型两种形状和尺寸的结构，大型的镶块和小型的镶块相互间隔的周向嵌设在所述型模的大曲率突变处的内壁面上。
[0010] 优选的，所述型模套筒壁厚为W，所述壁厚W的取值范围为30mm～180mm，型模套筒的内壁面具有锥度Δ，所述锥度Δ的取值范围为1:8～1:12。
[0011] 优选的，所述粘性介质注入缸采用模具钢加工制成，所述粘性介质注入缸包括内缸和外套，内缸壁厚M的取值范围为30mm～50mm，外套壁厚n×M，系数n的取值范围为1.5～3.2，所述粘性介质注入缸的内孔直径为Φ，高度为H，内孔直径Φ的取值范围为30mm～
80mm，高度H的取值范围为260mm～450mm。
[0012] 优选的，所述粘性介质注入缸的柱塞端部具有宽度D的凹槽，所述凹槽用于降低柱塞与注入缸体之间的摩擦力，凹槽的宽度D的取值范围为5mm～8mm。
[0013] 优选的，装置还包括注入介质密封圈，所述注入介质密封圈设置在下定位块与内缸的连接面之间；所述成形介质密封圈采用YX型橡胶密封圈，所述注入介质密封圈为O型橡胶密封圈或金属弹性材料密封圈。
[0014] 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，型模端部密封压力由型模端部密封加载动力源液压缸加载力F′控制，加载力F′与加载力F正相关，并根据零件局部曲率突变大小、不同材料的强度以及不同分子量的粘性介质选择不同的关系曲线。
[0015] 实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明为封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形提供一种成形装置，该装置通过液压控制系统提供粘性介质加载压力，对粘性介质加载进行控制；利用粘性介质在板材表面同时产生的非均匀压力和切向粘性附着应力，促进材料在曲率突变处变形流动，降低壁厚差，提高板材应变分布均匀性；在局部曲率突变较大处，型模采用分瓣镶块结构设计，适合于该位置的曲面形状的要求，并便于成形结束后取出成形件。该装置结构简单、易操作，控制稳定性好，可以实现封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形。
附图说明
[0016] 图1是封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置结构示意图；
[0017] 图2(a)～图2(d)是封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形模具结构以及成形过程示意图；
[0018] 图3是图2(a)的A-A剖视图；
[0019] 图4是图2(d)的B-B剖视图；
[0020] 图5是不同曲率突变数量时图2(a)的A-A剖视图；
[0021] 图6是不同曲率突变形状时图2(a)的A-A剖视图；
[0022] 图7是型模套筒的结构示意图；
[0023] 图8是粘性介质注入缸结构示意图；
[0024] 图9是粘性介质注入缸柱塞结构示意图；
[0025] 图10是加载力的关系曲线。
[0026] 图中：1、型模；1-1、镶块；2、定位块；2-1、上定位块；2-2、下定位块；3、筒坯；4、粘性介质；5、成形介质密封圈；5-1、注入介质密封圈；6、型模套筒；7、粘性介质注入缸；7-1、内缸；7-2、外套；8、柱塞；9、粘性介质加载动力源液压缸；10型模端部密封加载动力源液压缸。
具体实施方式
[0027] 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。
[0028] 一种封闭变截面薄壁件粘性介质压力成形装置，参见图1-图9，装置包括型模1、成形介质密封圈5、型模套筒6、粘性介质注入缸7、粘性介质加载动力源液压缸9和型模端部密封加载动力源液压缸10。型模1置于型模套筒6内，筒坯3设置在型模1内；装置还包括定位块2，定位块2包括设置在筒坯3内部上端的上定位块2-1和设置在筒坯3下端的下定位块2-2，上定位块2-1为封闭形式定位块，下定位块2-2为开孔形式定位块，定位块2与筒坯3之间设置成形介质密封圈5；粘性介质注入缸7设置在型模1的底部，与型模1下端处的下定位块2-2的内孔相连通，粘性介质4由粘性介质注入缸7内注入到筒坯3内部；柱塞8设置在粘性介质注入缸7的缸筒内，柱塞8的柱塞杆与粘性介质加载动力源液压缸9相连，为粘性介质4进行加载提供动力，粘性介质加载动力源液压缸9置于粘性介质注入缸7底部；型模端部密封加载动力源液压缸10置于型模1顶部，为端部密封提供加载力。
[0029] 其中，参见图3-图6，型模1采用分瓣模结构，并在大曲率突变处设置独立的镶块1-1，镶块1-1的形状、数量和大小由曲率突变结决定，以便于大曲率突变位置的曲面形状的成形和成形后零件的取出。
[0030] 具体实施例中，如图3和图4和图5，型模1采用至少两块分瓣模块拼接形成，优选两块；镶块1-1的结构形状和尺寸相同，如图3和图4中设置为12块、或如图5中设置为8块结构相同的镶块1-1，镶块1-1周向嵌设在型模1的大曲率突变处的内壁面上。
[0031] 此外，可选的，镶块1-1的结构形状、尺寸和大小不同，如图6所示的镶块1-1包括大型和小型两种形状和尺寸的结构，四块大型的镶块1-1和四块小型的镶块1-1相互间隔的周向嵌设在型模1的大曲率突变处的内壁面上。
[0032] 参见图1～图4，装置还包括注入介质密封圈5-1，注入介质密封圈5-1设置在下定位块2-2与内缸7-1的连接面之间；成形介质密封圈5采用YX型橡胶密封圈，注入介质密封圈5-1为O型橡胶密封圈或金属弹性材料密封圈。
[0033] 参见图7，型模套筒6壁厚为W，壁厚W的取值范围为30mm～180mm，型模套筒6的内壁面具有锥度Δ，锥度Δ的取值范围为1:8～1:12。
[0034] 参见图8，粘性介质注入缸7采用模具钢加工制成，粘性介质注入缸7包括内缸7-1和外套7-2，内缸壁厚M的取值范围为30mm～50mm，外套壁厚n×M，系数n的取值范围为1.5～3.2，粘性介质注入缸7的内孔直径为Φ，高度为H，内孔直径Φ的取值范围为30mm～80mm，高度H的取值范围为260mm～450mm。
[0035] 参见图9，粘性介质注入缸7的柱塞8端部具有宽度D的凹槽，凹槽用于降低柱塞8与注入缸体之间的摩擦力，凹槽的宽度D的取值范围为5mm～8mm。
[0036] 参见图1和图10，粘性介质注入压力由粘性介质加载动力源液压缸9加载力F控制，型模端部密封压力由型模端部密封加载动力源液压缸10加载力F′控制，加载力F′与加载力F正相关，成形过程中两者存在定量关系，成形初期F较小，因此F′也较小，在成形过程中F′随着F的增大不断增大；并根据零件局部曲率突变大小、不同材料的强度以及不同分子量的粘性介质选择不同的关系曲线。
[0037] 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。
