一种金属蠕变成形模具制造技术

本发明专利技术公开了一种金属蠕变成形模具，包括顶杆、螺杆、顶杆固定板、螺杆固定板、加强筋、高度调切节块和型面垫板。顶杆装入顶杆固定板的圆柱孔中，螺杆装入螺杆固定板的螺纹孔中，用于控制顶杆高度，形成所需的型面阵列。固定板底部置有加强筋，以增强模具的抗变形能力。加强筋底部设置有高度调节垫块以调节模具的水平高度。顶杆阵列上方铺有一层型面垫板，用于将离散点阵面过渡为所需要的平滑曲面，型面垫板可以是铝板、钢板或钢铝复合板。本发明专利技术所提供的模具不仅可以使型面垫板与所有顶杆点阵相接触，使蠕变成形构件的波浪度小于0.005，获得良好的构件型面质量；而且避免了固定曲率特性整体式结构模具和筋板式分体结构模具需反复修改带来模具加工成本，从而可大幅度降低试模成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模具，特别涉及一种用于金属材料加工工程的金属板材蠕变成形模具。
技术介绍
满足空气动力学曲率设计要求的整体壁板具有结构效率高、易于实现等强度设计、密封性好等突出优点，是制造航空航天、交通运输装备的重要构件。整体壁板蠕变时效成形是利用金属的蠕变(或应力松驰)变形和时效强化特性，将构件的成形和时效强化热处理过程同时进行的一种加工方法。采用蠕变时效成形技术制造整体壁板的一般过程为 ①根据所需壁板的几何尺寸与曲率特性设计、制造模具，②将预先准备好的金属坯料放于模具上，③将坯料和模具密封在一个塑料袋中，④对塑料袋抽真空，坯料承受塑料袋外的大气压力而加载，使坯料贴模，或将密封的塑料袋连同密封于袋中的模具、坯料一起放于压力大于正常大气压的压力罐中(塑料袋可在进罐之前抽真空，也可在进罐之后抽真空)，提高坯料的加载力，使坯料更加可靠地贴模，⑤按预先设计好的温度-时间曲线加热。⑥加热过程完成后卸载，取出构件，构件经回弹后达到所需几何尺寸与曲率特性。从上述过程可以看出，壁板蠕变时效成形所需模具的几何尺寸与曲率特性与实际构件的并不完全相同，制造模具时需要考虑金属坯料经过加载初期贴模过程中发生的弹性或弹塑性变形、蠕变变形与时效强化等一系复杂的组织与性能变化后的回弹量。根据所需构件的几何尺寸与曲率特性，采用理论计算和已有经验设计的蠕变成形模具尺寸与曲率特性，一般需经过多次修改才能最终满足要求，因此，试模对于获得符合要求的蠕变时效成形构件非常关键。目前蠕变成形的模具结构形式主要分为固定曲率特性整体结构和筋板(卡板)式分体结构两种。显然，固定曲率特性整体结构对于构件蠕变成形模具定型前所需的多次修改，模具加工成本高，设计与制造周期长；筋板式分体结构模具与固定曲率特性整体结构模具相比，定型前仍需要多次修改筋板，只是减小了修改时模具的加工量，仍需要多次修改筋板模具，成本依然较高，且设计、制造周期也没有缩短。
技术实现思路
为了解决现有蠕变成形模具在模具定型前需对模具作多次修改，模具加工成本高，设计与制造周期长的技术问题，本专利技术提供一种不用对模具进行反复机加工，就可灵活地调整模具型面曲率特性，可大幅度降低蠕变时效成形构件的模具费用，同时缩短模具设计与制造周期的金属蠕变成形模具。为了达到上述技术目的，本专利技术的技术方案是，一种金属蠕变成形模具，包括多个顶杆、多个螺杆、顶杆固定板、螺杆固定板、连接螺钉、高度调节垫块和型面垫板，所述的顶杆固定板上开有多个与顶杆相匹配的圆柱孔，所述的螺杆固定板上开有多个与螺杆相匹配的螺纹孔，顶杆固定板与螺杆固定板依次自上而下层叠，且各圆柱孔与各螺纹孔一一对应， 所述的连接螺钉穿过螺杆固定板和顶杆固定板以固定螺杆固定板和顶杆固定板，所述的顶杆装入顶杆固定板的圆柱孔中，螺杆装入螺杆固定板的螺纹孔中，所述的高度调节垫块设置于螺杆固定板下方，所述的型面垫板设置于顶杆上方。所述的一种金属蠕变成形模具，所述的螺杆固定板底部设有多个用于增强模具的抗变形能力的加强筋，所述的连接螺钉穿过顶杆固定板、螺杆固定板和加强筋以固定顶杆固定板、螺杆固定板和加强筋，所述的高度调节垫块设置于加强筋的下方。所述的一种金属蠕变成形模具，所述的顶杆的直径为10_50mm，顶杆的长度不高于 500mmo所述的一种金属蠕变成形模具，所述的顶杆的两端的端面为半球型。所述的一种金属蠕变成形模具，相邻的顶杆的中心间距为10_250mm。所述的一种金属蠕变成形模具，所述的顶杆固定板的厚度为20_120mm，所述的螺杆固定板的厚度为50-120mm。所述的一种金属蠕变成形模具，所述的加强筋的高度为20 100mm。所述的一种金属蠕变成形模具，所述的型面垫板的厚度为1. 5-10mm。所述的一种金属蠕变成形模具，所述的型面垫板为铝板或钢板或钢铝复合板。本专利技术的技术效果在于，顶杆、螺杆不用反复加工，可重复使用，对于任意构件蠕变成形的模具定型前的试模过程，避免了固定曲率特性整体式结构模具和筋板式分体结构模具需反复修改带来的模具加工成本，从而可大幅度降低试模成本。顶杆端部的球面与螺杆端部以及型面垫板的平面接触方式确保了每对顶杆-螺杆及顶杆-型面垫板接触时具有基本相同的接触性质，尽量避免了不同顶杆_螺杆和顶杆_型面垫板在其接触面上产生不可预见的高度误差。采用本专利技术所述的1. 5 IOmm厚铝板、钢板或钢铝复合板制成型面垫板，在顶杆直径的1 5倍内调整顶杆间距，不仅可以使型面垫板与所有顶杆点阵相接触， 而且能使蠕变成形构件的波浪度小于0. 005。下面结合附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术所述波浪度的示意图；其中，1为顶杆，2为顶杆固定板、3为螺杆、4为型面垫板、5为螺杆固定板、6为加强筋、7为连接螺钉、9为高度调节垫块、10为金属板、11为塑料袋。具体实施例方式参见图1，本专利技术包括多个顶杆1、多个螺杆3、顶杆固定板2、螺杆固定板5、连接螺钉7、高度调节垫块9和型面垫板4，顶杆1为直径10 50mm，长度不大于500mm的圆柱形杆，其两端为半球面，装入顶杆固定板2的圆孔中，可沿圆孔的轴线移动，相邻顶杆1的中心间距为顶杆1直径的1 5倍；顶杆固定板2厚度为20 120mm ；所述螺杆固定板5厚度为50 120mm，位于顶杆固定板2的下方，与螺杆固定板5的圆孔位置对应开有螺纹孔；所述螺杆3装入螺杆固定板5的螺纹孔中，螺杆3 —端为平面，与顶杆1接触，另一端设有方便拧动的台阶，通过拧动螺杆3控制顶杆1高度，形成所需的型面离散高度阵列。所述固定板底部置有高度20 IOOmm的加强筋6，以增强模具的抗变形能力，连接螺钉穿过顶杆固定4板、螺杆固定板和加强筋以将两块固定板与加强筋连成一体来加以固定。所述加强筋6底部设置有高度调节垫块9以调节模具的水平高度。顶杆固定板2、螺杆固定板5、加强筋6 和高度调节垫块9间可用螺钉连接。在所述顶杆1阵列上方铺有一层1. 5 IOmm厚的型面垫板4，用于将离散点阵面过渡为所需要的平滑型面，型面垫板4可以是铝板、钢板或钢铝复合板，其中钢层厚度不小于1mm，铝层厚度不大于9mm。操作时，首先将设计好的模具型面按顶杆1阵列进行离化处理，以顶杆固定板2的平面为参考，得到各顶杆1所对应的高度值，由于螺杆伸出的高度是受其抗压强度限制的， 因此螺杆的调整范围有限，故通过选择不同高度的顶杆1，以最大程度的扩大形面构造的范围，并拧动螺杆3，使各顶杆1高度适应各种连续平滑的复杂型面所需的离散高度点阵；顶杆1、螺杆3的长度配合可保证顶杆1能从其固定板的圆柱孔中伸出，并调节到所需高度； 考虑到顶杆1的稳定性，其最大长度一般不超过500mm ；顶杆1两头端部的球面与螺杆3端部以及型面垫板4的平面接触方式确保了每对顶杆1-螺杆3和顶杆1-型面垫板4接触时具有基本相同的接触性质，尽量避免了不同顶杆1-螺杆3和顶杆1-型面垫板4对在其接触面上产生不可预见的高度误差；对于所设计型面的长宽尺寸没有限制。本专利技术采用与所述顶杆1点阵接触的型面垫板4实现所设计模具的连续平滑型面。由于型面垫板4两面受力点存在差异，有可能形成压痕缺陷和不贴模缺陷，可以通过选择合适的顶杆1间距与型面垫板4厚度解决。本专利技术申请人的研究表明，在0. 1 SMI^本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种金属蠕变成形模具，其特征在于，包括多个顶杆、多个螺杆、顶杆固定板、螺杆固定板、连接螺钉、高度调节垫块和型面垫板，所述的顶杆固定板上开有多个与顶杆相匹配的圆柱孔，所述的螺杆固定板上开有多个与螺杆相匹配的螺纹孔，顶杆固定板与螺杆固定板依次自上而下层叠，且各圆柱孔与各螺纹孔一一对应，所述的连接螺钉穿过螺杆固定板和顶杆固定板以固定螺杆固定板和顶杆固定板，所述的顶杆装入顶杆固定板的圆柱孔中，螺杆装入螺杆固定板的螺纹孔中，所述的高度调节垫块设置于螺杆固定板下方，所述的型面垫板设置于顶杆上方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓运来，张劲，吴阳，赵建华，尹喜生，龙旭初，唐露华，李思宇，杨金龙，陈愿情，蔺永诚，湛利华，张新明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43