專利名稱：一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋壓成形加工領(lǐng)域，具體是一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件 旋壓成形芯模的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，旋壓技術(shù)目前在薄壁、形狀復(fù)雜、輕量化整體構(gòu)件的近凈成形 中發(fā)揮著越來越重要的作用。大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件是航空航天和兵器工業(yè)中普遍采用 的一類零件，如航空發(fā)動機(jī)罩、整體火箭發(fā)動機(jī)構(gòu)件、壓氣機(jī)錐體、人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈的鼻錐， 兵器工業(yè)中的藥型罩等。由于航空航天等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求在不影響外表氣動性的前 提下，提高這類零件的強(qiáng)度和剛度從而優(yōu)化飛機(jī)、火箭和導(dǎo)彈等的整體性能，為此需要在這 些零件內(nèi)部設(shè)計(jì)環(huán)形加強(qiáng)筋，但這種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁結(jié)構(gòu)給構(gòu)件的成形帶 來了極大的困難。因此迫切需要解決帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件成形過程中的精 確控制。目前國內(nèi)外已基本掌握不帶內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件以及長徑比較小而徑 向尺寸較大的帶橫向內(nèi)筋筒形件的旋壓技術(shù)，前者可采用普通旋壓和強(qiáng)力旋壓相結(jié)合的復(fù) 合旋壓工藝實(shí)現(xiàn)，后者則可通過內(nèi)旋工藝實(shí)現(xiàn)。由于內(nèi)旋工藝成形內(nèi)筋過程的局限性，對于 尺寸較小的工件，內(nèi)旋輪無法進(jìn)入殼體內(nèi)部；而對于尺寸過大的工件，模套很難加工且費(fèi)用 很高；且目前實(shí)際生產(chǎn)中內(nèi)旋壓工藝僅僅用于帶內(nèi)筋筒形件的加工，毛坯的準(zhǔn)備比較復(fù)雜。 目前帶縱向內(nèi)筋筒形件的旋壓成形技術(shù)已經(jīng)被掌握，但對于帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄 壁構(gòu)件，國內(nèi)主要通過旋壓和機(jī)械加工相結(jié)合的方法成形，并且主要依靠機(jī)加工控制精度， 成形質(zhì)量和成形精度尚難滿足精確成形的要求。與帶縱向內(nèi)筋工件相比，帶橫向內(nèi)筋工件 成形中的不均勻變形程度更加劇烈，成形機(jī)理更加復(fù)雜。隨著航空、航天和兵器等戰(zhàn)略高技 術(shù)的發(fā)展，迫切要求發(fā)展先進(jìn)、快速、高效的帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件成形技術(shù)。目前 國內(nèi)已經(jīng)有針對帶橫向內(nèi)筋錐形件的橫縱組合分瓣的旋壓成形芯模，在一定程度上解決了 帶橫向內(nèi)筋錐形件旋壓件的脫模問題。但是由于帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁旋壓件的 內(nèi)筋位置處于工件的末端，筋部形狀接近筒形件，如果按照帶橫向內(nèi)筋錐形件的設(shè)計(jì)思路 進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，則夾板部分的長度需要非常大，加之在成形帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線 薄壁工件時(shí)由于工件壁厚非常薄，脫模的不當(dāng)將會導(dǎo)致工件內(nèi)壁劃傷甚至破壞報(bào)廢，造成 人力物力和財(cái)力的浪費(fèi)。因此需要對帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件的旋壓成形芯模 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了保證帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形后能夠順利完成脫模，本 發(fā)明提出了一種針對帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形的芯模。本發(fā)明的旋壓芯模包括芯模頭部、夾板和芯模尾部，且芯模頭部、夾板和芯模尾部 均為回轉(zhuǎn)體。其中，夾板位于芯模頭部和芯模尾部之間，被套裝在芯模尾部的定位軸上 ’夾板和芯模頭部為中空殼體，并且該夾板和芯模頭部的外形都為曲母線型。芯模頭部的內(nèi)孔 為階梯孔；芯模頭部一端內(nèi)孔的孔徑同芯模尾部上的定位軸的外徑，形成了芯模尾部定位 軸的裝配孔；在芯模頭部的端面，環(huán)芯模尾部定位軸裝配孔有一圈凹槽，用于夾板的定位； 芯模頭部另一端內(nèi)孔為螺釘孔，用于吊裝芯模；芯模頭部上的芯模尾部定位軸裝配孔和另 一端的吊裝孔之間錐形過渡。芯模尾部的外形呈階梯狀。其中芯模尾部一端為芯模尾部定位軸，該芯模尾部定 位軸的外徑同芯模頭部上裝配孔的內(nèi)徑。芯模尾部中部為用于成形工件筋部的凹槽；芯模 尾部中部的外徑同夾板的最大外徑。芯模尾部另一端的外徑最大，并且在該端端面的中心 有圓形凹槽，圓形凹槽和外圓間的圓環(huán)上還分布有連接孔，從而使該端形成了將芯模與旋 壓機(jī)連接的卡盤。夾板是由主動夾塊、第一被動夾塊、第二被動夾塊和第三被動夾塊組成的中空圓 形構(gòu)件。其中主動夾塊的外形為梯形；該主動夾塊內(nèi)圓的弧形邊構(gòu)成梯形的底，外圓的環(huán) 形邊構(gòu)成梯形的頂，并且主動夾塊的底大于主動夾塊的頂。三個(gè)被動夾塊的外形均為扇形， 其中第三被動夾塊扇形的圓心角為120度；第一被動夾塊和第二被動夾塊是對稱的兩個(gè)夾 塊，是將夾板去除主動夾塊和被動夾塊后的剩余部分一分為二而成。各個(gè)夾塊上均有與芯 模頭部相連接所用的通孔；各個(gè)夾塊的外圓處根據(jù)所成形內(nèi)筋的形狀有垂直于母線的倒 圓。在各個(gè)夾塊與芯模頭部配合的表面的內(nèi)圓弧處均有弧形凸臺，并且該弧形凸臺的徑向 寬度同芯模頭部端面上的定位凹槽的寬度。當(dāng)主動夾塊、第一被動夾塊、第二被動夾塊和第 三被動夾塊組合成一個(gè)完整的中空圓形構(gòu)件時(shí)，該弧形凸臺形成了夾板的定位臺。主動夾塊在Y方向的最大位移量L應(yīng)大于芯模尾部筋部凹槽深度的M值，以保證 主動夾塊可以沿Y軸負(fù)方向移動并從中心定位孔中取出。芯模尾部的筋部凹槽部分半徑 與夾板頂部的外圓半徑差值S應(yīng)大于零，因此可以保證夾板取出后芯模頭部也能夠順利取 出O在使用本發(fā)明時(shí)，夾板及芯模頭部脫模的具體步驟如下第一步，將芯模頭部和與之通過螺栓連接的夾板沿軸向進(jìn)行平移從芯模尾部的定 位軸上取下；第二步，將主動夾塊沿徑向平移，從中心孔中取出；第三步，主動夾塊取出后，被動夾塊可沿X方向和Y方向兩個(gè)方向自由運(yùn)動，使其 能夠方便地被取出；第四步，被動夾塊取出后，被動夾塊和被動夾塊可在X方向和Y方向自由運(yùn)動，此 時(shí)這兩個(gè)被動夾塊也可以被取出；第五步，由于夾板的設(shè)計(jì)考慮了與芯模頭部的干涉問題，夾板取出后，芯模頭部也 可以取出。通過以上步驟，帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形結(jié)束后無法脫模的 問題可以得到圓滿解決。由于本發(fā)明各個(gè)部件均為回轉(zhuǎn)體零件，并對芯模采用橫縱組合的分瓣技術(shù)，保證 了帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形后可順利脫模。本發(fā)明所提出的芯模分瓣 后易于機(jī)械加工，制造成本低，且易于裝配。在橫分瓣的基礎(chǔ)上，僅對夾板一個(gè)零件進(jìn)行縱 分瓣就可以使帶橫向內(nèi)筋旋壓構(gòu)件的脫模問題得到解決。


圖1是帶本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓 成形芯模的剖視圖，b為夾板與芯模配合的放大圖；圖2是夾板的組合分瓣示意圖，其中虛圓為旋壓件芯模凹槽位置；圖3是夾板的主視圖，其中夾板由一個(gè)主動夾塊，三個(gè)被動夾塊組成；圖4是主動夾塊4抽芯的示意圖；圖5是被動夾塊5抽芯示意圖；圖6是被動夾塊6、7抽芯示意圖。其中1.芯模頭部；2.夾板；3.芯模尾部；4.主動夾塊；5.第一被動夾塊；6.第二被動 夾塊；7.第三被動夾塊。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一種用于某帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形中的橫縱 組合分瓣模具。包括芯模頭部1、夾板2和芯模尾部3，如圖1所示，且芯模頭部1、夾板2和 芯模尾部3均為回轉(zhuǎn)體。其中，夾板2位于芯模頭部1和芯模尾部3之間，被套裝在芯模尾 部3的定位軸上；夾板2和芯模頭部1為中空殼體，并且該夾板2和芯模頭部1的外形都為 曲母線型。芯模頭部1的內(nèi)孔為階梯孔；芯模頭部1 一端內(nèi)孔的孔徑同芯模尾部3上的定 位軸的外徑，形成了芯模尾部定位軸的裝配孔；在芯模頭部1的端面，環(huán)芯模尾部定位軸裝 配孔有一圈凹槽，用于夾板2的定位；芯模頭部1另一端內(nèi)孔為螺釘孔，用于吊裝芯模；芯 模頭部1上的芯模尾部定位軸裝配孔和另一端的吊裝孔之間錐形過渡。芯模尾部3的外形呈階梯狀。其中芯模尾部3 —端為芯模尾部定位軸，該芯模尾 部定位軸的外徑同芯模頭部1上裝配孔的內(nèi)徑。芯模尾部3中部為用于成形工件筋部的凹 槽；芯模尾部3中部的外徑同夾板2的最大外徑。芯模尾部3另一端的外徑最大，并且在該 端端面的中心有圓形凹槽，圓形凹槽和外圓間的圓環(huán)上還分布有連接孔，從而使該端形成 了將芯模與旋壓機(jī)連接的卡盤。夾板2是由主動夾塊4、第一被動夾塊5、第二被動夾塊6和第三被動夾塊7組成 的中空圓形構(gòu)件，如圖2所示。其中主動夾塊的外形為梯形；該主動夾塊4內(nèi)圓的弧形邊構(gòu) 成梯形的底，外圓的環(huán)形邊構(gòu)成梯形的頂，并且主動夾塊4的底大于主動夾塊4的頂。三個(gè) 被動夾塊的外形均為扇形，其中第三被動夾塊7扇形的圓心角為120度；第一被動夾塊5和 第二被動夾塊6是對稱的兩個(gè)夾塊，是將夾板2去除主動夾塊4和被動夾塊7后的剩余部 分一分為二而成。各個(gè)夾塊上均有與芯模頭部相連接所用的通孔；各個(gè)夾塊的外圓處根據(jù) 所成形內(nèi)筋的形狀有垂直于母線的倒圓，該倒圓的半徑為1.25mm。在各個(gè)夾塊與芯模頭部 配合的表面的內(nèi)圓弧處均有弧形凸臺，并且該弧形凸臺的徑向?qū)挾韧灸ｎ^部1端面上的 定位凹槽的寬度。當(dāng)主動夾塊4、第一被動夾塊5、第二被動夾塊6和第三被動夾塊7組合 成一個(gè)完整的中空圓形構(gòu)件時(shí)，該弧形凸臺形成了夾板2的定位臺，如圖3所示。主動夾塊1在Y方向的最大位移量L為90. 26mm,大于芯模尾部筋部凹槽深度的M 值2. 8mm，所以主動夾塊4可以沿Y軸負(fù)方向移動并從中心定位孔中取出，如圖4所示。芯 模尾部的筋部凹槽部分半徑與夾板2頂部的外圓半徑差值S為0. 43mm，大于零，因此可以保證夾板2取出后芯模頭部1也能夠順利取出。使用本實(shí)例時(shí)，脫模的具體步驟如下第一步成形過程結(jié)束后，工件的筋部被卡在芯模的筋槽中，由于模具采用了橫分 瓣設(shè)計(jì)，所以工件及卡在工件內(nèi)的芯模頭部和夾板能夠從芯模尾部的定位軸上取下。第二步由于主動夾塊1在Y方向的最大位移量L為90. 26mm,遠(yuǎn)大于芯模尾部筋 部凹槽深度的M值2. 8mm,所以將主動夾塊4可以沿Y軸負(fù)方向移動并從中心定位孔中取 出，如圖5所示。第三步主動夾塊4取出后，被動夾塊5在X和Y兩個(gè)方向可自由運(yùn)動，使其能夠 方便的取出，如圖6所示。第三步，被動夾塊5取出后，其余兩個(gè)被動夾塊即可在X和Y兩個(gè)方向自由運(yùn)動， 使其能夠被方便的取出；至此，夾塊全部被取出。第四步由于夾塊的設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮了芯模頭部脫模時(shí)和已成形工件內(nèi)筋的干涉情 況，當(dāng)夾塊取出后，芯模頭部1也可以順利取出，這樣工件便順利脫模了。通過以上步驟，帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁旋壓件無法脫模的問題得到了圓 滿解決，且工件脫模后表面質(zhì)量良好，沒有附加變形，能夠較好的保證工件的成形質(zhì)量。實(shí) 踐證明，本實(shí)例所公開的適用于帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形的芯模設(shè)計(jì) 方法針對性強(qiáng)，利用該方法可以科學(xué)有效地解決帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓 過程中無法脫模的難點(diǎn)問題，模具的加工、安裝、拆卸和應(yīng)用都能夠符合實(shí)際生產(chǎn)的需要。
權(quán)利要求
1.一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模，其特征在于，包括芯模頭 部(1)、夾板(2)和芯模尾部(3)，其中，夾板(2)位于芯模頭部(1)和芯模尾部(3)之間， 被套裝在芯模尾部(3)的定位軸上；夾板(2)和芯模頭部(1)為中空殼體，并且該夾板(2) 和芯模頭部(1)的外形都為曲母線型；芯模頭部(1)的內(nèi)孔為階梯孔，其中一端內(nèi)孔的孔徑 同芯模尾部C3)上的定位軸的外徑，形成了芯模尾部定位軸的裝配孔；在芯模頭部(1)的端 面，環(huán)芯模尾部定位軸裝配孔有一圈夾板( 的定位凹槽；芯模頭部(1)另一端內(nèi)孔為螺釘 孔，用于吊裝芯模；芯模頭部(1)上的芯模尾部定位軸裝配孔和另一端的吊裝孔之間錐形 過渡。
2.如權(quán)利要求1所述一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模，其特征 在于，芯模尾部(3) —端為芯模尾部定位軸，該芯模尾部定位軸的外徑同芯模頭部(1)上裝 配孔的內(nèi)徑。芯模尾部(3)中部有工件筋部的成形凹槽；芯模尾部(3)中部的外徑同夾板 (2)的最大外徑；芯模尾部C3)另一端的外徑最大，并且在該端端面的中心有圓形凹槽。
3.如權(quán)利要求1所述一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模，其特征 在于，夾板( 是由主動夾塊G)、第一被動夾塊(5)、第二被動夾塊(6)和第三被動夾塊 (7)組成的中空圓形構(gòu)件；其中主動夾塊的外形為梯形；該主動夾塊內(nèi)圓的弧形邊構(gòu) 成梯形的底，外圓的環(huán)形邊構(gòu)成梯形的頂，并且主動夾塊的底大于主動夾塊的頂； 三個(gè)被動夾塊的外形均為扇形，其中第三被動夾塊(7)扇形的圓心角為120度；第一被動 夾塊( 和第二被動夾塊(6)是對稱的兩個(gè)夾塊；各個(gè)夾塊上均有與芯模頭部相連接所用 的通孔；各個(gè)夾塊的外圓處根據(jù)所成形內(nèi)筋的形狀有垂直于母線的倒圓，該倒圓的半徑為 1.25mm;在各個(gè)夾塊與芯模頭部配合的表面的內(nèi)圓弧處均有弧形的夾板⑵定位臺，并且 該弧形凸臺的徑向?qū)挾韧灸ｎ^部(1)端面上的定位凹槽的寬度。
4.如權(quán)利要求2所述一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模，其特征 在于，芯模尾部C3) —端端面中心的圓形凹槽和外圓間的圓環(huán)上分布有連接孔，從而使該 端形成了將芯模與旋壓機(jī)連接的卡盤。
5.如權(quán)利要求3所述一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模，其特征 在于，第一被動夾塊( 和第二被動夾塊(6)是將夾板( 去除主動夾塊(4)和第三被動 夾塊(7)后的剩余部分一分為二而成。
全文摘要
一種帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形芯模，其中，夾板位于芯模頭部和芯模尾部之間，被套裝在芯模尾部的定位軸上。夾板和芯模頭部為中空殼體，并且該夾板和芯模頭部的外形都為曲母線型。芯模頭部一端內(nèi)孔的孔徑為芯模尾部定位軸的裝配孔；在芯模頭部的端面，環(huán)芯模尾部定位軸裝配孔有一圈凹槽，用于夾板的定位；芯模頭部另一端吊裝芯模的螺釘孔。芯模頭部上的芯模尾部定位軸裝配孔和另一端的吊裝孔之間錐形過渡。由于本發(fā)明各個(gè)部件均為回轉(zhuǎn)體零件，并對芯模采用橫縱組合的分瓣技術(shù)，使得帶橫向內(nèi)筋大型復(fù)雜曲母線薄壁構(gòu)件旋壓成形后可順利脫模。本發(fā)明所具有易加工、易裝配，以及制造成本低的特點(diǎn)。
文檔編號B21D22/16GK102091736SQ20101053556
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者楊合, 蔣華兵, 詹梅, 陳飛 申請人:西北工業(yè)大學(xué)