带有加载加热装置的整体壁板时效成形模具及其使用方法与流程

本发明涉及航空航天钣金成形领域，尤其是一种带有加载加热装置的整体壁板时效成形模具及其使用方法。

背景技术：

时效成形技术是一种利用金属的蠕变特性，将成形与时效热处理同时进行的一种钣金成形方法，特别适用于成形大型飞机或者运载火箭的整体壁板或者蒙皮零件。

在公开号为CN103008411A的专利申请中，公开了一种用于时效成形的柔性四点弯曲预弯夹具。夹具在底板上安装两个支撑块，在龙门形支架上安装另外两个支撑块，实现对试件的预弯曲。该夹具只用于单曲率试件的弯曲，而且在加载后试件的表面要受到龙门架的遮挡。

在公开号为CN104942090A的专利申请中，公开了一种用于柔性时效成形的预应力夹具。该夹具使用两组横梁安置压杆，使用压杆实现对壁板工件的双曲率加载。该夹具的压杆手工调整需要较长的时间。

在公开号为CN102266887A的专利申请中，公开了一种形板式机械加载蠕变时效成形装置。该装置有若干形板支撑零件，通过旋合加载螺栓，使零件与形板的型面完全贴合。该装置可以用于成形复杂曲面的零件，但是使用螺栓直接加载，易产生应力集中。

在公开号为CN101543864A的专利申请中，公开了一种热压罐纯弯曲时效成形模具。该模具使用机械式加载装置，同时使用四个弯曲压轴和形板，配合热压罐内的气压加载，使试件在成形过程中的曲率始终保持不变，但是结构较为复杂。

在公开号为CN103194699A的专利申请中，公开了一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具。模具分为上下两个模体，下模体内有具有成型面的模块。模具通过上模体上的加载螺栓对铝锂合金焊接壁板进行加载，使之与模块的成型面贴合。该模具可以用于壁板的成形，但加载螺栓同样存在应力集中的问题。

在公开号为CN202921725U的专利申请中，公开了一种金属板材蠕变时效成形装置。该装置使用一对压管和一对压板配合实现对试件的四点弯曲，而且通过在压管上开设不同深度的槽，实现多个不同半径的试件弯曲。但是因为没有助力机构，在弯曲时比较费力。

在公开号为CN104384323A的专利申请中，公开了一种恒温箱零件时效成形装置。该装置通过螺旋杆带动上肋板模具和下肋板模具合拢，实现对试件的加载。通过使用不同曲率的肋板，可以实现试件的不同曲率的弯曲。但是装置中的中间梁受力较大。

在公开号为CN104759542A的专利申请中，公开了一种恒温箱零件时效成形装置。该装置使用多层框架，每层框架都安装肋板，其中，中间层的肋板上下表面都加工型面，通过肋板型面的合拢实现加载。该装置可以同时成形多个不同半径的试件。但是装置中的连接杆螺纹受力较大。

在公开号为CN103586799A的专利申请中，公开了一种壁板零件时效应力松弛成形的成形工装及成形方法。该装置在工装成形曲面的一端设置了定位销。但工装的成形曲面和工装的本体是一体结构，一套工装只能用于一个零件的成形。而且该工装在抽真空时，要特别注意操作，停止真空袋破裂。

在公开号为CN202105905U的专利申请中，公开了一种壁板类钣金零件时效成形模具。装置使用一组型板构成模具的型面，型板固定在框板上，框板安放在一块完整的底板上。该模具结构简单，适于成形整体壁板。但是构成型面的框板要在装配后再进行数控加工。

在公开号为CN202427838U的专利申请中，公开了一种液压加载的弯曲时效成形模具。该模具同时使用型板和压轴，可以在成形过程中保持试件的弯曲程度不变，并且使用液压进行加载，节省体力，可以同时对多个不同半径的试件进行加载。但是需要额外的液压压力源才能够工作。

在公开号为CN101774274A的专利申请中，公开了一种基于热压罐的蠕变时效成形柔性工装。该装置由框板组成一个围框，围框内安装固定板，固定板上通过螺纹安装可调节钉柱。通过多个可调节钉柱组成柔性型面。但是该装置的真空气咀安装在底板下表面，不便于操作。可调节钉柱的调节要花较多的时间。

在公开号为CN102218472A的专利申请中，公开了一种复杂双曲率蠕变时效成形装置。该装置采用可调整上下对称多点弯曲变形的结构，使用下支架12上的四根支杆支撑零件，使用上支架上的四根压杆8对零件进行加载。该装置可以实现零件两个正交方向的弯曲，但每个方向上曲率是不变的。

在公开号为CN101518803A的专利申请中，公开了一种纯弯曲时效成形模具。该模具同时使用四点弯曲装置和带有型面的框板，使用涡轮蜗杆和丝杠进行加载。但该模具设计上要包裹真空袋使用，因为模具外形复杂，有多处凸起的凹陷，抽真空时易导致真空袋破裂。

在公开号为CN103191984A的专利申请中，公开了一种时效成形装置。该装置包括凸模和凹模、底座和支柱。通过在底座上安放千斤顶，使凸模和凹模合拢，实现对试件的加载。加载完成后凸械和凹模使用螺栓固定，可以从底座和支柱上取下，放入小型干燥箱内进行时效成形。该模具结构简单，可成形的零件厚度大。但只能用于成形小尺寸试件。

在公开号为CN103191987A的专利申请中，公开了一种恒温箱整体壁板时效成形模具。该模具使用螺栓连接的多个下模具板和多个上模具板实现对整体壁板的加载。但每个上模具板只通过两个螺栓固定，螺栓承受的力很大，完成加载操作时，需要的体力也很大。

上述的时效成形模具可以分为自身不带加载装置的模具和自身带有加载装置的模具两类。其中，自身不带加载装置的模具需要配合热压罐使用，成本较高；自身带有机械加载装置的模具往往存在加载力不均匀的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种带有加载加热装置的整体壁板时效成形模具及其使用方法，这种整体壁板时效成形模具不需要热压罐或者其它加热设备就可以独立的完成时效成形试验，且零件的受力较为均匀。

一种带有加载加热装置的整体壁板时效成形模具，包括

底座，所述底座为一个上部敞开的盒形零件，底座中部的截面为呈等腰梯形的凸台，等腰梯形凸台的顶部为模具的型腔，型腔的底面为与型板的V形底面相互配合的V形型腔底面，用于对型板进行定位，在型腔的沿长度方向的侧壁上设有一列夹紧凸块，夹紧凸块的顶部开有螺纹孔，夹紧凸块的下部切出一个斜面，夹紧凸块螺纹孔和斜面分别用于安装夹紧斜块组件的螺栓和斜块，夹紧凸块的宽度和夹紧斜块组件上的斜块宽度相同，夹紧凸块之间的间距与型板的厚度成间隙配合，在型腔沿宽度方向的侧壁上，各有一个凸台，用于安装根据整体壁板的特征所设计的成形定位装置；

型板，所述型板为一块厚板，其底部为V形面，V形面的角度与底座型腔内的V形面相同，用于在底座上定位；型板的上表面加工出型面，通过多块型板的组合，形成整个模具的型面；

压板，所述压板为一块平板，平板的宽度与底座的模具型腔宽度为间隙配合，平板的上表面中心连接一个圆台，圆台内开有一个球窝，球窝是一个超过半球的球型腔体，用于容纳压杆最下部的球头；

压杆，所述压杆为一根带有螺纹的圆柱杆，圆柱杆的末端为球头，所述球头与压板的球窝为间隙配合；

耐热垫，所述耐热垫的宽度与压板的宽度相同，厚度达到可以填充底座的型腔的程度，所述耐热垫设置在压板的下端面与压板叠接；

加热组件，所述加热组件包括下部的支撑架和上部的加热棒两部分，支撑架为一块厚板，其厚度与底座的夹紧凸块的宽度相同，使用支撑架可以放入型板所形成的间隙当中，支撑架底部为一个V形面，用于在底座型腔内的V形面上定位；支撑架顶部开有半圆槽，半圆槽内设有加热棒；

夹紧斜块组件，所述夹紧斜块组件包括螺栓和楔块两部分，所述螺栓尺寸与底座的夹紧凸块顶部的螺栓孔尺寸相同，楔块的斜度与底座的夹紧凸块的斜面斜度相同；楔块安装在底座的夹紧凸块的斜面，夹紧斜块组件由螺栓安装在底座的夹紧凸块顶部的螺栓孔中，拧动夹紧斜块组件由螺栓、推动楔块运动完成对型板的夹紧；

支架，所述支架的顶部为一块厚板，厚板中心开有用于安装压杆的螺纹孔，厚板的四角向下方延伸出四条支脚，所述支脚与底座固定连接；

所述支架与压杆、耐热垫、压板一起组成模具的机械加载结构。

所述底座1的底部向外延伸出两个矩形凸台，所述支架支脚的末端设有水平凸台，水平凸台与底座的矩形凸台固定连接。

在底座型腔的一个侧壁的底部，开有一个与型腔外连通的通孔。

整个加热组件安装后的高度不超过型板的上表面安装高度。

所述压杆的顶端设有手轮。

使用时，根据整体壁板设计的外形，设计和加工一系列型板的上表面型面，加工好的型板安装在底座的型腔V形面上，并且在底座的夹紧凸块上安装夹紧斜块组件，拧动夹紧斜块组件的螺栓夹紧型板；耐热垫固定在压板的底部，压杆的圆柱杆穿过支架的顶部螺纹孔，连接在压板上；在型板形成的间隙中安装加热组件，并连接电源与温控线路；电源与温控线路从底座侧壁的与型腔外连通的通孔中，引出模具型腔，连接到温度控制器上；在型板上安装整体壁板；支架通过固定螺栓固定在底座上。转动压杆的手轮，使压板推动耐热橡胶挤压整体壁板与型板贴合，开启温度控制器，设定温度控制曲线进行时效成形过程，时效成形完成后，关闭温度控制器，反向旋转压杆的手轮，进行卸载，从底座上移除支架，取出整体壁板零件。

这种整体壁板时效成形模具不需要热压罐或者其它加热设备就可以独立的完成时效成形试验，且零件的受力较为均匀。

附图说明

图1为实施例中整体壁板时效成形模具的纵向剖视示意图；

图2为实施例中整体壁板时效成形模具的沿宽度方向的剖视图；

图3为实施例中整体壁板时效成形模具的斜轴测图；

图4为实施例中底座的斜轴测图；

图5为实施例中支架的轴测图；

图6为实施例中压杆的轴测图；

图7为实施例中压板的轴测图；

图8为实施例中型板的轴测图；

图9为实施例中加热组件的轴测图；

图10为实施例中夹紧斜块组件的轴测图。

图中，1.底座 1-1.型腔底面 1-2.通孔 1-3.矩形凸台 2.支架 3.压杆 3-1.手轮 4.耐热垫 5.压板 5-1.圆台 6.加热组件 7.型板 8.夹紧斜块组件 9.固定螺母 10.整体壁板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1-图3，一种带有加载加热装置的整体壁板时效成形模具，包括

底座1，所述底座1为一个上部敞开的盒形零件，底座1中部的截面为呈等腰梯形的凸台，等腰梯形凸台的顶部为模具的型腔，型腔的底面为与型板7的V形底面相互配合的V形型腔底面1-1，用于对型板7进行定位，在型腔的沿长度方向的侧壁上设有一列夹紧凸块，夹紧凸块的顶部开有螺纹孔，夹紧凸块的下部切出一个斜面，夹紧凸块螺纹孔和斜面分别用于安装夹紧斜块组件8的螺栓和斜块，夹紧凸块的宽度和夹紧斜块组件8上的斜块宽度相同，夹紧凸块之间的间距与型板7的厚度成间隙配合，在型腔沿宽度方向的侧壁上，各有一个凸台，用于安装根据整体壁板的特征所设计的成形定位装置，如图4所示；

型板7，所述型板7为一块厚板，其底部为V形面，V形面的角度与底座1型腔内的V形面相同，用于在底座上定位；型板7的上表面加工出型面，通过多块型板7的组合，形成整个模具的型面，如图8所示；

压板5，所述压板5为一块平板，平板的宽度与底座1的模具型腔宽度为间隙配合，平板5的上表面中心连接一个圆台5-1，圆台内开有一个球窝，球窝是一个超过半球的球型腔体，用于容纳压杆3最下部的球头，如图7所示；

压杆3，所述压杆3为一根带有螺纹的圆柱杆，圆柱杆的末端为球头，所述球头与压板5的球窝为间隙配合，如图6所示；

耐热垫4，所述耐热垫4的宽度与压板5的宽度相同，厚度达到可以填充底座1的型腔的程度，所述耐热垫4设置在压板5的下端面与压板5叠接；

加热组件6，所述加热组件6包括下部的支撑架和上部的加热棒两部分，支撑架为一块厚板，其厚度与底座1的夹紧凸块的宽度相同，使用支撑架可以放入型板7所形成的间隙当中，支撑架底部为一个V形面，用于在底座1型腔内的V形面上定位；支撑架顶部开有半圆槽，半圆槽内设有加热棒，如图9所示；

夹紧斜块组件8，所述夹紧斜块组件8包括螺栓和楔块两部分，所述螺栓尺寸与底座1的夹紧凸块顶部的螺栓孔尺寸相同，楔块的斜度与底座1的夹紧凸块的斜面斜度相同；楔块安装在底座1的夹紧凸块的斜面，夹紧斜块组件8由螺栓安装在底座1的夹紧凸块顶部的螺栓孔中，拧动夹紧斜块组件8由螺栓、推动楔块运动完成对型板7的夹紧，如图10所示；

支架2，所述支架2的顶部为一块厚板，厚板中心开有用于安装压杆3的螺纹孔，厚板的四角向下方延伸出四条支脚，所述支脚与底座1固定连接，如图5所示；

所述支架2与压杆3、耐热垫4、压板5一起组成模具的机械加载结构。

所述底座1底面向外延伸出两个矩形凸台1-3，所述支架2支脚的末端设有水平凸台，水平凸台与底座1的矩形凸台1-3固定连接。矩形凸台上开有螺栓孔，水平凸台上开有孔，用于安装固定螺栓9。

在底座1型腔的一个侧壁的底部，开有一个与型腔外连通的通孔1-2，用于安装连接加热组件6的电源线路和测温线路。

整个加热组件安装后的高度不超过型板7的上表面安装高度。

所述压杆3的顶端设有手轮3-1。

根据要成形的整体壁板的长度，底座1上可以安装多套机械加载结构。

使用时，根据整体壁板设计的外形，设计和加工一系列型板7的上表面型面，加工好的型板7安装在底座1的型腔V型面上，并且在底座1的夹紧凸块上安装夹紧斜块组件8，拧动夹紧斜块组件8的螺栓夹紧型板7；耐热垫4固定在压板5的底部，压杆3的圆柱杆穿过支架2的顶部螺纹孔，连接在压板5上；在型板7形成的间隙中安装加热组件6，并连接电源与温控线路，电源与温控线路从底座1侧壁的与型腔外连通的通孔中，引出模具型腔，连接到温度控制器上；在型板7上安装整体壁板；转动压杆3的手轮，使压板5推动耐热垫4挤压整体壁板与型板7贴合；开启温度控制器，设定温度控制曲线进行时效成形过程，时效成形完成后，关闭温度控制器，反向旋转压杆3的手轮，进行卸载，从底座1上移除支架2，取出整体壁板零件。