带筋蒙皮的成形模具和成形方法与流程

本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种带筋蒙皮的成形模具和成形方法。

背景技术：

轻量化已成为航空航天零部件的发展趋势。铝合金带筋蒙皮件减重腔的存在可最大限度的实现零件的减重，而纵横交错的筋条可保证零件的强度刚度满足使用要求。过半圆铝合金带筋蒙皮的常规加工方法为先厚板圈圆，然后车外弧面，最后通过数控镗加工的方法实现减重腔及筋条部位的加工。该方法周期很长，生产效率十分低，一件蒙皮的加工需要近一个月。此外，带筋蒙皮的减重腔部位的壁厚很薄，机加后容易变形。此外，加工过程需要进行多次热处理退火，以减小应力，控制变形。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提出了一种带筋蒙皮的成形模具和成形方法，可以提高对带筋蒙皮的加工效率，缩短加工周期，控制加工变形，提高加工精度。

本发明的技术解决方案是：

一个方面，本发明提供了一种带筋蒙皮的成形模具，所述带筋蒙皮具有圆弧面，所述模具包括：

芯轴；

左动模和右动模，分别设置于所述芯轴的左右两侧；

上模，设置于所述芯轴的上方；

其中，所述上模、所述左动模和所述右动模相对于所述芯轴闭合时，所述上模、所述左动模、所述右动模以及所述芯轴彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形模具，还包括底座，其中，所述芯轴设置于所述底座上，所述左动模和所述右动模可滑动地设置于所述底座上。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形模具中，所述底座具有两个限位挡板，所述两个限位挡板分别设置于所述左动模和所述右动模的滑动路径上，分别用于在所述左动模和所述右动模开模时对所述左动模和所述右动模进行止挡。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形模具中，所述通气孔设置于所述芯轴上。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形模具中，所述芯轴具有第一定位孔和可插拔地设置于所述第一定位孔的定位销，所述定位销的上部突出于所述模腔内，所述定位销的上部侧壁具有插孔。

另一方面，本发明还提供了一种带筋蒙皮的成形方法，所述带筋蒙皮具有圆弧面，所述方法包括：

提供成形模具，所述成形模具包括芯轴、左动模、右动模和上模，所述左动模和所述右动模分别设置于所述芯轴的左右两侧，所述上模设置于所述芯轴的上方；其中，所述上模、所述左动模和所述右动模相对于所述芯轴闭合时，所述上模、所述左动模、所述右动模以及所述芯轴彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态；

在平板坯料上加工减重腔和加强筋，并在所述平板坯料的四周加工密封凸梗，所述密封凸梗用于在加工后的平板坯料被容纳于所述模腔内时对所述减重腔进行密封；

采用所述成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形方法中，所述采用成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工，包括：

冷压预成形：将加工后的平板坯料置于所述芯轴上，驱动所述上模、所述左动模以及所述右动模相对于所述芯轴闭合，通过所述上模、所述左动模以及所述右动模向所述加工后的平板坯料施加冷成形压力，致使所述加工后的平板坯料被容纳于所述模腔内，并发生初步变形；

热压成形：将所述成形模具升温至预定温度，通过所述上模、所述左动模以及所述右动模向初步变形的坯料施加热成形压力，致使所述初步变形的坯料的四周部位完全贴模；

热气胀成形：通过所述上模、所述左动模以及所述右动模向热压变形的坯料继续施加热成形压力，通过所述通气孔向所述减重腔通入高压气体，致使所述热压成形的坯料对应减重腔的部位完全贴模。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形方法中，所述通气孔设置于所述芯轴上；将所述加工后的平板坯料置于所述芯轴上时，所述加工后的平板坯料具有减重腔的一侧朝向所述芯轴。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形方法中，所述芯轴具有第一定位孔和可插拔地设置于所述第一定位孔的定位销，所述定位销的上部突出于所述模腔内；

所述在所述平板坯料上加工减重腔和加强筋，并在所述平板坯料的四周加工密封凸梗时，还在所述平板坯料上加工第二定位孔；

将所述加工后的平板坯料置于所述芯轴上时，将所述定位销穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔，从而对所述加工后的平板坯料在所述芯轴上的位置进行限定。

优选的是，所述的带筋蒙皮的成形方法中，所述定位销的上部侧壁具有插孔；

采用所述成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工之后，所述方法还包括：

驱动所述上模、所述左动模以及所述右动模开模；

将工具插入至所述定位销的插孔内，利用所述工具将所述定位销从所述第一定位孔和第二定位孔中拔出；

从所述芯轴的前侧或者后侧推动成形的带筋蒙皮，致使所述成形的带筋蒙皮脱模。

本发明相对于现有技术的有益效果：本发明提供了一种带筋蒙皮的成形模具和成形方法。所述带筋蒙皮具有圆弧面，该成形模具包括：芯轴；左动模和右动模，分别设置于所述芯轴的左右两侧；上模，设置于所述芯轴的上方；其中，所述上模、所述左动模和所述右动模相对于所述芯轴闭合时，所述上模、所述左动模、所述右动模以及所述芯轴彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态。该成形方法首先在平板坯料上加工减重腔和加强筋，并在所述平板坯料的四周加工密封凸梗，所述密封凸梗用于在所述平板坯料被容纳于所述模腔内时对所述减重腔进行密封；采用所述成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工。基于上述成形模具和成形方法，可以先对平板坯料加工减重强和加强筋，然后再对已经加工出减重腔和加强筋的平板坯料进行成形加工，与传统工艺相比，坯料在平板状态下的加工效率高，壁厚和尺寸精度容易控制，而且加工过程产生的变形可通过后续热成形消除，因此可以显著缩短加工周期，降低加工成本，提高加工效率，控制加工变形，提高加工精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的带筋蒙皮的成形模具的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的底座的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的芯轴的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的定位销的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的加工后的平板坯料的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的成形模具处于开模状态的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的将加工后的平板坯料置于成形模具内的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的冷压预成形步骤中上模下行过程中坯料变形的示意图；

图9为本发明实施例提供的热气胀成形步骤中坯料完全贴模的示意图；

图10为本发明实施例提供的成形加工完成后成形模具处于开模状态的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的成形加工完成的带筋蒙皮的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种带筋蒙皮的成形模具，所述带筋蒙皮具有圆弧面，所述模具包括：芯轴1；左动模3和右动模4，分别设置于所述芯轴1的左右两侧；上模2，设置于所述芯轴1的上方；其中，所述上模2、所述左动模3和所述右动模4相对于所述芯轴1闭合时，所述上模2、所述左动模3、所述右动模4以及所述芯轴1彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态。

具体地，上模2、左动模3和右动模4的内侧面均为弧面，相应地芯轴1也具有圆弧形表面，当上模2、左动模3、右动模4相对于芯轴1闭合时，上模2、左动模3和右动模4的内侧面与芯轴1的圆弧形表面彼此配合，共同限定出一个圆弧形的模腔。在一些示例中，左动模和右动模相对于芯轴是对称分布的。

如图2所示，在一些实施例中，本发明实施例所提供的带筋蒙皮的成形模具，还包括底座5，其中，所述芯轴1设置于所述底座5上，所述左动模3和所述右动模4可滑动地设置于所述底座5上。具体地，底座5中间具有定位槽6，芯轴1下部通过螺栓固定于该定位槽6内。底座5在定位槽两侧还具有两个滑动槽7,8，左动模3和右动模4分别可滑动地设置于两个滑动槽7,8内，从而实现合模或者开模。

在一些实施例中，所述的带筋蒙皮的成形模具中，所述底座5具有两个限位挡板6，所述两个限位挡板6分别设置于所述左动模3和所述右动模4的滑动路径上，分别用于在所述左动模3和所述右动模4开模时对所述左动模3和所述右动模4进行止挡。具体地，限位挡板设置于底座的两侧。当左动模和右动模开模时，同时向芯轴的左右两侧滑动，限位挡板可以对左动模和右动模进行止挡，避免左动模和右动模脱离底座。

如图3所示，在一些实施例中，所述的带筋蒙皮的成形模具，所述通气孔设置于所述芯轴1上。具体地，通气孔设置于芯轴1内部，通气孔可以与高压气体供应装置连通，高压气体供应装置可以向通气孔供给高压气体。通气孔通过与模腔连通，实现与坯料上的减重腔的连通，从而将高压气体通入至减重腔内，坯料对应于减重腔的部位在高压气体的作用下可以实现完全贴模。

如图3和图4所示，在一些实施例中，所述的带筋蒙皮的成形模具，所述芯轴1具有第一定位孔和可插拔地设置于所述第一定位孔的定位销9，所述定位销9的上部突出于所述模腔内，所述定位销9的上部侧壁具有插孔10。可以在平板坯料上加工第二定位孔，在将加工后的平板坯料放置于芯轴上时，可以通过定位销、第一定位孔和第二定位孔实现对于加工后的平板坯料的定位。为了实现准确定位，定位销可以有2个，分别设置在芯轴上部的前端和后端。进一步地，当带筋蒙皮为过半圆的结构时，其无法从芯轴的上方直接取下，只能侧向脱模。基于此，当成形加工完成，成形模具开模，可以将工具(例如铁丝或者铁棒)插入至定位销上部侧壁的插孔内，将定位销拔出，然后对成形的带筋蒙皮施加侧向推力，使带筋蒙皮从芯轴的前侧或者后侧离开芯轴，从而实现对带筋蒙皮的脱模。

综上所述，本发明实施例提供了一种带筋蒙皮的成形模具，该模具包括：芯轴；左动模和右动模，分别设置于所述芯轴的左右两侧；上模，设置于所述芯轴的上方；其中，所述上模、所述左动模和所述右动模相对于所述芯轴闭合时，所述上模、所述左动模、所述右动模以及所述芯轴彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态。基于上述成形模具，可以先对平板坯料加工减重强和加强筋，然后再将加工后的平板坯料放置在芯轴上，然后通过上模、左动模和右动模与芯轴配合实现合模，利用通气孔向减重腔通入高压气体，实现坯料对应于减重腔部位的完全贴模，最终实现对于带筋蒙皮的成形加工，与传统工艺相比，坯料在平板状态下的加工效率高，壁厚和尺寸精度容易控制，而且加工过程产生的变形可通过后续热成形消除。因此基于本发明实施例提供的成形模具，可避免空间减重腔及加强筋的加工，可使生产周期缩短近50％，大大提高了生产效率；通过对平板坯料的加工可提高减重腔处的壁厚均匀性，可提高零件的成形精度，消除应力，控制变形；可以避免多次热处理，有效降低成本。

如图5至图11所示，本发明还提供了一种带筋蒙皮的成形方法，所述带筋蒙皮具有圆弧面，所述方法包括：

步骤s1，提供成形模具，所述成形模具包括芯轴1、左动模3、右动模4和上模2，所述左动模3和所述右动模4分别设置于所述芯轴1的左右两侧，所述上模2设置于所述芯轴1的上方；其中，所述上模2、所述左动模3和所述右动模4相对于所述芯轴1闭合时，所述上模2、所述左动模3、所述右动模4以及所述芯轴1彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态。

另外，成形模具的材料可以选择45#钢，成形模具在设计阶段需要做放大处理，放大系数为5％。

步骤s2，在平板坯料11上加工减重腔12和加强筋13，并在所述平板坯料11的四周加工密封凸梗14，所述密封凸梗14用于在加工后的平板坯料11被容纳于所述模腔内时对所述减重腔进行密封。

如图5所示，加工后的平板坯料具有纵横设置的加强筋13，被加强筋13分隔开的腔体则构成了多个减重腔12。此外，在加工后的平板坯料的四周还加工了密封凸梗14，密封凸梗14用于在加工后的平板坯料被容纳在模腔内时可以与模腔壁保持接触，进而实现对减重腔的密封。应该理解的是，密封凸梗的高度高于加强筋，从而使得所有的减重腔之间可以保持连通。具体地，可以采用三轴铣加工中心进行减重腔、密封凸梗及加强筋的加工。在一个示例中，平板坯料的规格可以是：尺寸1000mm×960mm，减重腔蒙皮厚1.5mm，加强筋高7mm，宽4mm。待加工的带筋蒙皮的材料可以为5a06铝合金，外形尺寸为922mm×330mm×464mm，最大厚度为15mm。

步骤s3，采用所述成形模具对加工后的平板坯料11进行成形加工。

在一些实施例中，所述采用成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工，包括：

冷压预成形：将加工后的平板坯料11置于所述芯轴1上，驱动所述上模2、所述左动模3以及所述右动模4相对于所述芯轴1闭合，通过所述上模2、所述左动模3以及所述右动模4向所述加工后的平板坯料11施加冷成形压力，致使所述加工后的平板坯料11被容纳于所述模腔内，并发生初步变形。

具体地，在冷压预成形步骤中，可以将成形模具组合完整并安装于热成形机上，要求热成形机具备侧向加压装置，可以利用侧向加压装置驱动左动模和右动模进行合模和开模。如图6所示，将成形模具的左动模3和右动模4调节至左右最大开口位置，将成形模具的上模2上行至最大开口位置。如图7和图8所示，将上述加工完成的平板坯料11通过定位销9放置于芯轴上，缓慢下行上模并逐步压弯坯料。之后缓慢横向闭合左动模3和右动模4，将坯料的左右两边压弯并贴模。待完成冷压预成形步骤，坯料已经完全容纳于模腔内，并发生初步变形。

在一些示例中，所述通气孔设置于所述芯轴上；将所述加工后的平板坯料11置于所述芯轴上时，所述加工后的平板坯料11具有减重腔的一侧朝向所述芯轴1。这样，在热气胀成形步骤中，通气孔就可以与减重腔保持连通，可以通过通气孔向减重腔内通入高压气体。

在一些示例中，为了避免加工后的平板坯料在成形模具的合模过程中发生移位，本发明实施例还设计了定位结构对加工后的平板坯料进行定位。具体地，所述芯轴1具有第一定位孔和可插拔地设置于所述第一定位孔的定位销9，所述定位销9的上部突出于所述模腔内；所述在所述平板坯料上加工减重腔和加强筋，并在所述平板坯料的四周加工密封凸梗时，还在所述平板坯料上加工第二定位孔15；将所述加工后的平板坯料11置于所述芯轴1上时，将所述定位销9穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔，从而对所述加工后的平板坯料11在所述芯轴1上的位置进行限定。

热压成形：将所述成形模具升温至预定温度，通过所述上模2、所述左动模3以及所述右动模4向初步变形的坯料11施加热成形压力，致使所述初步变形的坯料11的四周部位完全贴模。

具体地，在一些示例中，可以将成形模具升温至350℃，并继续通过上模2、左动模3和右动模4向位于模腔内的坯料施加竖直方向和侧向的热成形压力，从而实现坯料四周的完全贴模。此时仅有零件四周部位完全贴膜，零件内部的减重腔部位未完全贴膜。上述预定温度可以根据带筋蒙皮的材料特性进行选择。

热气胀成形：通过所述上模2、所述左动模3以及所述右动模4向热压变形的坯料11继续施加热成形压力，通过所述通气孔向所述减重腔通入高压气体，致使所述热压成形的坯料对应减重腔的部位完全贴模。图9为本发明实施例提供的热气胀成形步骤中坯料11完全贴模的示意图。如图9所示，经过热气胀成形处理，坯料11在模腔16中完全贴模。

具体地，在一些示例中，可以在保持成形模具所施加的热成形压力不变的情况下，通过通气孔向减重腔内通入1.5mpa的高压气体并保压30min，从而实现坯料对应减重腔的部位的完全贴模。

图10为本发明实施例提供的成形加工完成后成形模具处于开模状态的结构示意图。成形的带筋蒙皮如图11所示。经过上述的冷压预成形、热压成形、热气胀成形步骤，通过成形模具实现了对于带筋蒙皮17的成形加工，成形的带筋蒙皮17具有减重腔18和加强筋19。

进一步地，可以对成形的带筋蒙皮进行脱模。在本发明实施例中，所加工的带筋蒙皮17为一个过半圆收口形状的零件，无法使用常规方法脱模，即无法通过从芯轴上方取下的方式对零件进行脱模，因此本发明实施例采用侧向脱模的方式。具体地，采用所述成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工之后，所述方法还包括：驱动所述上模2、所述左动模3以及所述右动模4开模；将工具插入至所述定位销的插孔内，利用所述工具将所述定位销从所述第一定位孔和第二定位孔中拔出；从所述芯轴1的前侧或者后侧推动成形的带筋蒙皮17，致使所述成形的带筋蒙皮脱模。上述工具可以是铁丝、铁棒等可以插入插孔并将定位销拔出的工具。待将定位销拔出，可以从带筋蒙皮的一侧施加推力，从而使带筋蒙皮从芯轴的前侧或者后侧离开芯轴。

综上所述，本发明实施例提供了一种带筋蒙皮的成形方法，该方法包括：提供成形模具，所述成形模具包括芯轴、左动模、右动模和上模，所述左动模和所述右动模分别设置于所述芯轴的左右两侧，所述上模设置于所述芯轴的上方；其中，所述上模、所述左动模和所述右动模相对于所述芯轴闭合时，所述上模、所述左动模、所述右动模以及所述芯轴彼此配合形成圆弧形的模腔，所述成形模具具有通气孔，所述通气孔与所述模腔处于连通状态；在平板坯料上加工减重腔和加强筋，并在所述平板坯料的四周加工密封凸梗，所述密封凸梗用于在加工后的平板坯料被容纳于所述模腔内时对所述减重腔进行密封；采用成形模具对加工后的平板坯料进行成形加工。基于上述成形方法，可以先对平板坯料加工减重强和加强筋，然后再将加工后的平板坯料放置在芯轴上，然后通过上模、左动模和右动模与芯轴配合实现合模，利用通气孔向减重腔通入高压气体，实现坯料对应于减重腔部位的完全贴模，最终实现对于带筋蒙皮的成形加工，与传统工艺相比，坯料在平板状态下的加工效率高，壁厚和尺寸精度容易控制，而且加工过程产生的变形可通过后续热成形消除。因此基于本发明实施例提供的成形方法，可避免空间减重腔及加强筋的加工，可使生产周期缩短近50％，大大提高了生产效率；通过对平板坯料的加工可提高减重腔处的壁厚均匀性，可提高零件的成形精度，消除应力，控制变形；可以避免多次热处理，有效降低成本。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。