专利名称：多柱调节式压模及其用于钛合金双曲度板成型的方法
技术领域：
本发明涉及一种模具及其成型方法，更具体地说，是涉及用于对板材进行压制成型的模具和方法。
背景技术：
钛合金具有密度低、较高强度、高韧性、良好透声性能等优点，在航空航天领域，钛合金的应用比较广泛，主要是采用浇注的方式制作复杂结构的零件。随着造船工业的发展， 船用特殊材料得到了进一步拓展应用。一些低合金钢、高强度合金钢、不锈钢、低碳钢等已不能满足一些船用特殊结构的要求，除了上述优点之外，钛合金耐海水腐蚀性更为突出，已成为船用特殊结构的理想用材。我国已进行过有关钛合金及钛-钢复合材料用于建造水翼、螺旋桨、导流罩等的设想和试验。但是钛合金的加工有别于一般的黑色金属，由于建造工艺的不同，船舶复杂结构的零件不能采用浇注的方式制作。我国很多船厂至今没有进行钛合金结构的工程实践经验，因此钛合金的加工技术亟待突破。目前，一些船舶的复杂结构采用玻璃钢为其壳体材料，主要是考虑其耐腐蚀性和透声性较高，但是玻璃钢的强度低、密性差，使用可靠性不够，而且与钢质船体连接没有得到很好地处理和解决，致使连接处易产生渗漏问题，促使研制钛合金复杂结构的实船应用刻不容缓。一块船舶复杂结构的零件，通常由两百多块不同双曲度的钛合金板组成，而钛合金材料韧性高，加工回弹率大，要把一块平的钛合金板采用普通冷、热加工成型方法加工成双曲度偏差不大于2mm，板四周边缘无曲折或波浪形的双曲度板，单向最大曲度为62mm，普通的加工方式具有较大难度。另外，一艘船的复杂结构一般用于特定部位，数量多、曲率又不一样，因此不可能为每一块板设计制造一个专用的压模。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种可以灵活调节型面的形状、适于对板材进行单件、小批量压制的模具。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种多柱调节式压模，包括上模座板、上型面和下模座板、下型面，所述上模座板上固定有多根长度可调的上模柱，上模柱从上模座板垂直向下延伸，所述上型面由所述多根上模柱的下端面共同构成；所述下模座板上固定有多根长度可调的下模柱，下模柱从下模座板垂直向上延伸，所述下型面由所述多根下模柱的上端面共同构成，所述上模柱与下模柱一一对应。优选地，所述上模柱的下端面、下模柱的上端面为球面。优选地，所述上模柱的上端通过螺纹与上模座板相配合。优选地，所述下模柱的下端通过螺纹与下模座板相配合。优选地，所述下模座板上还固定有多根定位柱，定位柱位于下模柱的外侧。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种采用上述多柱调节式压模，来压制成 型钛合金双曲度板的方法。为了解决以上技术问题，本发明的一种热加工方法包括以下步骤A.将所述多柱调节式压模安装在油压机上；B.将钛合金板放入加热炉加热到 400 600で，并保温15 20分钟；C.取出加热保温的钛合金板后即刻移入多柱调节式压 模内，准确定位后，用油压机进行压型，同时保压10 15分钟；D.压力释放后取出工件，用 样箱检验。为了解决以上技术问题，本发明的一种冷加工方法包括以下步骤A.将所述多柱调节式压模安装在油压机上；B.将钛合金板放入多柱调节式压模 内，准确定位后，用油压机进行第一至第五次的压型，锋次保压10 15分钟；然后提高油压 机的压力，进行第六至第七次的压型，锋次保压10 15分钟；再进一步提高油压机的压力， 进行第八至第九次的压型，锋次保压10 15分钟；C.压力释放后取出钛合金试板，用样箱 检验。优选地，在上述两种成型方法中，压型时，钛合金板的两面都垫有不锈钢薄板。优选地，在上述冷热两种成型方法中，由上、下模柱所限定的上、下型面的曲率是 钛合金双曲度板曲率的1. 4倍。优选地，在上述热加工成型方法中，所述步骤B中，加热前在钛合金板表面涂上耐 热涂料。本发明的有益效果是本发明多柱调节式压模可以通过改变上、下模柱的长度，灵活地调节型面的形状， 具有一模多用、制造成本低的优点，适于对各种板材进行单件或小批量压制。本发明利用上述多柱调节式压模实现复杂曲面钛合金板的成型方法，可以明显缩 短加工时间，提高加工效率，加工时对多柱调节式压模的型值进行调节，就可以加工不同曲 度的板，不需为锋一块板制造一个压模，适合船舶产品的单件加工，可以满足实际生产的使 用需求。合理地调节压模弯曲弧度倍率、在压制时衬以适当厚度的不锈钢垫板、选择适合的 压力和保温保压时间，在不损伤母材的情况下，可以进一步提高加工成型效果。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是本发明多柱调节式压模的结构示意图。图2是本发明中下模部分的俯视图。图3示出了下模柱与下模座板的连接关系示意图。图4是利用本发明多柱调节式压模压制成型钛合金双曲度板的示意图。图中标记1—油压机滑块； 2—油压机工作台；3--钛合金板(工件)；4—垫块；10—上模座板；11—上模柱；12—上型面；20—下模座板；21—下模柱；22——下型面；23——定位柱；24——导柱；
具体实施例方式如图1、图2所示，本发明多柱调节式压模分为上模部分和下模部分，其中上模部分包括上模座板10和固定在上模座板上的多根上模柱11，上模柱11从上模座板10垂直向下延伸；下模部分包括下模座板20和固定在下模座板上的多根下模柱21，下模柱21从下模座板20垂直向上延伸。另外，下模座板20的四角还固定有四根导柱24，导柱M与设在上模座板10上的导向孔相配合，在上下模相对运动时，可以起到导向作用。下模柱21采用阵列方式密集排布在下模座板20上，其排列的密度根据实际需要确定。优选地，下模柱之间的间距为40 50mm。如图3所示，下模柱21的下端设有螺纹与下模座板20上的螺孔相配合，转动下模柱21，可以调节它的长度，下模柱21的一段柱面 211做成六角形，以便于用扳手转动。同样地，上模柱11的上端与上模座板10也采用螺纹配合，使上模柱11的长度也可以调节。可以理解，这种螺纹配合的方式仅是调节上、下模柱长度的一种优选方式，本领域的技术人员也可以采用其它方式实现上、下模柱的长度调节， 比如采用垫片调节等。如图1所示，上模柱11的下端面和下模柱21的上端面均为球面，由这些上模柱11 的下端面(相当于是多个离散点)可以共同限定构成一个上型面12，由这些下模柱21的上端面也可以共同限定一个下型面22，上型面和下型面应当是互相吻合的。由于上模柱11 与下模柱21是一一对应、上下对齐的，因此，当上型面和下型面吻合时，上模柱11与相对应的下模柱21的长度是互补的。如图2所示，在下模座板20上还固定有多根定位柱23，定位柱23位于下模柱21 的外侧，在本实施例中，设置了三根定位柱23，呈直角三角形布置在下模柱阵列的一角。定位柱23的高度要高于相邻近的下模柱21，以便于待加工的板料放入下模时可以被快速地定位，并使加工中的板料不产生移位。本发明多柱调节式压模可以用于对各种钢板、合金板等金属板材的压制成型。下面结合实施例说明利用上述多柱调节式压模对钛合金双曲度板进行加工成型的方法。实施例1如图4所示，先将下模座板20固定在油压机工作台2上，将上模座板10安装固定在油压机滑块1上，在上模座板10和油压机滑块1之间设置一些垫块4，将上模座板10和油压机滑块1隔开一定距离，为导柱M与上模座板10之间的相对运动提供行程空间。将待加工的钛合金板涂上耐热涂料，然后将钛合金板放入加热炉加热到400°C并保温15分钟；取出加热保温的钛合金板后即刻移入多柱调节式压模中，并迅速靠贴定位柱进行准确定位，同时，在钛合金板3的两面都垫上2mm厚度的不锈钢薄板，加放不锈钢薄板的作用是避免上下模柱中的铁质成分渗入到钛合金板中。用200吨压力进行压型，同时保压15分钟，由于钛合金延伸率差，保压的作用首先是稳定钛合金板的延伸性能，其次，由于其回弹率大，钛合金板的余热没有散去的话，没有充分的保压会使钛合金板回弹，影响成型效果；压力释放后取出钛合金双曲度板工件，用样箱检验加工效果，可以基本达到成型要求。实施例2同实施例1先将多柱调节式压模安装在油压机上。
将待加工的钛合金板涂上耐热涂料，然后将钛合金板放入加热炉加热到500°C并保温20分钟；取出加热保温的钛合金板后即刻移入多柱调节式压模上，并迅速靠贴定位柱进行准确定位，同时，在需加工的钛合金板的两面都垫上2mm厚度的不锈钢薄板。用200吨压力进行压型，同时保压10分钟；压力释放后取出钛合金双曲度板工件，用样箱检验加工效果，成型效果较好。实施例3同实施例1先将多柱调节式压模安装在油压机上。将待加工的钛合金板涂上耐热涂料，然后将钛合金板放入加热炉加热到600°C并保温20分钟；取出加热保温的钛合金板后即刻移入多柱调节式压模上，并迅速靠贴定位柱进行准确定位，同时，在需加工的钛合金板的两面都垫上2mm厚度的不锈钢薄板。用200吨压力进行压型，同时保压10分钟；压力释放后取出钛合金双曲度板工件，用样箱检验加工效果，成型效果最好。实施例4同实施例1先将多柱调节式压模安装在油压机上。然后将待加工的钛合金板放入多柱调节式压模内进行冷加工。在需加工的钛合金板两面都垫上2 3mm厚度的不锈钢薄板，不锈钢薄板厚度的加大是为了减轻压模加压时对工件产生的压痕。准确定位后，先用200吨的压力(初始成型压力)进行第一至第五次的压型，同时每次保压10 15分钟；再用300吨的压力(1. 5倍的初始成型压力)进行第六至第七次的压型，同时每次保压10 15分钟；最后用320吨的压力(1. 6倍的初始成型压力)进行第八至第九次的压型，同时每次保压10 15分钟。压力释放后取出钛合金双曲度板工件，用样箱检验。成型效果基本满足最终冷压加工成型要求。同时，工件上局部区域存在着压痕， 但压痕较浅，基本达到要求。考虑到钛合金双曲度板在压力释放后的回弹变形，对压模型面的设计要增加回弹余量。在上述四种实施例中，由上、下模柱所限定的上、下型面的曲率都设置为钛合金双曲度板曲率的1.4倍。
权利要求
1.一种多柱调节式压模，包括上模座板(10)、上型面(1 和下模座板(20)、下型面 (22)，其特征是所述上模座板(10)上固定有多根长度可调的上模柱(11)，上模柱(11) 从上模座板(10)垂直向下延伸，所述上型面(1 由所述多根上模柱(11)的下端面共同构成；所述下模座板00)上固定有多根长度可调的下模柱(21)，下模柱从下模座板 (20)垂直向上延伸，所述下型面0 由所述多根下模柱的上端面共同构成，所述上模柱(11)与下模柱—一对应。
2.根据权利要求1所述的多柱调节式压模，其特征是所述上模柱(11)的下端面、下模柱的上端面为球面。
3.根据权利要求1所述的多柱调节式压模，其特征是所述上模柱(11)的上端通过螺纹与上模座板(10)相配合。
4.根据权利要求1所述的多柱调节式压模，其特征是所述下模柱的下端通过螺纹与下模座板OO)相配合。
5.根据权利要求1所述的多柱调节式压模，其特征是所述下模座板OO)上还固定有多根定位柱(23)，定位柱位于下模柱的外侧。
6.一种权利要求1所述的压模用于钛合金双曲度板成型的方法，其特征是包括以下步骤A.将所述多柱调节式压模安装在油压机上；B.将钛合金板放入加热炉加热到400 600°C，并保温15 20分钟；C.取出加热保温的钛合金板后即刻移入多柱调节式压模内，准确定位后，用油压机进行压型，同时保压10 15分钟；D.压力释放后取出工件，用样箱检验。
7.—种权利要求1所述的压模用于钛合金双曲度板成型的方法，其特征是包括以下步骤A.将所述多柱调节式压模安装在油压机上；B.将钛合金板放入多柱调节式压模内，准确定位后，用油压机进行第一至第五次的压型，每次保压10 15分钟；然后提高油压机的压力，进行第六至第七次的压型，每次保压 10 15分钟；再进一步提高油压机的压力，进行第八至第九次的压型，每次保压10 15分钟；C.压力释放后取出钛合金试板，用样箱检验。
8.根据权利要求6或7所述的成型的方法，其特征是压型时，钛合金板的两面都垫有不锈钢薄板。
9.根据权利要求6或7所述的成型的方法，其特征是由上、下模柱所限定的上、下型面的曲率是钛合金双曲度板曲率的1.4倍。
10.根据权利要求6所述的成型的方法，其特征是所述步骤B中，加热前在钛合金板表面涂上耐热涂料。
全文摘要
本发明公开了一种多柱调节式压模及其用于钛合金双曲度板成型的方法，所述多柱调节式压模包括上模座板、上型面和下模座板、下型面，所述上模座板上固定有多根长度可调的上模柱，上模柱从上模座板垂直向下延伸，所述上型面由所述多根上模柱的下端面共同构成；所述下模座板上固定有多根长度可调的下模柱，下模柱从下模座板垂直向上延伸，所述下型面由所述多根下模柱的上端面共同构成，所述上模柱与下模柱一一对应。通过改变上、下模柱的长度，灵活地调节型面的形状，具有一模多用、制造成本低的优点，适于对各种板材进行单件或小批量压制。
文档编号B21D37/10GK102233383SQ201010159038
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者傅丰宝, 吉海清, 张伟明, 施克非, 楼根铨, 沈云扬, 陈恳勤, 陈汉斌 申请人:江南造船(集团)有限责任公司