专利名称：分步骤成段闭模锻压法的制作方法
技术领域：
本发明涉及对大的金属工件，特别是大结构部件的锻压。
当锻压用于宇航等应用领域的大结构部件时，锻压机的总的作用力通常对工件的平面区域有一上限。一旦该平面区域的上限对于某种压机已达到，则形成大尺寸结构部件通常需要以分开的部分进行锻压，然后再组装成最后的大的部件。随着飞机设计及其它技术的日益复杂，增加了对越来越大的结构部件的需求。另一方面，由于大作用力锻压机的经济性限制以及将小的部件组合起来形成大的锻压件的经济和实际问题，使得大的锻压结构部件的制造非常困难。本发明的新颖的方法消除了现有技术的这些和其它困难。
因此，本发明的一个目的就是提供一种用于增加可在一给定锻压机中制造的工件的尺寸的系统。
本发明的另一个目的是提供一种可用较小容量的锻压机来锻压给定工件的系统。
鉴于这些和其它目的，对于本领域的技术人员很清楚本发明是说明书中各部分的结合并由所附权利要求书覆盖。
本发明提供了一种用于通过增加可在锻压机的容量内有效地锻压的工件的尺寸而提高锻压机的性能的系统。该系统包括一个压模组，其中一个或多个压模是分段的，即分成两个或多个最好是三个或四个部分。分段模设有提升装置，允许所选的模段沿锻压轴线上升到高于其它模段。通过将各压模直接或间接安装到各压模座上而在锻压机中装配压模。采用提升装置使一个模段上升并锁定于高于另一个模段。对工件进行锻压，这时上升段为主要锻压体，即它将绝大部分力传到工件。非上升段为辅助锻压体，即它们只用于控制工件其它部分的反作用。然后，使模段的作用反过来，即原先非上升段上升到高于原先上升段。然后再次进行锻压过程，而新近上升的段用作主要锻压体。通过以这种分步骤的方式用成段压模进行该闭模锻压操作，全部有效的力都作用在工件的若干段上，从而工件的各段将有效地受到更大的锻压力，因此，可在工件上加上更多的锻压功。因此，可使用给定的锻压力来形成更大尺寸的工件。在一个最佳实施例中，上升模段是这样选择的以使工件在每个步骤中承受主要锻压体的作用的区域关于锻压轴线中心对称。此外，成段模可装在成段模支承框架中以在锻压操作过程中将模段保持在一起。
通过下面参照附图对本发明的一种结构形式的描述可更好地理解本发明的特征，附图中
图1为在将体现本发明原理的锻压机应用到工件上之前锻压机的带部分剖面的前视图。
图2为图1中所示锻压系统的视图，其中工件已受到初始粗锻。
图3为图1中所示锻压机的视图，其中成段压模的中段已被提升。
图4为图1中所示锻压系统的视图，其中在成段压模的中段之下已放置一垫块。
图5为图1中所示锻压系统的视图，其中正在非成段压模和成段压模的中段之间进行锻压。
图6为图1中所示锻压系统的视图，其中中段升起并将垫块移去。
图7为图1中所示锻压系统的视图，其中中段回到其初始位置。
图8为图1中所示锻压系统的视图，其中两边段升起。
图9为图1中所示锻压系统的视图，其中在该两边段之下放置垫块。
图10为图1中所示锻压系统的视图，其中在非成段压模和成段压模的两上升的边压模段之间进行锻压。
图11为图1中所示锻压系统的视图，其中边段上升。
图12为图1中所示锻压系统的视图，其中成段压模回到其初始状态。
图13为图1中所示锻压系统的视图，其中对工件进行最后模压。
图14为图1中所示锻压系统的视图，其中完成的工件曝露于打开的压模中。
参见图1，其中示出本发明的一般特征，本发明的锻压系统10包括一基底或第一压模座11，它在该实施例中是静止的，和一可移动的第二压模座12，它由一锻压致动器13移动。基底压模座11和锻压致动器13由一框架14锁定在一起。一成段压模支承件15安装在静止压模床11上，而一成段压模16安装在成段压模支承件15中。一非成段压模17安装在可移动压模座12上。
图1示出在工件18上进行该特定加工之前设备的结构。此处，工件典型地是一种钛或其它高性能金属的长方块。在图1中，工件18位于成段压模16的带凹槽的表面上。在图1所示实施例中，成段压模由一第一或中心段20和一对位于中心段相对侧的边段21和22形成。成段压模位于成段压模支承件15的上表面中的凹腔23中。而成段压模支承件15安装在第一压模床11上。成段压模16位于凹腔23中并由锁合装置24和25固定到位。
致动器13使第二或可移动压模座12沿锻压轴线42并在将两个压模16和17压到一闭合位置的锻压方向43移动。
图2示出第一锻压步骤的结果，其中工件18承担着锻压系统10的最大的力。由于工件的平的表面太大，只能初步成形，锻压机的整个力不足以使压模闭合以充满凹槽或凹穴。
图3示意地示出一个步骤，其中提升装置26用来相对于边段21和22向上提升成段压模16的中心段20。如本实施例所示，中心段20由带条装置27与第一或可移动压模座12相连，该带条装置在该图的未剖示部分中部分地示出并适于将可移动压模12连接到中心段20。该提升力使中心段上升离开成段压模支承件15。
图3示出进行中心段20的提升同时工件18仍位于压模腔中的步骤。如果成段压模的重新定位过程可相对快地进行，则该实施例是可行的。然而，在实践中，压模段的重新定位经常需要很长的时间，因此需要将工件从压模腔中移开并将其置于炉中重新加热到适当的工作温度。在压模段重新定位后，再将工件送回压模腔中进行进一步的加工。
图4示出一提升装置28，在该实施例中，该装置为一实心垫块29，它放置在中心段20之下以将其支承在沿着锻压轴线和边段21和22的方向上升的位置。
图5示出在中心段20上升时在成段压模16上进行的锻压过程。选择压模中心段的平面区域使得锻压机10提供的最大的力足以完全填满成段压模的中心段的压模穴部分。中心成段压模用作主要锻压体并只作用在工件18的足够的平面区域上，从而可在工件的该部分进行完全的锻压加工。
由于成段压模16的边段21和22从中心段20的工作表面退出，边段21和22用作辅助锻压体。该第二锻压作用可包括工件的边部的简单的被动保持，或包括工件边部的同时侧支承以防止工件在中心段的边沿处在锻压加工的反作用下弯曲，或可包括一些水平降低的实际锻压工作。在上述第二或第三种情况中，辅助锻压体的这一方面可减小由主要锻压体或中心段20施加到中心部分的有效的力。
在本发明的方法中，通过选择由提升装置完成的主要锻压体的上升量可使辅助锻压体的作用最佳。在这种情况下，上升量可由垫块沿锻压轴线的厚度决定。这种最佳化通常需针对各所需的工件形状进行，并且是中心段和边段对的平面区域的函数。
在涉及用于高性能的飞机的典型的钛主结构元件的情况下，已发现半英寸厚的垫块是最佳的。当采用小于半英寸的垫块时，延迟加工段的二级锻压作用将变得如此重要以致它对主要锻压体的作用产生影响。当垫块大于半英寸，具体地说为1英寸时，工件的侧部在锻压过程中将弯曲到不可接受的程度。
图6示出中心段20再次上升并将垫块29从其下移去。
图7示出中心段20回到其初始位置。
图8示出边段21和22对由提升装置26从成段压模支承件15提升的步骤。在该实施例中，提升装置26是这样作用的，即通过带条31和32使可移动或第二压模座12连接到边段21和22。
图9示出在该优选实施例中提升装置33和34为垫块35和36。它们位于各边段21和22之下以将它们锁到在中心段20之上的位置。
图10示出对非成段压模17和成段压模16的边段21和22之间的工件的边部进行锻压。
通常，边段21和22的结合的平面等于中心段20的平面。在实践中，边段21和22的面积可比中心段20的平面积略大，因为中心段通常不需要给工件提供支撑，从而以与在中心段为主要锻压体的步骤中已发现的最佳相同的程度减小锻压机的作用力。
图11示出采用提升装置26提升边段21和22并移去垫块35和36。
图12示出成段压模段20，21和22返回其初始的非上升位置。
图13示出最后锻压步骤，其中对工件18最后施压以获得接近的最终形状。
图14示出完成的工件和打开的压模。
根据上述最佳实施例，可使工件锻压成具有比在具有预定压力的压机中通常可锻压的尺寸小两倍的平面。本领域的技术人员应理解边段对的概念可延伸到位于各第一组边段之外的第二组边段对。通常，已发现在成段压模锻压过程的各步骤中最好将段设计成工件的初始锻压区域关于工件质心和锻压系统的锻压轴线对称。因而，如果采用一个中心段和两对边段，则锻压机的有效容量将增至三倍。
如上所述，完成本发明的方法的设备的设计的一个重要方面涉及中心段之下的垫块的厚度的选择，以获得同时对工件侧边元件的侧向支承。通过设计各段的上升程度可使锻压过程中工件的不希望的弯曲减至最小，因此，在主要锻压体进行主变形并吸收锻压机的作用力的主要部分的同时，延迟加工段对工件提供足够的力，从而使工件边段的向下弯曲减至最小。通常认为主要锻压体和延迟加工的锻压体之间固定的上升距离不能使由第二锻压元件的支承作用吸收的力最小。一旦延迟加工段到达工件，可以期望可由辅助锻压体吸收并因而不会提供给主要锻压体的力将迅速增加。然而在实践中已发现，工件的凸肋的斜边和第二锻压元件的压模中肋腔的斜边之间的接触相互作用在压模的行程的相当部分在第二锻压元件和工件之间令人惊异地允许一最小的支承力。通过仔细选择工件的肋的角度和垫块的厚度，可完全获得主要锻压体的变形和锻压作用，而辅助锻压体在成段压模的行程过程中在工件上施加一最小的支承力。该令人惊异的结果允许本发明的分阶段的成段压模操作过程可以超出预料的效率水平进行。
显然可对本发明的形式和结构做出小的改变而不脱离本发明的精神。然而，本发明并不限于这里所示和所描述的内容，而包括权利要求范围内的所有内容。
权利要求
1.一种用于提高锻压机在具有第一部分和第二部分的工件上的操作性能的方法，该锻压机具有一第一压模座和一第二压模座，包括以下步骤(a)在压机中安装一闭合压模组，该压模组具有一安装在第一压模座上的第一压模和安装在第二压模座上的第二压模，所述第一压模分成至少两段，即第一段和第二段，(b)提供一第一提升装置，并采用第一提升装置将第一段提升到高于第二段，(c)将工件置于压模之间，(d)在工件上进行第一闭模锻压操作，从而第一段为初始锻压体并作用在所述第一部分上，(e)提供一第二提升装置，并采用第二提升装置将第二段提升到高于第一段，(f)在工件上进行第二闭模锻压操作，从而第二段为主要锻压体并作用在所述第二部分上。
全文摘要
本发明提供了一种用于通过增加可在锻压机的容量内有效地锻压的工件(18)的尺寸而提高锻压机(10)的性能的系统。该系统包括一个压模组，其中一个或多个压模(16)是分段的，即分成两个或多个最好是三个或四个部分。分段模(16)设有提升装置，允许所选的模段沿锻压轴线上升到高于其它模段。通过将各压模直接或间接安装到各压模座(11，12)上而在锻压机(10)中装配压模。采用提升装置使一个模段上升并锁定于高于其它模段(21，22)。对工件进行锻压，这时上升段为主要锻压体，即它将绝大部分力传到工件。非上升段为辅助锻压体，即它们只用于控制工件其它部分的反作用。然后，使模段的作用反过来，即原先非上升段(21，22)上升到高于原先上升段(20)。然后再次进行锻压过程，而新近上升的段用作主要锻压体。通过以这种分步骤的方式用成段压模(16)进行该闭模锻压操作，全部有效的力都作用在工件的若干段上，从而工件(18)的各段将有效地受到更大的锻压力，因此，可在工件上作更多的锻压工作。因此，可使用给定的锻压力来形成更大尺寸的工件。
文档编号B21J13/02GK1142791SQ94194769
公开日1997年2月12日 申请日期1994年10月28日 优先权日1993年12月17日
发明者约翰·M·萨尔基相, 约翰·R·帕利奇, 小约瑟夫·J·泽克 申请人:怀曼戈登公司