阅读说明：本技术 一种实现大型筋板件连续局部加载成形的模具及成形方法 (Mold and method for realizing continuous local loading forming of large-scale rib plate ) 是由 李昕童 钱凌云 孙朝阳 苏泽兴 朱南洋 温璐 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种实现大型筋板件连续局部加载成形的模具及成形方法,属于塑性加工领域。连续局部加载模具包括与压力机上工作平台连接的上凸模、与挤压机下部工作平台连接的下模具组件；上凸模通过紧固螺栓与压力机上工作台面进行连接；下模具组件包括下模、带有丝杠及滑槽结构的下模座、用于模具加热的加热棒；加热棒置于下模上的加热棒槽中,下模通过燕尾槽与下模座进行配合,并通过下模座上丝杠结构与下模座向连接。通过根据成形件结构进行模腔设计,使用连续局部加载组合模具,在加载过程中移动下模模腔,改变上下模装配关系,通过不同加载区域的连续局部加载,实现大型筋板件的成形。本发明能够有效降低成形载荷,解决复杂大型筋板件成形受挤压机工作台面面积限制、受压力机载荷限制的问题。(The invention provides a die and a forming method for realizing continuous local loading forming of a large-scale rib plate, and belongs to the field of plastic processing. The continuous local loading die comprises an upper male die connected with an upper working platform of the press machine and a lower die assembly connected with a lower working platform of the extruder; the upper male die is connected with the upper working table surface of the press machine through a fastening bolt; the lower die assembly comprises a lower die, a lower die base with a screw rod and sliding groove structure and a heating rod for heating the die; the heating rod is arranged in a heating rod groove on the lower die, the lower die is matched with the lower die base through a dovetail groove, and the lower die base is connected with the lower die base through a screw structure on the lower die base. Through carrying out the die cavity design according to the forming part structure, use continuous local loading assembling die, remove the lower mould die cavity at the loading in-process, change the upper and lower mould assembly relation, through the continuous local loading in different loading regions, realize the shaping of large-scale muscle plate spare. The invention can effectively reduce the forming load and solve the problems that the forming of the complex large rib plate is limited by the area of the working table surface of the extruder and the load of the pressure machine.)

一种实现大型筋板件连续局部加载成形的模具及成形方法

技术领域

本发明设计金属塑性加工工艺及成形技术领域，具体涉及一种大型筋板类零件连续局部加载成形方法。

背景技术

大型筋板类零件是航空航天领域内具有广泛的应用前景的结构件，目前国内外学者已经展开了对大型筋板件的广泛研究。结构大型整体化、形状复杂化、壁厚薄壁化、形状高精度化、并且大尺寸和小尺寸极端相结合，是保证高可靠性和功能高效化的轻量化特征结构。与传统的装配和铆接构件相比，大型整体结构件减少了紧固连接和装配，避免了装配连接可能带来的结构损伤，能有效减轻装配重量，并大幅提高其可靠性；减少机械加工量和装配工作量，降低生产成本，缩短生产周期，因此大型筋板类零件在航空航天、军工、汽车等产业具有广泛的应用前景。

目前大型筋板类零件的主要成形方式主要有先锻造、轧制再机械加工、搅拌摩擦焊技术、精密铸造技术、等温锻造技术、局部加载成型技术。采用机械加工技术进行筋板件成形，存在材料利用率低、环境污染严重、造价高、破坏材料本身金属流线、致使零件变形等问题。搅拌摩擦焊随可用于筋板件成形，但对复杂筋部结构成形仍不成熟，有待进一步研究。精密铸造技术所生产零件尺寸进度高，但难以避免缩松等铸造缺陷，筋可用于性能要求较低的筋板件成形。等温模锻的坯料具有更好的塑性，且材料利用率高，成形件具有较好的组织性能，但对于大型筋板件而言，所需设备吨位较大，对工作台面积要求较高，将等温模锻与局部加载相结合，能够有效降低成形载荷，且能对金属流动方向进行调控，改善材料应力状态，迫使金属填充筋部，是一种较为理想的大型筋板件成形工艺。因而，探索高效的局部加载成形方法对大型复杂结构件的发展具有重要意义。

发明内容

本发明目的是为了解决大型筋板件成形受挤压机工作台面面积限制、受压力机载荷限制的问题，实现小型设备对大型筋板类零件的生产。

一种实现大型筋板件连续局部加载成形的模具，其特征在于：所述连续局部加载模具包括与压力机上工作平台连接的上凸模、与挤压机下部工作平台连接的下模具组件；所述的上凸模通过紧固螺栓与压力机上工作台面进行连接；所述下模具组件包括下模、带有丝杠及滑槽结构的下模座、用于模具加热的加热棒；加热棒置于下模上的加热棒槽中，下模通过燕尾槽与下模座进行配合，并通过下模座上丝杠结构与下模座向连接；以此保证下模与下模座之间宽度及高度方向定位，在加载过程中移动下模模腔，改变上下模装配关系，通过不同加载区域的连续局部加载，实现大型筋板件的成形。

一种采用如上所述模具实现大型筋板件连续局部加载成形的方法，其特征在于：包括以下步骤(以镁合金材料为例)：

步骤一：将金属坯料加热至成形温度并保温；

步骤二：根据第一加载道次装配关系，将连续局部加载成形模具进行预组装；在成形过程中，下模可通过丝杠调节与下模座发生相对滑动，以此实现工件不同位置的连续局部加载；

步骤三：模具安装及调试：将预安装好的大型筋板件连续局部加载模具安装至压力机上、下工作台面上，将加热棒电源接通，并设置模具预热温度，对模具进行加热；

步骤四：成形过程：在连续局部加载模具上模下表面及下模模腔中注入润滑剂；将加热好的金属坯料放入下模中；压力机带动上凸模向下运动，实现第一加载道次的加载；第一加载道次加载完成后，压力机上工作台面带动上凸模回程，摇动下模座上丝杠，将下模调整至第二加载道次装配位置；压力机上工作台面带动上凸模向下加载，实现第二加载道次加载；第二加载道次加载完成后，压力机上工作台面带动上凸模回程，摇动下模座上丝杠，将下模调整至第三加载道次装配位置；压力机上工作台面带动上凸模向下加载，实现第三加载道次加载；第三加载道次加载完成后，压力机上工作台面带动上凸模回程，摇动下模座上丝杠，将下模调整至第四加载道次装配位置；压力机上工作台面带动上凸模向下加载，实现第四加载道次加载；

步骤五：成形后处理：压力机上工作台面带动上凸模回程，将成形后大型筋板件由模具中取出。

进一步地，在所述大型筋板件连续局部加载成形装置中，下模座与下模通过燕尾槽配合，以此保证下模与下模座之间宽度及高度方向定位；下模通过丝杠传动沿燕尾槽在下模座中左右滑动，实现下模在不同加载道次中处于不同装配位置。

进一步地，所述成形方法，可根据成形件结构，设计不同下模模腔，实现不同结构的大型筋板类零件的连续局部加载成形；同时可根据所结构及尺寸特征，进行加载道次、加载温度、坯料结构及模具参数设计；通过调整加载方式、加载道次、加载温度、坯料结构等工艺参数，能够有效改善局部加载成形零件的组织性能。

进一步地，所述成形方法在完成步骤五，将所成形的大型筋板件取出后，重复步骤一、步骤四、步骤五，能够实现大型筋板类零件的连续生产，对提高大型结构零件的生产效率具有重要意义。

本发明原理是通过成形装置，在成形过程中改变下模位置，经过多道次连续局部加载，实现大型筋板件的成形。此连续局部加载成形方法在成形的同时可以控制成形件金属流动方向、降低成形载荷，实现使用较小吨位的压力机成形大型结构件。

本发明连续局部加载成形方法及装置可推广至不同结构的大型筋板件成形，结合成形件结构进行设计不同下模模腔，实现不同结构的大型筋板类零件的连续局部加载成形；同时可根据所结构及尺寸特征，进行加载道次、加载温度、坯料结构及模具参数设计；通过调整加载方式、加载道次、加载温度、坯料结构等工艺参数，能够有效改善局部加载成形零件的组织性能，能够有效降低成形载荷，解决大型筋板件成形受挤压机工作台面面积限制、受压力机载荷限制的问题，实现了小型设备对大型筋板类零件的生产。

附图说明

图1为本发明连续局部加载成形过程中模具结构示意图。

图2为本发明连续局部加载成形的大型筋板件。

图3为本发明连续局部加载第一至第四加载道次中模具结构示意图。

图4为本发明连续局部加载成形模具俯视及左视图。

图1中：1-丝杠，2-下模座，3-下模，4-加热棒，5-工件，6-上凸模。

图4中：7-顶出块，8-定位通孔，9-加热棒孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本大明做进一步说明。应当理解，此处所提出的具体实施方式仅用于解释本发明而非限定本发明。

本发明是一种大型筋板件连续局部加载成形方法，同时提供该工艺方法的成形装置。应当指出的是，本发明所述的连续局部加载所成形的大型筋板件结构如图2所示，该筋板件包括腹板上包含4条横筋及13条纵筋；本发明所述连续局部加载成形装置结构如图1所示，所述连续局部加载模具包括与压力机上工作平台连接的上凸模、与挤压机下部工作平台连接的下模具组件；所述的上凸模通过紧固螺栓与压力机上工作台面进行连接；所述下模具组件包括下模、带有丝杠及滑槽结构的下模座、用于模具加热的加热棒；加热棒置于下模上的加热棒槽中，下模通过燕尾槽与下模座进行配合，并通过下模座上丝杠结构与下模座向连接，在成形过程中，下模可通过丝杠调节与下模座发生相对滑动，以此实现工件不同位置的连续局部加载；下模具组件通过紧固螺栓固定与挤压机下工作平台进行连接。

为详细说明本发明大型筋板件成形方法，如图3所示，为连续局部加载过程中第一加载道次至第四加载道次，连续局部加载模具装配关系(此装配关系仅为示例，可根据成形件结构采用不同加载顺序)。本示例中，第一加载道次时，下模与下模座完全重合，每完成一道次加载成形，通过摇动下模座中丝杠调整下模运动至下一加载道次位置，进行下一加载道次加载，最终完全实现整个筋板件的成形。

本发明提出的一种大型筋板件连续局部加载成形方法，包括以下步骤：步骤一：将金属坯料加热至成形温度并保温；

步骤二：根据第一加载道次装配关系，将连续局部加载成形模具进行预组装；所述连续局部加载模具包括与压力机上工作平台连接的上凸模、与挤压机下部工作平台连接的下模具组件；所述的上凸模通过紧固螺栓与压力机上工作台面进行连接；所述下模具组件包括下模、带有丝杠及滑槽结构的下模座、用于模具加热的加热棒；加热棒置于下模上的加热棒槽中，下模通过燕尾槽与下模座进行配合，并通过下模座上丝杠结构与下模座向连接，在成形过程中，下模可通过丝杠调节与下模座发生相对滑动，以此实现工件不同位置的连续局部加载；下模具组件通过紧固螺栓固定与挤压机下工作平台进行连接；

步骤三：模具安装及调试：将预安装好的大型筋板件连续局部加载模具安装至压力机上、下工作台面上，将加热棒电源接通，并设置模具预热温度，对模具进行加热；

步骤四：成形过程：在连续局部加载模具上模下表面及下模模腔中注入润滑剂；将加热好的金属坯料放入下模中；压力机带动上凸模向下运动，实现第一加载道次的加载；第一加载道次加载完成后，压力机上工作台面带动上凸模回程，摇动下模座上丝杠，将下模调整至第二加载道次装配位置；压力机上工作台面带动上凸模向下加载，实现第二加载道次加载；第二加载道次加载完成后，压力机上工作台面带动上凸模回程，摇动下模座上丝杠，将下模调整至第三加载道次装配位置；压力机上工作台面带动上凸模向下加载，实现第三加载道次加载；第三加载道次加载完成后，压力机上工作台面带动上凸模回程，摇动下模座上丝杠，将下模调整至第四加载道次装配位置；压力机上工作台面带动上凸模向下加载，实现第四加载道次加载；

步骤五：成形后处理：压力机上工作台面带动上凸模回程，将成形后大型筋板件由模具中取出。

本发明连续局部加载成形方法完成一个筋板件成形，将所成形件取出后，重复步骤一、步骤四、步骤五，能够实现大型筋板类零件的连续生产，对提高大型结构零件的生产效率具有重要意义。