[发明专利]一种带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置及方法，成形装置包括上模、下模和冲头导向装置，上模包括上模板、固定装置、控制装置及若干个冲头，下模包括凹模、下模板及若干个加热孔，控制装置能够控制若干个冲头对金属坯料独立地进行垂直向加载运动，采用若干个可独立加载行程的冲头对金属坯料交替式地小变形量加载的方法，可以实现对变形区域的金属流动行为的精确调控，还可根据实际构件成形的几何形状需求灵活调整调用的冲头、每道次加载量和加载速率、总变形量等工艺参数。

技术领域

本申请涉及热加工技术领域，特别涉及一种带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置及方法。

背景技术

随着航空航天装备向轻量化、精密化、高性能的方向发展，各种复杂形状构件的应用越来越广泛。采用T型、H型、V型、L型以及纵横交错筋条的薄腹高筋结构(网格加强筋)是实现关键承力构件轻量化的有效途径。

这种薄腹高筋类关键承力结构件在航空航天装备中获得了大量应用，其对成形质量和力学性能要求极高。然而，目前的制造方法难以满足薄腹高筋类构件形性一体化制造的需求。切削加工是制造薄腹高筋构件的主要方法。然而，切削加工导致的残余应力极易导致弱刚性的薄腹高筋结构发生变形，难以满足制造精度需求，且存在加工效率低、材料利用率低等问题；为了解决这一问题，国内外航天航空零件制造厂商对带高筋薄腹构件的制造技术非常重视。为满足服役性能要求，目前，高性能带高筋薄腹构件需采用整体锻造成形，然而，其锻造成形面临难以克服的三大难题：一是由于具有薄壁高筋特征和纵横交错的内筋结构，采用整体加载技术成形薄腹高筋类构件时高筋部位充填阻力大，难以实现精确成形；二是终锻后期大量的金属会由中心向外部流动，金属变形流动方向、流动距离及流动量难以控制，金属的长距离和无序流动会造成筋部充不满、折叠等严重锻造缺陷，特别是在筋部的根部易产生流线紊乱、涡流和流线切断等缺陷，进而导致构件难以实现形性协同控制；三是装置灵活性差，带高筋薄腹构件通常具有较大尺寸和投影面积，其整体锻造成形工艺所需装置用材多、加工量大，导致构件生产成本极高。

因此，亟需一种带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置及方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置及方法，以解决现有技术存在的薄腹高筋类构件难以精确成形，金属变形流动方向距离及流动量难以控制，长距离和无序流动造成的锻造缺陷，装置灵活性差等难题。

本申请的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置，包括上模、下模和冲头导向装置，所述上模、下模和冲头导向装置可装配为呈闭合状的模具；

所述上模包括上模板、固定装置、控制装置及若干个冲头，

所述下模包括凹模、下模板及若干个加热孔；

所述控制装置为能够独立控制若干个所述冲头加载运动的控制装置，使得每个所述冲头可以独立地进行垂直加载运动，所述冲头的一端为导向部分，所述冲头的导向部分与所述固定装置连接，所述固定装置用于固定所述冲头在垂直加载运动时不偏离运动方向。

进一步，所述冲头导向装置预设有若干个通道，用于供若干个所述冲头垂直加载运动。

进一步，所述凹模为具有一定形状的模具型腔，所述凹模的几何形状与预成形构件的几何形状、尺寸相吻合。

进一步，若干个所述加热孔设置于所述凹模上，所述加热孔为能够装配加热装置的孔。

一种应用前述带高筋薄腹构件的梯次离散柔性加载成形装置的成形方法，包括以下步骤：

步骤一：计算并加工所需的金属坯料，