[發明專利]一種飛機上椽條板筋件熱鍛成形模具

有效

• 申請號: 201510517145.3
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105057536B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 周杰;趙天生;周俊峰;曾慶華;馬鵬程;吳道祥
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B21J13/02
• 分類號: B21J13/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明屬于板筋類鍛件鍛造成形技術領域，具體涉及一種飛機上椽條板筋件熱鍛成形模具。

背景技術

隨著對零件輕量化、長壽命等指標的要求越來越高，在現代的結構設計，尤其是飛機等航天器的結構設計中大量采用整體結構，它的采用大大減少了機體零件數目，減少了裝配工作量，使機體制造質量顯著提高。板筋件是飛機、火箭、導彈等裝備上大量應用的結構件，為了滿足減重的需要，這類構件通常被設計成薄腹板并帶有網格的內筋結構，但這種薄腹高筋結構給構件的加工帶來很大困難，在實際生產過程中，許多T字形板筋件或類似結構的鍛件常會遇到筋部填充不滿的問題，直接后果是鍛件質量達不到標準，制備的板筋件無法應用在裝備上。

目前，大飛機上椽條的生產大都采用模鍛成形，然后再進行后續機加工，但在實際生產過程中，對于上瞻條這種T字型板筋件經常遇到筋部填充不滿的問題，直接后果就是鍛件質量達不到標準要求；為了解決板筋件筋部填充不滿的技術問題，現有方法通常是增大筋部圓角或增大拔模斜度以減少筋部填充阻力，這些方法雖能一定程度上解決筋部填充不滿的問題，但是也帶來了會增大后續機加余量，同時提高生產成本的問題，而具有一定的缺陷。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明要解決的技術問題是：怎樣提供一種飛機上椽條板筋件熱鍛成形模具，用以提高飛機上椽條的質量，解決飛機上椽條板筋件模鍛成形時筋部填充不滿、材料利用率低、后續機械加工余量大、甚至鍛件質量不達要求的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種飛機上椽條板筋件熱鍛成形模具，包括上模和下模，所述下模的合模面上設置有下型腔，合模后所述上模的下端面和下模的上端面之間形成與所述飛機上椽條板筋件形狀相匹配的鍛造型腔，所述下型腔的底面設有一條在長度方向上貫通的筋槽，所述筋槽與所述飛機上椽條板筋件的凸出部分形狀相匹配；所述筋槽將下型腔的底面在寬度方向上分為兩部分，在下型腔的底面寬度方向上的兩部分分別沿長度方向設有若干阻力槽；所述阻力槽用于阻礙板筋件成形過程中金屬坯料向所述下型腔長度方向兩端流動。這樣，可以控制金屬的變形流動方向，阻礙板筋件成形過程中金屬坯料大量朝下型腔長度方向的兩端流動，使金屬坯料向著需要填充的型腔方向流動，從而生產出質量合格的板筋件。

作為優化，每一條所述阻力槽的一端與所述筋槽的邊緣交接，另一端與相鄰的側壁交接。這樣，可以有效增大筋槽兩邊金屬在成型過程中向下型腔長度方向流動的阻力，而在寬度方向兩邊是模具壁，這樣可以綜合約束材料向中間筋槽填充。

作為又一優化，每一條所述阻力槽遠離所述筋槽方向的一端向所述下型腔的底面長度方向上的中心傾斜，且每一條所述阻力槽與所述筋槽邊緣形成相同夾角。這樣使得阻力槽組合形狀為魚骨狀，可以在成形過程中引導金屬向中心筋槽部位流動。

作為另一優化，所述夾角為60~70°。借助有限元模擬技術當阻力槽角度在60~70°度時，鍛件筋槽部位的填充性最好，填充長度也最大，在實際生產中也得到驗證。

作為再一優化，所述下型腔的底面長度方向上的任意一端與相鄰的所述阻力槽之間的距離為100mm。由于此鍛件類似鐓粗式成形，起初將坯料放入模具中間，在成形過程中下模兩端分別距離最近阻力槽的區域對金屬的阻力很小，越靠近模具中心部位對金屬的阻力越大。

作為進一步優化，所述阻力槽在所述下型腔的底面長度方向上對稱布置且對稱方向中間的間隔距離為2/3L；其中，L為型腔的長度。由于越靠近模具中心對金屬的流動阻力越大，鍛件中間部位的筋槽很容易填充滿，通過有限元模擬得出，當中間間隔距離為2/3L時，中間筋槽的填充長度最長。

作為進一步優化，每一條所述阻力槽的寬度相等；且相鄰的兩條所述阻力槽之間的間距相等。這樣使筋部填充效果更好，且便于機械加工，降低加工成本。

作為又進一步優化，所述阻力槽的寬度為10mm；兩條所述阻力槽之間的間距為40mm。設置阻力槽是為了阻礙金屬向下型腔長度方向流動，阻力槽過寬，阻力槽間間距過小不僅對增加筋部的填充長度作用小，而且對鍛件表面質量有很大的影響，有限元模擬結合實際生產驗證，設置這樣的阻力槽寬度和間距效果最好。

作為再進一步優化，每一條所述阻力槽的深度為1mm。這樣可以避免阻力槽太深將導致生產的板筋件有許多凸起，增加了后續機加工量，并且對增加鍛件筋部的填充效果不明顯的問題。

作為更進一步優化，所述上模和下模均采用Cr-Ni-Mo系模具鋼。這樣，可以保證熱鍛模的模具在成形過程中與坯料接觸時，具有較高的熱硬性和耐磨性。