本發(fā)明涉及一種用于帶加強塊的舵翼類構(gòu)件成形的裝置及成型方法，屬于航天產(chǎn)品加工工藝裝備和方法，涉及到塑性加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前舵翼類構(gòu)件的制造工藝如下：鑄造出構(gòu)件骨架毛坯—銑削至設(shè)計尺寸—骨架和蒙皮裝配焊接在一起。運用此工藝制造舵翼類構(gòu)件材料利用率低、重量較重，成本較高。

隨著航天器飛行速度的提高，單位面積載荷增大，氣動加熱嚴(yán)重，促使各種新型空心夾層舵翼的出現(xiàn)。夾層結(jié)構(gòu)是由面板和芯材組成，按不同的芯材可分為加強肋夾層結(jié)構(gòu)和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，目前常用的是加強肋結(jié)構(gòu)，加強肋為輻射框架類，蒙皮為等厚度鈦合金板模壓成形。

超塑成形/擴散連接組合工藝是實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)最合適的方法之一，其具有剛度大、承載穩(wěn)定性高、外形精度高、結(jié)構(gòu)重量小以及良好的能量吸收和疲勞性能等優(yōu)點。但與常規(guī)多層板結(jié)構(gòu)件相比，四層鈦合金空心夾層舵翼類構(gòu)件由于增加了加強塊，傳統(tǒng)利用一個裝置成形的方式已不適合此類構(gòu)件制造，需要設(shè)計一種新的高效成形裝置和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于帶加強塊的舵翼類構(gòu)件成形的裝置及成型方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供了一種用于帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)件成形的裝置，其包括：

用于上蒙皮成型的上蒙皮成型部件，

用于下蒙皮成型的下蒙皮成型部件，和

用于構(gòu)件成型的構(gòu)件成型模；

所述上蒙皮成型部件由上蒙皮上模和上蒙皮下模組成，所述下蒙皮成型部件由下蒙皮上模和下蒙皮下模組成，所述構(gòu)件成型模由一個上凹模和一個下凹模組成，所述上蒙皮上模由一個中凸模和一個所述上凹模組成，所述上蒙皮下模為一個所述下凹模，所述下蒙皮上模有一個所述下凹模和一個所述中凸模組成，所述下蒙皮下模為一個所述上凹模。

作為優(yōu)選方案，所述上凹模包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的內(nèi)槽、密封凸埂、凹槽和外邊框，所述外邊框兩個對邊上分別設(shè)有導(dǎo)向支耳，外邊框的另外兩個對邊上分別設(shè)有壓邊塊，具有導(dǎo)向支耳的兩個外邊框的對邊上分別設(shè)有進(jìn)氣槽。

作為優(yōu)選方案，所述外邊框的四個頂點分別設(shè)有連接孔。

作為優(yōu)選方案，所述外邊框上還設(shè)有擋料銷孔。

作為優(yōu)選方案，所述下凹模也包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的內(nèi)槽、密封凸埂、凹槽和外邊框，所述外邊框兩個對邊上分別設(shè)有導(dǎo)向支耳，外邊框的另外兩個對邊上分別設(shè)有壓邊塊，具有導(dǎo)向支耳的兩個外邊框的對邊上分別設(shè)有進(jìn)氣槽。

上凹模和下凹模在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于：密封凸梗和凹槽的相對距離不同，上凹模中，密封凸梗和凹槽的相對距離可依照具體工藝補充邊寬度確定，不宜過小，本發(fā)明中為35mm；下凹模中，密封凸梗和凹槽的相對距離則是25mm。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于前述的裝置的帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)件的成型方法，其包括如下步驟：

S1：分別成型上蒙皮和下蒙皮；

S2：將加強塊夾設(shè)于所述上蒙皮和下蒙皮之間，依次進(jìn)行定位焊接和熱成形，得到所述帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)件。

作為優(yōu)選方案，所述上蒙皮的成型方法包括如下操作：

分別將上蒙皮上模和上蒙皮下模固定于熱壓機的上臺面和下臺面，進(jìn)行上蒙皮的成型。

作為優(yōu)選方案，所述下蒙皮的成型方法包括如下操作：

分別將下蒙皮上模和下蒙皮下模固定于熱壓機的上臺面和下臺面，進(jìn)行下蒙皮的成型。

作為優(yōu)選方案，步驟S2具體包括如下操作：

將上蒙皮、下蒙皮和加強塊一同放入上凹模和下凹模之間，在具有氣源自動加載功能的熱壓機或真空超塑/擴散連接設(shè)備上進(jìn)行成形。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于前述的裝置的帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)建的成型方法，其包括如下步驟：

S1：分別成型上蒙皮和下蒙皮；

S2：將加強塊夾設(shè)于所述上蒙皮和下蒙皮之間，依次進(jìn)行定位焊接和熱成形，得到所述帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)件。

作為優(yōu)選方案，所述上蒙皮的成型方法包括如下操作：

分別將上蒙皮上模和上蒙皮下模固定于熱壓機的上臺面和下臺面，進(jìn)行上蒙皮的成型。

作為優(yōu)選方案，所述下蒙皮的成型方法包括如下操作：

分別將下蒙皮上模和下蒙皮下模固定于熱壓機的上臺面和下臺面，進(jìn)行下蒙皮的成型。

作為優(yōu)選方案，步驟S2具體包括如下操作：

將上蒙皮、下蒙皮和加強塊一同放入上凹模和下凹模之間，在具有氣源自動加載功能的熱壓機或真空超塑/擴散連接設(shè)備上進(jìn)行成形。

換言之，本發(fā)明的用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置，包括三個部分，上凹模、中凸模和下凹模。其中，中凸模和下凹模通過耐高溫緊固螺栓固定，與上凹模組合使用，用于成形上蒙皮；中凸模和上凹模通過緊固螺栓固定，與下凹模組合使用，用于成形下蒙皮；上凹模和下凹模組合使用，用于超塑成形/擴散連接成形鈦合金四層板空心夾層舵翼類結(jié)構(gòu)件。

在上述的一種成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置中：所述的上凹模在零件工藝補充邊處有一圈密封凸埂，用于超塑成形時保持板料間的良好密封性。由于四層板料周邊封焊后會稍高于板料平面，為此密封凸埂外側(cè)還設(shè)計一圈凹槽，以防止封焊區(qū)域在高溫大壓力下被壓潰。在凹槽外側(cè)設(shè)計三個擋料銷孔，用于成形蒙皮時板料定位用。

在上述的一種成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置中：所述的中凸模在兩面均有與所述的上、下凹模相對應(yīng)的凸型面。同時，在型面外側(cè)均有與凹模的密封凸埂相對應(yīng)的凹槽，以防止在成形蒙皮時，密封凸埂壓潰型面。

在上述的一種成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置中：所述的下凹模設(shè)計點與上凹模類似，不同點在于兩個型面是面對稱以及密封凸埂間距10mm。

向熱壓機內(nèi)引入幾根小直徑不銹鋼管，即可實現(xiàn)帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)件的成型工藝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

為帶加強塊的空心夾層舵翼類零件成形提供一種高效可行的工藝方法，同時與傳統(tǒng)超塑成形/擴散連接工藝相比，可將工藝裝備由三套減少為一套。在明顯降低成本和工裝轉(zhuǎn)換時間外，還可減少累積誤差。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置的上凹模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置的中凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件的裝置的下凹模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件上蒙皮的裝置狀態(tài)簡圖；

圖5為用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件下蒙皮的裝置狀態(tài)簡圖；

圖6為用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件超塑成形/擴散連接的裝置狀態(tài)簡圖。

圖中：11、導(dǎo)向支耳；12、進(jìn)氣槽；13、密封凸埂；14、凹槽；15、壓邊塊；16、擋料銷孔；17、連接孔；18、內(nèi)槽；19、外邊框。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明中的具有氣源自動加載功能的熱壓機或真空超塑/擴散連接設(shè)備可選擇SHP800-200A型熱壓機(北京智創(chuàng)聯(lián)合科技股份有限公司)外部增加一個氣源自動加載系統(tǒng)模塊，其具有獨立的工控機、相應(yīng)的控制軟件、實時測量反饋元器件和執(zhí)行單元。

如圖1～6所示，本發(fā)明提供的一種用于帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)件成形的裝置包括：

用于上蒙皮成型的上蒙皮成型部件，

用于下蒙皮成型的下蒙皮成型部件，和

用于構(gòu)件成型的構(gòu)件成型模；

所述上蒙皮成型部件由上蒙皮上模和上蒙皮下模組成，所述下蒙皮成型部件由下蒙皮上模和下蒙皮下模組成，所述構(gòu)件成型模由一個上凹模和一個下凹模組成，所述上蒙皮上模由一個中凸模和一個所述上凹模組成，所述上蒙皮下模為一個所述下凹模，所述下蒙皮上模由一個所述下凹模和一個所述中凸模組成，所述下蒙皮下模為一個所述上凹模。

所述上凹模包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的內(nèi)槽18、密封凸埂13、凹槽14和外邊框19，外邊框19的兩個對邊上各設(shè)有一個導(dǎo)向支耳11，外邊框19的另外兩個對邊上各設(shè)有一個壓邊塊15，不具有導(dǎo)向支耳的外邊框19兩個對邊上各設(shè)有一個進(jìn)氣槽12。

所述外邊框的四個頂點分別設(shè)有連接孔17。

所述外邊框上還設(shè)有擋料銷孔16。

所述下凹模也包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的內(nèi)槽、密封凸埂、凹槽和外邊框，所述外邊框兩個對邊上分別設(shè)有導(dǎo)向支耳，外邊框的另外兩個對邊上分別設(shè)有壓邊塊，具有導(dǎo)向支耳的兩個外邊框的對邊上分別設(shè)有進(jìn)氣槽。

上凹模和下凹模在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于：密封凸梗和凹槽的相對距離不同，上凹模中，密封凸梗和凹槽的相對距離可依照具體工藝補充邊寬度確定，不宜過小，本發(fā)明中為35mm；下凹模中，密封凸梗和凹槽的相對距離則是25mm。

本發(fā)明提供的一種基于前述的裝置的帶加強塊的空心夾層舵翼類構(gòu)建的成型方法，其包括如下步驟：

步驟1：如圖4所示，用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件上蒙皮的裝置狀態(tài)簡圖。圖1上凹模作為成形上蒙皮的下模，與帶加熱功能的壓機下平面通過壓邊塊15進(jìn)行固定；圖2中凸模和圖3下凹模通過耐高溫緊固件相連，作為成形上蒙皮的上模，與帶加熱功能的壓機上平面通過壓邊塊15進(jìn)行固定，穿過連接孔17；兩個模具的定位通過導(dǎo)向支耳11進(jìn)行定位；在高溫和機床機械壓力下成形鈦合金上蒙皮。

步驟2：如圖5所示，用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件下蒙皮的裝置狀態(tài)簡圖。圖3下凹模作為成形下蒙皮的下模，與帶加熱功能的壓機下平面通過壓邊塊15進(jìn)行固定；圖2中凸模和圖1上凹模通過耐高溫緊固件相連，作為成形下蒙皮的上模，與帶加熱功能的壓機上平面通過壓邊塊15進(jìn)行固定，穿過連接孔17；兩個模具的定位通過導(dǎo)向支耳11進(jìn)行定位；在高溫和機床機械壓力下成形鈦合金下蒙皮。

步驟3：如圖6所示，用于成形帶加強塊空心夾層舵翼類構(gòu)件超塑成形/擴散連接的裝置狀態(tài)簡圖。圖3下凹模作為下模，與帶加熱功能的壓機下平面通過壓邊塊15進(jìn)行固定；圖1上凹模作為成形下蒙皮的上模，與帶加熱功能的壓機上平面通過壓邊塊15進(jìn)行固定；兩個模具的定位通過導(dǎo)向支耳11進(jìn)行定位；在高溫、惰性氣體和機床機械壓力下超塑成形/擴散連接鈦合金舵翼類構(gòu)件。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。