【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密热成形加工，尤其涉及一种直锥复合筒一体成型模具及其成型方法。
技术介绍
1、航空航天零部件日益向复杂化方向发展，直锥复合钛筒作为一种典型的构件广泛用在航空航天飞行器上。
2、目前，直锥复合钛筒因其直径变化规律不同，无法进行直接胀形；传统工艺是将产品分别经收口胀形、扩口胀形及整体胀形。但是传统工艺方法有几点不足:首先，工序复杂，加工周期长；其次，需要工装较多，工装成本高；再次，加工困难，胀形一个产品需要三道次热胀形，每次热胀形均需要进行模具装夹及定位，对于基准传递及操作过程都提出了较高要求；最后，产品型面精度差，传统工艺产品需要经过收口、扩口及整体胀形三道次工序，每道工序均存在胀形误差，经三道工序的误差累积，最终产品型面精度误差较大。
3、为解决现有技术的不足，需要提供一种新的直锥复合筒的成型模具及方法，不仅能简化成型工序，缩短加工周期，降低成本和加工难度，而且能提高产品型面精度。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种直锥复合筒一体成型模具及其成型方法，用以解决现有直锥复合筒传统工艺工序复杂、周期长、加工难度大、产品精度差、成本高的问题中的至少一个。
2、第一方面，本专利技术实施例提供了一种直锥复合筒一体成型模具，所述模具包括从下到上依次刚性连接的底座、胀形胎芯、压紧板、以及由下到上套设在所述胀形胎芯上的收口模和垫块抱环；
3、所述胀形胎芯包括位于中间的圆锥段，以及分别位于两端的大直径圆柱段和
4、所述收口模具有圆柱形内腔，套设在所述胀形胎芯上，用于与所述胀形胎芯的大直径圆柱段配合实现所述坯料的收口，形成直锥复合筒的大直径直筒段；
5、所述垫块抱环包括上底环面、下底环面以及位于中间的支撑柱，用于向所述收口模传递外界压力实现坯料的收口。
6、进一步的，所述胀形胎芯的大直径端与所述底座螺纹连接，小直径端与所述压紧板螺纹连接。
7、进一步的，坯料成型前，套设在所述胀形胎芯上的所述收口模的内径小于整锥筒坯料待收口端的外径，使得所述收口模与所述底座不接触。
8、进一步的，坯料成型中，所述收口模在外界压力作用下向下移动，与所述底座接触，与所述胀形胎芯的大直径圆柱段配合实现所述坯料的收口，形成直锥复合筒的大直径直筒段。
9、进一步的，所述胀形胎芯的热膨胀系数大于所述直锥复合筒的热膨胀系数。
10、进一步的，所述直锥复合筒的材料为ta15、tc4或铝合金；
11、进一步的，所述胀形胎芯的材料选自不锈钢、碳素钢、锻模钢、中硅钼球墨铸铁、耐热合金钢、陶瓷材料中的一种；
12、进一步的，所述模具其他部分的材料为不锈钢、碳素钢、锻模钢、中硅钼球墨铸铁、耐热合金钢中的一种。
13、进一步的，所述胀形胎芯的尺寸满足：
14、l胎芯＝l胎芯0(1+α胎芯·δt) (1)
15、l胎芯0＝ r零件0*(1+α零件·δt)/(1+α胎芯·δt) (2)
16、其中，l胎芯0—室温下胀形胎芯的外径；
17、l胎芯—热成型温度下胀形胎芯的外径；
18、α胎芯—胀形胎芯线膨胀系数；
19、δt—热成型温度与室温之差；
20、r零件0—室温下直锥复合筒的内径；
21、α零件—直锥复合筒线膨胀系数。
22、进一步的，所述收口模的尺寸满足：
23、r收口模＝r收口模0(1+α收口模·δt) (3)
24、r收口模0＝ l零件0*(1+α零件·δt)/(1+α收口模·δt) (4)
25、其中，r收口模0—室温下收口模的内径；
26、r收口模—热成型温度下收口模的内径；
27、α收口模—收口模线膨胀系数；
28、δt—热成型温度与室温之差；
29、l零件0—室温下直锥复合筒的外径；
30、α零件—直锥复合筒线膨胀系数。
31、第二方面，本专利技术实施例提供了一种直锥复合筒一体成型的方法，所述方法上述的模具，具体包括：
32、(1)建立直锥复合筒三维模型，根据其在软件中的展开料尺寸进行下料、圈圆和焊接，得到整锥筒坯料；
33、(2)将所述整锥筒坯料套装在所述模具的胀形胎心上，装配模具；
34、(3)对步骤(2)装配完的模具进行升温，对所述垫块抱环施压，并保持；
35、(4)将所述模具进行降温，脱模，得到所述直锥复合筒。
36、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
37、1、本专利技术模具包括从下到上依次刚性连接的底座、胀形胎芯、压紧板、以及由下到上套设在所述胀形胎芯上的收口模和垫块抱环，通过模具各部件之间的协同配合，即可实现直锥复合筒收口、扩口及胀形一体成型工序；与现有直锥复合筒的传统制备方法相比，本专利技术模具简化了直锥复合筒的加工工序，将工序道次由3道减少为1道，缩短三分之二的加工周期；工装数量由3套减少为1套，工装成分节约一半以上；装夹一次就可以实现收口、扩口、胀形工序，降低操作难度，降低加工难度和成本；同时，避免了多道次工序的误差累积现象，提高产品型面精度。
38、2、本专利技术在坯料成型前，套设在所述胀形胎芯上的所述收口模的内径小于整锥筒坯料待收口端的外径，使得所述收口模与所述底座不接触；坯料成型中，所述收口模在外界压力作用下向下移动，与所述底座接触，与所述胀形胎芯的大直径圆柱段配合实现所述坯料的收口，形成直锥复合筒的大直径直筒段。
39、3、本专利技术模具通过所述收口模与所述胀形胎芯的大直径圆柱段之间的相互配合，实现直锥复合筒零件的收口；通过所述胀形胎芯的圆锥段实现复合筒的胀形；通过所述胀形胎芯的小直径实现复合筒的扩口，且在成型温度下零件与模具完全贴合；所以，模具尺寸由待生产的直锥复合筒零件的尺寸决定。
40、其中，可根据直锥复合筒的线膨胀系数及其室温下的内径、胀形胎芯的线膨胀系数、以及热成型温度与室温之差，设计所述胀形胎芯的尺寸；根据直锥复合筒的线膨胀系数及其室温下的外径、收口模的线膨胀系数、以及热成型温度与室温之差，设计所述收口模的尺寸，以保证直锥复合筒的成型精度。
41、4、本专利技术构成所述胀形胎芯材料的热膨胀系数大于待加工直锥复合筒材料的热膨胀系数，利用热膨胀系数较大的模具对整锥筒坯料进行热成型时，不仅达到较好的成型效果，而且在成型冷却后容易脱模；构成本专利技术所述胀形胎芯的材料可以为不锈钢。
42、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直锥复合筒一体成型模具，其特征在于，所述模具包括从下到上依次刚性连接的底座、胀形胎芯、压紧板、以及由下到上套设在所述胀形胎芯上的收口模和垫块抱环；
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述胀形胎芯的大直径端与所述底座螺纹连接，小直径端与所述压紧板螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，坯料成型前，套设在所述胀形胎芯上的所述收口模的内径小于整锥筒坯料待收口端的外径，使得所述收口模与所述底座不接触。
4.根据权利要求3所述的模具，其特征在于，坯料成型中，所述收口模在外界压力作用下向下移动，与所述底座接触，与所述胀形胎芯的大直径圆柱段配合实现所述坯料的收口，形成直锥复合筒的大直径直筒段。
5.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述胀形胎芯的热膨胀系数大于所述直锥复合筒的热膨胀系数。
6.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述直锥复合筒的材料为TA15、TC4或铝合金。
7.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述胀形胎芯的材料选自不锈钢、碳素钢、锻模钢、中硅钼球墨铸铁、耐热合金
8.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述胀形胎芯的尺寸满足：
9.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述收口模的尺寸满足：
10.一种直锥复合筒一体成型的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-8任一项所述的模具，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种直锥复合筒一体成型模具，其特征在于，所述模具包括从下到上依次刚性连接的底座、胀形胎芯、压紧板、以及由下到上套设在所述胀形胎芯上的收口模和垫块抱环；
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述胀形胎芯的大直径端与所述底座螺纹连接，小直径端与所述压紧板螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，坯料成型前，套设在所述胀形胎芯上的所述收口模的内径小于整锥筒坯料待收口端的外径，使得所述收口模与所述底座不接触。
4.根据权利要求3所述的模具，其特征在于，坯料成型中，所述收口模在外界压力作用下向下移动，与所述底座接触，与所述胀形胎芯的大直径圆柱段配合实现所述坯料的收口，形成直锥复合筒的大直径直...
【专利技术属性】
技术研发人员：周蕾蕾，李妍华，刘奇，秦中环，王政杰，李保永，周鹏，韩冰，张天麟，吴利明，高慧，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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