一种航天用超大规格型材拉伸矫直设备及填充件论文和设计-敖尚龙

全文摘要

本申请公开了一种航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，用于具有凹槽和斜角矩形孔的型材中，包括可填充在凹槽中的垫块和可填充在斜角矩形孔中的芯棒，垫块的宽度大于芯棒的宽度，芯棒的宽度小于斜角矩形孔宽度的一半，芯棒在高度方向上的投影全部位于垫块的投影内部。本申请所提供的填充件，通过采用垫块和芯棒，使其与型材足够有效地匹配，改善型材在被钳板夹持时的截面受力状况，使型材在拉伸过程中受力更均匀，尽可能减少或消除淬火导致的弯曲、扭拧等外形缺陷，并使型材能获得更大的拉伸率选择范围以有效消除淬火残余应力和控制型材截面尺寸精度。本申请还公开了一种包括上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的拉伸矫直设备。

主设计要求

1.一种航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，用于具有凹槽(14)和斜角矩形孔(15)的型材(1)中，其特征在于，包括可填充在所述凹槽(14)中的垫块(2)和可填充在所述斜角矩形孔(15)中的芯棒(3)，所述垫块(2)的宽度大于所述芯棒(3)的宽度，所述芯棒(3)的宽度小于所述斜角矩形孔(15)宽度的一半，所述芯棒(3)在高度方向上的投影全部位于所述垫块(2)的投影内部。

设计方案

2.根据权利要求1所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述芯棒(3)包括位于所述型材(1)外部的大头段和可插入至所述斜角矩形孔(15)内部的小头段，所述大头段上设有凸台(31)以在所述大头段与所述小头段之间形成止口(32)。

3.根据权利要求2所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述小头段沿高度方向的两侧面为平面以供夹持受力，所述小头段的端部沿高度方向的两侧面均设有斜面(35)。

4.根据权利要求2所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述芯棒(3)沿宽度方向的两侧面均设有沿其长度方向延伸的减重槽(33)，所述芯棒(3)的大头段上设有沿其宽度方向贯穿的减重孔(34)。

5.根据权利要求2所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述芯棒(3)的小头段的高度比所述斜角矩形孔(15)的高度小0.5-4mm。

6.根据权利要求2所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述垫块(2)的长度为300-500mm，所述芯棒(3)的大头段长度为80-120mm，小头段长度为300-400mm。

7.根据权利要求1所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述垫块(2)为铝合金垫块，所述芯棒(3)为铝合金芯棒。

8.根据权利要求1所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述垫块(2)的横截面呈矩形，所述垫块(2)的高度比所述凹槽(14)的高度小0.5-2.5mm，所述垫块(2)的宽度比所述芯棒(3)的宽度大至少20mm。

9.一种拉伸矫直设备(4)，包括航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，其特征在于，所述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件为权利要求1至8任意一项所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件。

10.根据权利要求9所述的拉伸矫直设备(4)，其特征在于，还包括用于夹紧所述型材(1)的上钳板(43)和下钳板(44)，以及用于拉伸所述型材(1)的前拉伸头(41)和后拉伸头(42)，并且，所述上钳板(43)和所述下钳板(44)位置相对的一侧均设有铣削加工而成的齿。

设计说明书

技术领域

本申请涉及拉伸矫直设备领域，特别是涉及一种航天用超大规格型材拉伸矫直填充件。此外，本申请还涉及一种包括上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的拉伸矫直设备。

背景技术

国防建设特殊用途用超大规格铝型材，定尺长度达8-10米，基于功能需要，其形位尺寸精度要求极高，要求上下弯每米不超过0.3mm，全长不超过3mm，扭拧度不超过2mm，侧向弯曲度要求全长不超过1.5mm，远大于GB\/T14846《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》的超高精级要求。

如图1所示，为产品规格EL4884的航天用超高精型材的截面形状，EL4884为具有大尺寸封闭型腔的厚壁型材，合金状态为6061T6。由于制品较长、外形尺寸大，淬火后制品变形较大，淬火残余应力大，需要对制品进行拉伸矫直，消除上下弯、侧弯、扭拧等变形缺陷及降低或消除淬火残余应力。但是，现有的拉伸矫直机通过拉伸头的上、下钳板直接夹持型材毛坯进行拉伸，拉伸时发生夹头断裂、打滑而致不能有效开展拉伸矫直操作，或致型材塌腔，或致型材弯曲、扭形等形位缺陷不能改善或消除，使产品不能满足技术标准的要求。

对于超大规格型材，其所需垫块或芯棒往往截面尺寸大，重量大，人力搬运困难，装配稳定性差，导致装卸效率低，严重影响生产时间节拍，造成型材因得不到及时拉伸矫直而出现淬火残余应力不能得到有效消除，外形缺陷得不到有效矫正。因此，设计人员应尽可能使拉伸垫块或芯棒轻量化。

对于具有凹槽的型材，型材内部具有斜角矩形孔，如前所述，不能采取上、下钳板直接夹持的方式进行拉伸矫直。一般的，在凹槽处放置与其尺寸完全或基本匹配的全尺寸垫块，在斜角矩形孔放入与其尺寸完全或基本匹配的全尺寸芯棒，以使型材毛坯件在钳板的夹持下，上横梁、下横梁能与垫块和芯棒有更大的贴合面，增大受力面积。垫块和芯棒的材料及其强度、垫块和芯棒的高度、宽度的选择十分关键。如果垫块或芯棒的强度过高，可能会导致垫块或芯棒与上横梁和下横梁的贴合面摩擦力过小致该贴合面打滑；强度过低，垫块或芯棒在上、下钳板的挟持下易产生变形。垫块或芯棒的厚度过大会导致型材毛坯件的左右侧梁受力不佳，过小会致钳板对凹槽垫块不能形成有交效夹持而导致上横梁、下横梁受力不佳，两者均会导致截面上的受力不均匀，从而影响拉伸矫直效果。

具体的，本型材的凹槽，宽度、高度分别为394mm、60mm，垫块材料以铝合金为例，全尺寸匹配垫块的每米重量约为65Kg；型材的斜角矩形孔的宽、高分别为157mm、394mm，全尺寸匹配垫块的每米重量约为170Kg\/m，很容易理解地,即使垫块或芯棒长度控制在400－500mm范围，该垫块或芯棒也不适合人工搬运或频繁搬运。如前所述，当使用龙门吊等机械装置吊运装配时，将会大幅度降低装配的稳定性、准确性和生产效率。

综上所述，如何提升超大规格空心型材拉伸矫直后的直线度，以减小扭拧度、弯曲度等外形缺陷，并最大限度消除淬火残余应力，减少操作人员劳动强度，提高型材综合性能是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

申请内容

本申请的目的是提供一种航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，该航天用超大规格型材拉伸矫直填充件通过采用尺寸严格控制的专用的垫块和芯棒，使其与型材足够有效地匹配，改善型材在被钳板夹持时的截面受力状况，使型材在拉伸过程中受力更均匀，尽可能减少或消除淬火导致的弯曲、扭拧等外形缺陷，并使型材能获得更大的拉伸率选择范围以有效消除淬火残余应力和控制型材截面尺寸精度。本申请的另一目的是提供一种包括上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的拉伸矫直设备。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，用于具有凹槽和斜角矩形孔的型材中，包括可填充在所述凹槽中的垫块和可填充在所述斜角矩形孔中的芯棒，所述垫块的宽度大于所述芯棒的宽度，所述芯棒的宽度小于所述斜角矩形孔宽度的一半，所述芯棒在高度方向上的投影全部位于所述垫块的投影内部。

优选的，所述芯棒包括位于所述型材外部的大头段和可插入至所述斜角矩形孔内部的小头段，所述大头段上设有凸台以在所述大头段与所述小头段之间形成止口。

优选的，所述小头段沿高度方向的两侧面为平面以供夹持受力，所述小头段的端部沿高度方向的两侧面均设有斜面。

优选的，所述芯棒沿宽度方向的两侧面均设有沿其长度方向延伸的减重槽，所述芯棒的大头段上设有沿其宽度方向贯穿的减重孔。

优选的，所述芯棒的小头段的高度比所述斜角矩形孔的高度小0.5-4mm。

优选的，所述垫块的长度为300-500mm，所述芯棒的大头段长度为80-120mm，小头段长度为300-400mm。

优选的，所述垫块为铝合金垫块，所述芯棒为铝合金芯棒。

优选的，所述垫块的横截面呈矩形，所述垫块的高度比所述凹槽的高度小0.5-2.5mm，所述垫块的宽度比所述芯棒的宽度大至少20mm。

本申请还提供一种拉伸矫直设备，包括上述任意一项所述的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件。

优选的，还包括用于夹紧所述型材的上钳板和下钳板，以及用于拉伸所述型材的前拉伸头和后拉伸头，并且，所述上钳板和所述下钳板位置相对的一侧均设有铣削加工而成的齿。

本申请所提供的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，用于具有凹槽和斜角矩形孔的型材中，包括可填充在所述凹槽中的垫块和可填充在所述斜角矩形孔中的芯棒，所述垫块的宽度大于所述芯棒的宽度，所述芯棒的宽度小于所述斜角矩形孔宽度的一半，所述芯棒在高度方向上的投影全部位于所述垫块的投影内部。该填充件，通过采用垫块和芯棒，使其与型材足够有效地匹配，改善型材在被钳板夹持时的截面受力状况，使型材在拉伸过程中受力更均匀，尽可能减少或消除淬火导致的弯曲、扭拧等外形缺陷，并使型材能获得更大的拉伸率选择范围以有效消除淬火残余应力和控制型材截面尺寸精度；同时，通过将垫块和芯棒进行了轻量化设计，以满足人工操作的便捷性，装卸操作的稳定性、准确性，确保有效维持批量化生产下拉伸矫直的时间节拍，实现拉伸矫直功能并达到矫直目的。

本申请所提供的拉伸矫直设备设有上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，由于所述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件具有上述技术效果，因此，设有该航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的拉伸矫直设备也应当具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的航天用超大规格型材一种具体实施方式的横截面示意图；

图2为本申请所提供的航天用超大规格型材夹持部分的截面示意图；

图3为本申请所提供的航天用超大规格型材填充件的芯棒结构示意图；

图4本申请所提供的航天用超大规格型材拉伸矫直设备一种具体实施方式的结构示意图；

其中：型材1、上横梁11、下横梁12、侧纵梁13、凹槽14、斜角矩形孔15；垫块2；芯棒3、凸台31、止口32、减重槽33、减重孔34、斜面35；拉伸矫直设备4、前拉伸头41、后拉伸头42、上钳板43、下钳板44。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，该航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，能够使型材在拉伸过程中受力更均匀，尽可能减少或消除淬火导致的弯曲、扭拧等外形缺陷，有效消除淬火残余应力和控制型材截面尺寸精度。本申请的另一核心是提供一种包括上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的拉伸矫直设备。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1至图4，图1为本申请所提供的航天用超大规格型材一种具体实施方式的结构示意图；图2为本申请所提供的航天用超大规格型材夹持部分的截面示意图；图3为本申请所提供的航天用超大规格型材填充件的芯棒结构示意图；图4本申请所提供的航天用超大规格型材拉伸矫直设备一种具体实施方式的结构示意图。

在该实施方式中，航天用超大规格型材拉伸矫直填充件，用于具有凹槽14和斜角矩形孔15的型材1中，具体的，型材1毛坯由10000吨及以上重型挤压机挤压成形，本实例由12500吨挤压机挤压成形。型材1合金为6061，通过淬火、时效后，其最终热处理状态为T6，本申请所指拉伸矫直作业在淬火后、时效前进行；型材1设有上横梁11、下横梁12、侧纵梁13，侧纵梁13与上横梁11间形成矩形凹槽14，矩形槽的宽度394mm，高度60mm；上横梁11、下横梁12与侧纵梁13形成矩形孔，矩形孔的宽度394mm，高度157mm；矩形孔的左、右下角为斜面35，形成斜角矩形孔15。

该填充件包括可填充在凹槽14中的垫块2和可填充在斜角矩形孔15中的芯棒3。

具体的，垫块2的宽度大于芯棒3的宽度，芯棒3的宽度小于斜角矩形孔15宽度的一半，芯棒3在高度方向上的投影全部位于垫块2的投影内部。优选的，垫块2放置于铝型材1毛坯位于上钳板43和下钳板44对型材1毛坯的夹持段的凹槽14内，垫块2与凹槽14在截面上的中垂线尽量重合。芯棒3长度方向上的一部分从型材1毛坯的端头放入型材1毛坯的斜角矩形孔15内，两者截面上的中垂线尽量重合。芯棒3放入的部分应位于上钳板43和下钳板44对型材1毛坯的夹持段内。

该填充件，通过采用垫块2和芯棒3，使其与型材1足够有效地匹配，改善型材1在被钳板夹持时的截面受力状况，使型材1在拉伸过程中受力更均匀，尽可能减少或消除淬火导致的弯曲、扭拧等外形缺陷，并使型材1能获得更大的拉伸率选择范围以有效消除淬火残余应力和控制型材1截面尺寸精度；同时，通过将垫块2和芯棒3进行了轻量化设计，以满足人工操作的便捷性，装卸操作的稳定性、准确性，确保有效维持批量化生产下拉伸矫直的时间节拍，实现拉伸矫直功能并达到矫直目的。

在上述各实施方式的基础上，芯棒3包括位于型材1外部的大头段和可插入至斜角矩形孔15内部的小头段，大头段上设有凸台31以在大头段与小头段之间形成止口32。

具体的，芯棒3设置有大头段、小头段，大头段与小头段的宽度相同，两者的底面共面，大头段的上方为凸台31，凸台31与小头段形成的止口32用于芯棒3相对于型材1毛坯的限位，防止芯棒3因不当操作而过度进入型材1毛坯的斜角矩形孔15内而不能取出。

在上述各实施方式的基础上，小头段沿高度方向的两侧面为平面以供夹持受力，小头段的端部沿高度方向的两侧面均设有斜面35。

在上述各实施方式的基础上，芯棒3沿宽度方向的两侧面均设有沿其长度方向延伸的减重槽33，芯棒3的大头段上设有沿其宽度方向贯穿的减重孔34。

具体的，芯棒3的两侧有矩形减重槽33，芯棒3在大头段设置有横向贯通的减重孔34，芯棒3的小头段的端头的上、下侧设置有导入斜面35，实现轻量化，便于安装。

在上述各实施方式的基础上，芯棒3的小头段的高度比斜角矩形孔15的高度小0.5-4mm。

具体的，芯棒3的小头段用于填充型材1毛坯的斜角矩形孔15，其高度与斜角矩形孔15的高度匹配。为保证芯棒3易于放入，芯棒3的高度要小于斜角矩形孔15的高度。但芯棒3的高度过小，则会导致型材1毛坯的上横梁11在夹持时出现坍塌变形，从而恶化型材1毛坯在夹持时的受力均匀性，因此，小头段的高度尺寸对型材1毛坯能否获得好的矫直效果关键，优选地，芯棒3的高度比斜角矩形孔15的高度小0.5-4mm，更优选为0.5－1.0mm。

进一步，芯棒3的宽度对改善受力有重要作用，不宜过大或过小。同时，基于轻量化的目的，芯棒3的宽度不超过斜角矩形孔15的宽度的一半，优选地，芯棒3宽度不超过150mm；显然，垫块2的宽度不能过小，以保证芯棒3有足够的刚性支撑，及保证芯棒3的上、下平面与上横梁11、下横梁12有足够的贴合面。更优选地，本实例的垫块2宽度设置为60-100mm。

在上述各实施方式的基础上，垫块2的长度为300-500mm，芯棒3的大头段长度为80-120mm，小头段长度为300-400mm。

进一步，芯棒3的小头段的长度可选。基于功能需要，其长度不能过短；矛盾地，基于轻量化目的，其长度则不宜过长，以减轻芯棒3的重量。优选地，本实例的芯棒3小头端的长度为300-400mm。优选地，本实例的芯棒3重量控制在20Kg以内。同样的，芯棒3的大头段的长度也即凸台31的长度可选，优选地，设置为80-120mm。

在上述各实施方式的基础上，垫块2为铝合金垫块2，芯棒3为铝合金芯棒3。具体的，垫块2的材料及强度重要，强度过低，夹持时垫块2可能会变形，强度过高，会降低垫块2与其它贴合面在拉伸过程中的摩擦力而致拉伸出现打滑。本申请实例选择铝合金，优选地，选择2000系铝合金，垫块2经过热处理强化，其抗拉强度优选380-450MPa。同样的，芯棒3的材料及强度可选，优选地，选择2000系铝合金，抗拉强度400-480MPa。

在上述各实施方式的基础上，垫块2的横截面呈矩形，垫块2的高度比凹槽14的高度小0.5-2.5mm，垫块2的宽度比芯棒3的宽度大至少20mm。

具体的，垫块2的高度的选择对型材1毛坯能否获得良好矫直效果十分重要。必须地，矩形垫块2的高度不超过凹槽14的高度。特别优选地，垫块2的高度低于凹槽14的高度控制为0.5-2.5mm。

更具体的，为保证夹持力在高度方向上的传递，垫块2的宽度不小于芯棒3的宽度，为保证垫块2放置的高效，优选地，垫块2的宽度大于芯棒3的宽度不小于20mm，然而，基于轻量化的目的，垫块2的宽度应尽量小，优选地，本实例的垫块2宽度不超过200mm。

为保持获得良好的矫直效果，并有效减小或消除淬火残余应力，本申请实例的型材1毛坯在拉伸过程中的拉伸率为2.2-2.8％。

除了上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件以外，本申请还提供了一种包括上述航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的拉伸矫直设备4。

优选的，该拉伸矫直设备4还包括用于夹紧型材1的上钳板43和下钳板44，以及用于拉伸型材1的前拉伸头41和后拉伸头42，并且，上钳板43和下钳板44位置相对的一侧均设有铣削加工而成的齿。

具体的，型材1沿纵向上的两端分别放置于拉伸矫直设备4上钳板43、下钳板44之间，上钳板43和下钳板44靠型材1一侧的表面通过设置铣制的齿，以增大与铝合金材料接触面的摩擦力，这些齿的齿尖在夹持时会被压入了铝型材1毛坏或铝垫块2的表面，压入的深度视夹持力、铝型材1毛坯或铝垫块2的强度不同而不同。

本申请的实例的拉伸矫直方法是：

移动拉伸矫直设备4的前拉伸头41或后拉伸头42，使两者的距离足够长；将型材1毛坯沿纵向放入两拉伸头之间；从型材1毛坯的一端，将芯棒3的小头段插入型材1毛坯的矩形孔，直到型材1毛坯的端面接触到芯棒3凸台31处的止口32，并将芯棒3置于矩形孔的中部；同样地，将芯棒3装入型材1毛坯的另一端矩形孔。将垫块2放置于型材1毛坯端头的凹槽14垂直中心处；

调整拉伸头上钳板43和下钳板44之间的距离，移动型材1毛坯或拉伸头，使型材1毛坯的端头位于上钳板43和下钳板44之间；

操作设备，减小上钳板43和下钳板44之间的间距，使上钳板43和下钳板44对已安装垫块2、芯棒3的型材1毛坯端头保持夹持状态；

完成以上操作后，启动拉伸操作，对型材1毛坯进行拉伸；当拉伸率达到1.5-2.0％时，卸压，调整型材1毛坯姿态，再次启动拉伸作，直到拉伸率至2.2-2.8％，并使型材1毛坯的弯曲、扭拧等外形缺陷得以有效减小或消除，型材1的截面尺寸同时满足技术标准的要求，完成拉伸作业。

这里需要说明的是，本文中所指的型材1的长度方向或纵向是指型材1的延伸方向，即型材1的拉伸方向，型材1的宽度方向与下横梁12的宽度方向相同，型材1的高度方向，是指型材1的夹持方向，即垂直于下横梁12的延伸平面的方向。

具体的，本实施例所提供的拉伸矫直设备4和航天用超大规格型材拉伸矫直填充件的结构改进，具有以下有益效果：

1)通过将垫块2高度设置为小于凹槽14的高度，使拉伸矫直设备4的上钳板43、下钳板44可直接接触型材1的侧纵梁13的顶面和下横梁12的底面，可改善夹持的受力状况。

2)采用垫块2与凹槽14非等高、芯棒3与斜角矩形孔15非等高的设计，弥补型材1与垫块2\/芯棒3强度不同导致的夹持变形差，从而获得更佳的夹持效果。

3)通过精确控制垫块2、芯棒3的高度尺寸，使垫块2、芯棒3能更好匹配型材1的凹槽14和斜角矩形槽，使拉伸矫直不再出现打滑、夹头断裂的情形。

4)本申请在充分考虑了垫块2\/芯棒3对型材1有足够贴合面，及足够刚性支撑，满足拉伸效果的前提下，对垫块2\/芯棒3大幅度地进行了轻量化处理，使生产操作高效、灵活，并消除了生产安全隐患。此外，芯棒3还设置了防过度插入的结构。

5)通过使用本申请的操作方式，可一次性对本申请的型材1毛坯进行有效拉伸矫直。

该拉伸矫直设备的其他各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的航天用超大规格型材拉伸矫直填充件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

设计图

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