CN102873513B - 一种铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，包括步骤：1）根据球段蒙皮的尺寸要求下料获得扇形板，扇形板有工艺余量；2）将球段蒙皮的扇形板焊接为锥形筒；3）将工艺堵板焊接到锥形筒小端，将工艺法兰焊接到锥形筒的大端，形成球段蒙皮坯料；4）将球段蒙皮坯料放入经过加热的气胀成形模具内腔中，关闭气胀成形模具上盖，球段蒙皮坯料与上盖之间形成密闭腔体；5）向密闭腔体中通入压缩气体，直到球段蒙皮坯料与气胀成形模具内腔壁贴合，形成成形球段蒙皮；6）根据球段蒙皮尺寸要求切除成形球段蒙皮上的工艺余量，获得成品。本发明方法制备的球段蒙皮只有一道焊缝，整体性好，零件尺寸精度和表面质量较高，模具成本较低。

Description

一种铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法

技术领域

本发明属于精密钣金加工技术领域，涉及一种铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，它适用于成形各种大尺寸的薄壁铝合金球段蒙皮类零件。

背景技术

铝合金因具有优异的使用性能，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域应用十分广泛。在航空航天领域，大型蒙皮壳体类零部件产品的整体化、轻量化程度越来越高，制造精度要求也越来越高。在铝合金板料成形领域，目前工业上多采用冷冲压成形，与钢板相比，在常温条件下成形铝合金板料有着回弹大和塑性低的缺点，因而在冷冲压条件下成形大尺寸复杂形状的铝合金薄板件较为困难。大尺寸球段蒙皮零件，采用普通冲压方式实现困难且成本高昂，通常采用分体制造后组焊完成，焊接变形难以控制，焊后校形困难，零件精度较差，效率较低。

发明内容

本发明的技术方案是提供铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，它能克服现有技术加工的零件整体性差、外形精度控制困难或成本较高的缺点，能有效地保证大尺寸薄壁球段蒙皮的精密成形。成形出的零件质量稳定，整体性好，尺寸精度高，加工合格率高。

1、本发明的技术方案：一种铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，包括如下步骤：

第一步根据球段蒙皮的尺寸要求下料获得扇形板，扇形板有工艺余量，并按扇形板两端圆弧长度下料获得工艺堵板和工艺法兰；工艺余量是指下料时需要在成品球段蒙皮展开后的理论尺寸的两端增加的尺寸数值，以保证最终成品球段蒙皮的精确尺寸；

第二步将球段蒙皮的扇形板焊接为锥形筒；

第三步分别将工艺堵板和工艺法兰焊接在锥形筒的两端，形成球段蒙皮坯料；

第四步将球段蒙皮坯料放入经过加热的气胀成形模具内腔中，关闭气胀成形模具，球段蒙皮坯料与气胀成形模具之间形成密闭腔体；

第五步向密闭腔体中通入压缩气体，直到球段蒙皮坯料与气胀成形模具内腔壁贴合，形成成形球段蒙皮；

第六步根据球段蒙皮尺寸要求切除成形球段蒙皮上的工艺余量，获得成品。

所述气胀成形模具的加热温度为450℃-530℃。

所述扇形板工艺余量的数值应至少保证工艺堵板和工艺法兰能焊接到锥形筒上。工艺余量既要保证材料的节约，也应保证能将工艺堵板和工艺法兰焊接到锥形筒的两端，且在切除工艺余量时将工艺堵板和工艺法兰都一并切除后得到的球段蒙皮的尺寸是所需尺寸。既应保证成形后可以切出合格零件，并应保证零件成形不受工艺堵板和工艺法兰焊接的影响。

采用圆圈机将球段蒙皮的扇形板圈成锥形筒后，将锥形筒的纵缝焊接上。

所述焊接采用自动氩弧焊、手工氩弧焊、激光焊或搅拌摩擦焊焊接方法。

所述压缩气体是压缩惰性气体。

所述压缩气体是成形温度下不与铝合金发生明显反应的压缩惰性气体。

所述气胀成形模具包括由下模和上盖，上盖设置在下模上，所述气胀成形模具上设置有有通气装置，下模上具有至少一个热电偶测温孔。

所述气胀成形模具的上盖关闭时，球段蒙皮坯料与气胀成形模具之间形成密闭腔体，上盖上设置通气装置。

所述气胀成形模具具有多个吊挂螺栓。吊挂螺栓用于将气胀成形模具吊进或吊出加热装置。

所述气胀成形模具上还设置有排气孔。

本发明的有益效果：

1）铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮只有一道焊缝，整体性好，零件尺寸精度和表面质量较高。

2）对于气胀前的焊接尺寸精度要求不高，主要要求保证气密性和强度，焊接变形控制难度较小。

3）相对于传统室温冲压成形方法，本发明只采用单一的凹模和简单盖板组合实现成形，模具制造精度易于控制，且降低了模具成本。

4）通过高温气胀实现工件的成形到位，避免了回弹、起皱和开裂等缺陷的产生，可以消除焊接产生的残余应力，避免出现分体制造后组焊的变形控制难题。

5）对坯料晶粒度无特别要求，可以使用普通工业牌号铝合金薄板。

附图说明

图1是本发明实施例中大尺寸薄壁球段蒙皮的示意图；

图2是本发明实施例中下料后获得的扇形板示意图；

图3是本发明实施例中制备的球段蒙皮坯料示意图；

图4是本发明实施例中的气胀成形模具结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。

以某大尺寸薄壁球段蒙皮的制备为例，制备成形的大尺寸薄壁球段蒙皮形状见图1，尺寸如下：材料厚度为1.8mm的5A06铝合金，蒙皮外轮廓空间直径为1080mm，高度为410mm，大端切圆直径为1078mm，小端切圆直径为618mm。展开料尺寸为扇形，大端展开为3386.6mm，小端展开为1941.5mm，

具体实施方式按如下工艺步骤进行：第一步增加工艺余量：根据球段蒙皮尺寸确定工艺余量以及工艺堵板及工艺法兰的尺寸，并确定组焊位置。第二步下料：制备球段蒙皮的扇形板，大端的工艺余量是在高度方向上增加20mm，小端的工艺余量是在高度方向上增加25mm，计算增加工艺余量后扇形板的展开长度，见图2，采用激光切割或数控冲方法下单件坯料；同样，下工艺堵板和工艺法兰的单件坯料；对坯料去吹渣并去毛刺。第三步预成形：采用通用圈圆机将球段蒙皮的扇形板材圈成锥形筒。第四步焊接：焊前对锥形筒71、工艺堵板72和工艺法兰73待焊部位进行酸洗，并置于烘干炉中80℃~100℃下烘干20min~30min。用旋转钢丝刷及刮刀对焊接区打磨，并用丙酮擦洗干净，焊前保持焊接区清洁。将锥形筒71固定在焊接夹具上，采用自动氩弧焊、手工氩弧焊、激光焊或搅拌摩擦焊等焊接方法中的一种焊接锥筒纵缝；接着在锥筒小端焊接工艺堵板73；在锥筒大端焊接工艺法兰72；这样，实现了球段蒙皮坯料7的制备，见图3。第五步热胀形：见图4，将气胀成形模具加热到成形温度450℃-530℃后，打开模具上盖4，放入气胀成形坯料7，保温至工件达到成形温度，上盖4下移压紧气胀成形坯料7和下模1，球段蒙皮坯料7和上盖4之间形成密闭腔体，此时从通气装置5引入压缩惰性气体，气体压力使球段蒙皮坯料7侧边发生塑性变形逐渐与下模1的内腔贴合（下膜1的内腔形状与制备成形后的球段蒙皮形状相同），形成成形球段蒙皮。第六步切除工艺余量：气胀成形完毕后，采用车削方式去除工艺余量，在切去工艺余量时，工艺堵板73和工艺法兰72也被去除，获得铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮，如图1所示。

气胀成形模具如图4所示，由下模1和上盖4组成，其中下模1上有多个热电偶测温孔2、多个排气孔6和四个吊挂螺栓3；上盖4有四个吊挂螺栓3和一个通气装置5。通气装置5和外置压缩惰性气源相连。

上述的大尺寸薄壁球段蒙皮的尺寸仅为说明本发明的方法，而不是为了限定本发明的保护范围。

本发明仅以上述实施例进行说明，各发明步骤可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别流程和气胀成形模具进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，包括如下步骤：

第一步根据球段蒙皮的尺寸要求下料获得扇形板，扇形板有工艺余量，并按扇形板两端圆弧长度下料获得工艺堵板和工艺法兰；

第二步将球段蒙皮的扇形板焊接为锥形筒；

第三步将工艺堵板和工艺法兰焊接在锥形筒的两端，形成球段蒙皮坯料；

第四步将球段蒙皮坯料放入经过加热的气胀成形模具内腔中，工艺法兰抵靠在下模上端面，关闭气胀成形模具，球段蒙皮坯料与气胀成形模具之间形成密闭腔体；所述气胀成形模具包括由下模和上盖，上盖设置在下模上，所述气胀成形模具上设置有通气装置，下模上具有至少一个热电偶测温孔；

第五步向密闭腔体中通入压缩气体，直到球段蒙皮坯料与气胀成形模具内腔壁贴合，形成成形球段蒙皮；

第六步根据球段蒙皮尺寸要求切除成形球段蒙皮上的工艺余量，获得成品。

2.根据权利要求1所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述扇形板工艺余量的数值应至少保证工艺堵板和工艺法兰能焊接到锥形筒上。

3.根据权利要求1所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，采用圆圈机将球段蒙皮的扇形板圈成锥形筒后，将锥形筒的纵缝焊接上。

4.根据权利要求1或3任一项所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述焊接采用自动氩弧焊、手工氩弧焊、激光焊或搅拌摩擦焊焊接方法。

5.根据权利要求1所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述压缩气体是压缩惰性气体。

6.根据权利要求5所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述气胀成形模具的上盖关闭时，球段蒙皮坯料与气胀成形模具之间形成密闭腔体，上盖上设置通气装置。

7.根据权利要求5所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述气胀成形模具具有多个吊挂螺栓。

8.根据权利要求5所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述气胀成形模具上还设置有排气孔。

9.根据权利要求1所述的铝合金大尺寸薄壁球段蒙皮的气胀成形方法，其特征在于，所述气胀成形模具的加热温度为450℃-530℃。