CN103753119A - 一种轻量化壁板超塑成形制造方法 - Google Patents

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孙燚
韩维群
赵刚
刘洋
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Abstract

本发明属于精密钣金加工领域，涉及到一种轻量化壁板超塑成形制造方法，该方法如下：①根据零件尺寸，对零件进行平面展开；②计算展开后壁板坯料的尺寸进行切割；③对坯料进行打磨、酸洗等表面处理；④焊接进气管；⑤将超塑成形坯料放入模腔，保温进行合模，坯料弯曲成预设形状；⑥向密闭空间中通入惰性高压气体，进行超塑成形；⑦完成超塑成形，获得带有弯曲形状壁板。本发明的优点：采用超塑成形，可以有效避免回弹、起皱和开裂等缺陷的产生，保证了零件尺寸精度要求。

Description

一种轻量化壁板超塑成形制造方法
技术领域
本发明属于精密钣金加工领域，涉及到一种轻量化壁板超塑成形制造方法，它适用于成形各种带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板。 
背景技术
铝合金、钛合金等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，大型壁板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、钛合金等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带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板较为困难。采用普通机械加工方式实现带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板，主要是通过材料去除的方式，不仅加工困难、成本高昂，而且得到的零件结构偏离轻量化设计初衷，减重效果较差，不符合成本工程的要求；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一种轻量化壁板超塑成形制造方法，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，能有效地保证带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板的精密成形。成形出的双层中空零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度及加工合格率高。 
1、本发明的技术方案： 
第一步进行平面展开：根据零件尺寸，将零件展开到同一平面内，确定坯料的尺寸及加强筋轮廓的位置和尺寸，进而确定组焊位置，适当增加工艺余量； 
第二步下料：根据坯料展开后的尺寸，采用激光切割或数控冲的方法下坯料两件；对上述坯料吹渣、去毛刺和酸洗； 
第三步焊接：将两件坯料对齐，置于焊接卡具上，采用搅拌摩擦 焊、激光焊或电子束焊焊接坯料轮廓以及加强筋轮廓，利用手工氩弧焊焊接进气管，两件坯料便形成了一个密闭空间； 
第四步弯曲：在超塑成形模具加热到成形温度后，将超塑成形坯料放入模腔，保温至坯料达到超塑成形温度后进行合模，坯料弯曲成预设形状； 
第五步超塑成形：通过进气管，向密闭空间中通入压缩气体，按照设定加压曲线进行超塑成形，保压设定时间待超塑成形完全； 
第六步切除工艺余量：超塑成形完毕后，采用激光切割方式去除余量，获得带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板。 
一种轻量化壁板超塑成形制造方法的超塑成形模具，由下模1和上模2组成，其中下模1上有多个热电偶测温孔6、圆柱销4和四个吊挂螺栓3等功能模块；上模2有四个吊挂螺栓3。当模具达到零件成形要求的温度后，打开模具上模2，放入坯料5，通过圆柱销4定位，保温至零件达到成形温度，上模2下移压紧坯料5，使坯料5发生弯曲变形，上下模合模后，即坯料5完成弯曲变形，保持一定合模力，通过进气管向坯料5中引入高压惰性气体进行超塑成形，气体压力使坯料5的下层板发生塑性变形逐渐与下模1的内腔贴合，实现带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板成形。 
本发明的有益效果： 
1)所成形的带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板，整体性好，零件尺寸精度和表面质量较高。 
2)本发明只采用一套模具既实现弯曲又实现了超塑成形，模具制造精度易于控制，且降低了模具成本。 
3)对于超塑成形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。 
4)通过超塑成形可以实现零件的近净成形，能有效减少工序，提高效率，降低成本； 
5)零件超塑成形可有效避免回弹、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。 
附图说明
本发明共有4幅附图，其中图4为本发明的最佳实施例，亦可作说明书摘要的附图。 
图1、带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板； 
图2、带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板的A-A剖面图； 
图3、带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板的坯料展开图； 
图4、超塑成形模具及坯料装配图。 
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。 
以某带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板为例，其形状尺寸见图1，壁板是厚度5mm的5A06铝合金，壁板长度为789mm，宽度为630mm，壁板两边有一定弯曲形状。壁板平面展开料形状为矩形，长度展开为855mm，宽度展开为689mm. 
具体实施方式按如下工艺步骤进行：第一步进行平面展开：根据零件尺寸，将零件展开到同一平面内，确定坯料的尺寸及加强筋轮廓的位置和尺寸，进而确定组焊位置，适当增加工艺余量；第二步下料：根据坯料展开后的尺寸，适当增加工艺余量，长度方向上增加66mm，宽度方向上增加59mm，见图2，采用激光切割或数控冲的方法得到厚度分别为3mm和2mm的坯料两件；对上述坯料吹渣并去毛刺；第三步焊接：焊前对待焊部位进行酸洗，并置于烘干炉中90℃～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。将两件坯料对齐，置于焊接卡具上，采用搅拌摩擦焊、激光焊或电子束焊焊接坯料轮廓以及加强筋轮廓，利用手工氩弧焊焊接进气管，两件坯料便形成了一个密闭空间；第四步弯曲：见图3，当模具达到零件成形要求的温度后，打开模具上模2，放入坯料5，通过圆柱销4定位，保温至零件达到成形温度，上模2下移压紧坯料5，使坯料5发生弯曲变形，上下模合模后，即坯料5完成弯曲变形。第五步超塑成形：保持一定合模力，通过进气管向坯料5中引入高压惰性气体进行超塑成形，气体压力使坯料5的下层板发生塑性变形逐渐与下模1的内腔贴合，实现带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板成形。第六步切除工艺余量：超塑成形完毕后，采用激光切割方式去除余量，获得带有一定弯曲形状和较复杂加强筋的壁板。 

Claims (2)

1.一种轻量化壁板超塑成形制造方法，其具体步骤为：
第一步进行平面展开：根据零件尺寸，将零件展开到同一平面内，确定坯料的尺寸及加强筋轮廓的位置和尺寸，进而确定组焊位置，适当增加工艺余量；
第二步下料：根据坯料展开后的尺寸，采用激光切割或数控冲的方法下坯料两件；对上述坯料吹渣、去毛刺和酸洗；
第三步焊接：将两件坯料对齐，置于焊接卡具上，采用搅拌摩擦焊、激光焊或电子束焊焊接坯料轮廓以及加强筋轮廓，利用手工氩弧焊焊接进气管，两件坯料便形成了一个密闭空间；
第四步弯曲：在超塑成形模具加热到成形温度后，将超塑成形坯料放入模腔，保温至坯料达到超塑成形温度后进行合模，坯料弯曲成预设形状；
第五步超塑成形：通过进气管，向密闭空间中通入压缩气体，按照设定加压曲线进行超塑成形，保压设定时间待超塑成形完全；
第六步切除工艺余量：超塑成形完毕后，采用激光切割方式去除余量，获得带有弯曲形状和较复杂加强筋的壁板。
2.一种轻量化壁板超塑成形制造方法的模具，特征在于：超塑成形模具由下模(1)和上模(2)组成，其中下模(1)上有多个热电偶测温孔(6)、圆柱销(4)和四个吊挂螺栓(3)等功能模块；上模(2)有四个吊挂螺栓(3)，当模具达到零件成形要求的温度后，打开模具上模(2)，放入坯料(5)，通过圆柱销(4)定位，保温至零件达到成形温度，上模(2)下移压紧坯料(5)，使坯料(5)发生弯曲变形，上下模合模后，即坯料(5)完成弯曲变形，保持一定合模力，通过进气管向坯料(5)中引入高压惰性气体进行超塑成形，气体压力使坯料(5)的下层板发生塑性变形逐渐与下模(1)的内腔贴合，实现带有弯曲形状和较复杂加强筋的壁板成形。
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