CN106881387A - 一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法 - Google Patents

一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，①对铝合金曲面加强筋板进行平面展开；②根据加强筋在平面展开图中的位置在板材上制备出相应加强筋；③设计并加工铝合金曲面加强筋板热压成形模具；④对铝合金曲面加强筋板进行热压成形；⑤对铝合金曲面加强筋板进行充气校形。本发明采用热压成形+充气校形组合工艺成形铝合金曲面加强筋板，解决了此类零件在常规的冷冲压或机械加工中尺寸精度和型面精度难以控制的问题，改善了零件的表面质量，避免了铸造加工中超重问题；先采用热压成形，可以有效避免冷成形工艺中回弹、起皱和开裂等缺陷的产生；后采用充气校形，保证了零件尺寸精度、型面精度以及表面质量要求。

Description

一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法
技术领域
本发明属于精密钣金加工领域，涉及一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的铝合金曲面加强筋板。
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，铝合金曲面加强筋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，铝合金曲面加强筋板常用制造方法主要有冷压成形和铸造成形两种。冷压成形不但尺寸精度难以达到要求，型面精度也难以控制，通常后续需要大量的手工校形，成形周期长，并且容易产生回弹、起皱和开裂等缺陷。另外，在冷成形过程中，壁厚不均匀会导致加强筋之间壁薄部分下陷。铸造成形方法受材料种类限制，铝合金曲面加强筋板类零件铸造困难，后续仍需要大量机械加工，加工成本高，制备周期长。
发明内容
本发明的技术解决问题：提供一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，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，能有效地保证铝合金曲面加强筋板的精密成形。成形出的铝合金曲面加强筋板零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高，并且成形周期较短，加工成本较低。
本发明要解决的技术问题通过以下方案实现:
一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，步骤如下：
(1)根据需要成形的铝合金曲面加强筋板外形尺寸和加强筋位置，确定出热压成形所需的平面板材厚度、板材尺寸以及加强筋在平面板材上的位置；
(2)根据加强筋在平面板材上的位置，在平面板材上制备出相应加强筋，并根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的平面展开图加工出成形所需板材外形；
(3)根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸，制作铝合金曲面加强筋板热压成形模具，然后按照铝合金曲面加强筋板尺寸对热压成形模具的型腔进行适当放大加工；
(4)将步骤(3)制作的热压成形模具加热至热压成形温度后，把步骤(2)制备的板材放于热压成形模具的型腔内即上模和下模之间，上模逐渐向下模运动，板材在热压成形模具型腔内逐渐变形，直至上模和下模闭合即合模完全，板材热压成形完毕；
(5)步骤(4)完成后，步骤(4)热压成形后板材与上模之间形成一个密闭型腔，上模设有通气孔，通气孔连接型腔内和外界，通过上模的通气孔将密闭型腔与外界气源连通，按照设定的随时间变化的压力向密闭型腔通气加压校形，使铝合金曲面加强筋板加强筋之间的曲面部位形成光滑曲面。
步骤(1)所述的热压成形所需平面板材厚度不小于铝合金曲面加强筋板最大壁厚。
步骤(2)所述在平面板材上制备出相应加强筋的制备方法为化铣加工或者机械铣加工。
步骤(3)所述对热压成形模具的型腔进行适当放大加工，使热压成形模具型腔尺寸适当放大量为需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸的3‰～7‰。
步骤(4)所述热压成形温度为420～520℃，上模向下模运动速度为1～10mm/s。
步骤(5)所述加载的气体压力为0.1～3MPa。
本发明相对于现有技术的有益效果：
(1)本发明所成形的铝合金曲面加强筋板，整体性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；
(2)本发明采用热压成形，可有效避免回弹、起皱和开裂等缺陷的产生；
(3)本发明采用充气校形可以实现零件的近净成形，能有效减少后续加工量，避免后续手工校形，提高效率，降低成本。
附图说明
图1为铝合金曲面加强筋板示意图；
图2为热压成形铝合金曲面加强筋板所需板材示意图；
图3为铝合金曲面加强筋板热压成形模具示意图；
图4为铝合金曲面加强筋板热压、充气过程示意图。
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。
本发明属于精密钣金加工领域，涉及到一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的铝合金曲面加强筋板。该方法如下：①对铝合金曲面加强筋板进行平面展开；②根据加强筋在平面展开图中的位置在板材上制备出相应加强筋；③设计并加工铝合金曲面加强筋板热压成形模具；④对铝合金曲面加强筋板进行热压成形；⑤对铝合金曲面加强筋板进行充气校形。
本发明的采用热压成形+充气校形组合工艺成形铝合金曲面加强筋板，解决了此类零件在常规的冷冲压或机械加工中尺寸精度和型面精度难以控制的问题，改善了零件的表面质量，避免了铸造加工中超重问题；先采用热压成形，可以有效避免冷成形工艺中回弹、起皱和开裂等缺陷的产生；后采用充气校形，保证了零件尺寸精度、型面精度以及表面质量要求。
本发明要成形的铝合金曲面加强筋板，包括曲面铝合金板以及曲面铝合金板一面上的加强筋，加强筋纵横交替且均匀分布，铝合金板的另一面为光滑曲面。
以某铝合金曲面加强筋板为优选的方案示例，其形状尺寸见图1，零件材料为5A06铝合金，外型面为锥形面，外形尺寸656mm，小端圆弧R400，大端圆弧R500mm。最厚部位在边缘与加强筋，厚度为9mm，最薄部位在加强筋之间厚度为3mm。优选的加强筋宽度5mm-10mm，高度4mm～6mm，横纵各有3条，均匀分布。
具体的优选方案按如下工艺步骤进行：
步骤一，进行平面展开：根据铝合金曲面加强筋板外形尺寸和加强筋相对位置，设计出热压成形所需板材厚度为10mm～12mm，根据弧长464mm(小圆端弧长)和574mm(大圆端弧长)相等，板材尺寸为656mm(下料长度,即大圆端和小圆端的距离)、R2762mm(R代表弧形几何形状，坯料小圆端的半径是2762mm)、R3417(R代表弧形几何形状，坯料大圆端的半径是3417mm)，同理设计出加强筋在平面展开图中的位置，如图2所示；
步骤二，加强筋的制备：如图2所示，将板材铣成9mm，而后根据加强筋在平面展开图中的位置在厚板上制备出相应加强筋，并根据平面展开图加工出热压成形所需板材外形；
步骤三，设计成形模具：设计制作铝合金曲面加强筋板热压成形模具时，要按照铝合金曲面加强筋板尺寸进行放大加工，放大系数选取为5‰；
步骤四，板材热压成形：将步骤三设计制备的热压成形模具加热至460℃～490℃，把步骤二制备的板材放于热压成形模具上模1、下模4之间，如图3所示。上模1上有通气孔2与外界的气源连接。上模1逐渐向下运动，速度为1mm/s～5mm/s，板材3在热压成形模具中逐渐变形，直至上模1和下模4合模完全，即板材3热压成形完毕；
步骤五，板材充气校形：步骤四完成后，板材3与上模1之间形成一个密闭型腔，如图4所示。通过上模1的通气孔2将密闭型腔与外界气源连通，按照设定的时间压力加载曲线向密闭型腔通气加压校形，气体压力为0.8Mpa～1.2Mpa，使加强筋之间可能下陷的薄壁部位逐渐恢复。
采用此方法制备的铝合金曲面加强筋板尺寸精度为±0.3mm，型面精度±0.5mm，表面粗糙度Ra3.2以下，比现有方法制造成本降低10％以上，加工效率提高20％以上。
本发明还有一种优选方案，在步骤(1)所述的热压成形所需平面板材厚度等于铝合金曲面加强筋板最大壁厚，铝合金曲面加强筋板加工效率比现有方法提高30％以上。
本发明还有一种优选方案，在步骤(4)所述的超塑成形温度为420～460℃，可使铝合金曲面加强筋板成形成本比现有技术降低20％以上。
本发明还有一种优选方案，在步骤(5)所述加载的气体压力为1～3MPa，可使铝合金曲面加强筋板成形尺寸精度提高到±0.2mm以上，使航天飞行器有更优异的气动外形，有利于航天飞行器的姿态控制。

Claims (6)

1.一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于步骤如下：
(1)根据需要成形的铝合金曲面加强筋板外形尺寸和加强筋位置，确定出热压成形所需的平面板材厚度、板材尺寸以及加强筋在平面板材上的位置；
(2)根据加强筋在平面板材上的位置，在平面板材上制备出相应加强筋，并根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的平面展开图加工出成形所需板材外形；
(3)根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸，制作铝合金曲面加强筋板热压成形模具，然后按照铝合金曲面加强筋板尺寸对热压成形模具的型腔进行适当放大加工；
(4)将步骤(3)制作的热压成形模具加热至热压成形温度后，把步骤(2)制备的板材放于热压成形模具的型腔内即上模和下模之间，上模逐渐向下模运动，板材在热压成形模具型腔内逐渐变形，直至上模和下模闭合即合模完全，板材热压成形完毕；
(5)步骤(4)完成后，步骤(4)热压成形后板材与上模之间形成一个密闭型腔，上模设有通气孔，通气孔连接型腔内和外界，通过上模的通气孔将密闭型腔与外界气源连通，按照设定的随时间变化的压力向密闭型腔通气加压校形，使铝合金曲面加强筋板加强筋之间的曲面部位形成光滑曲面。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤(1)所述的热压成形所需平面板材厚度不小于铝合金曲面加强筋板最大壁厚。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤(2)所述在平面板材上制备出相应加强筋的制备方法为化铣加工或者机械铣加工。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤(3)所述对热压成形模具的型腔进行适当放大加工，使热压成形模具型腔尺寸适当放大量为需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸的3‰～7‰。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤(4)所述热压成形温度为420～520℃，上模向下模运动速度为1～10mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤(5)所述加载的气体压力为0.1～3MPa。
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