CN106978578A - 一种铝合金板蠕变时效成形方法 - Google Patents

一种铝合金板蠕变时效成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝合金板蠕变时效成形方法，包括将先将待成形的构件置于模具型面上，并用透气毡将构件局部(下表面整体以及上表面四周边部)覆盖；使用机械加载装置使板材向下弯曲，当机械加载装置达到力值设定值后装置停止下行；保持载荷不变，在所述构件与所述模具边部依次粘贴至少一圈密封胶，并在密封胶之间铺贴真空袋形成密闭空间，进行抽真空处理，使构件与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；再将机械加载装置卸下，之后将构件与模具放入热压罐内进行真空时效蠕变成形，时效完成后将构件与模具分离。本发明方法缩短了抽真空所需的时间，提高了成形效率；减少了试验材料的使用，节约了试验成本；降低了贴模误差，提高了构件的成形精度。

Description

一种铝合金板蠕变时效成形方法
技术领域
本发明涉及铝合金板材制备技术领域，特别地，涉及一种铝合金板蠕变时效成形方法。
背景技术
大型铝合金整体壁板广泛应用于航空航天工业中，例如空客A380，火箭燃料贮箱的壁板等。为了同时获得优良的形性性能，国内外开发了形性协同制造的蠕变时效成形技术。该技术是利用铝合金在一定温度内，弹性应力作用下发生蠕变变形，从而得到目标构件。现有工艺主要是通过将构件和模具用真空袋包装，并利用抽真空气压加载的方法来实现构件与模具的贴合，然后通过温度和压力的调控来实现成形成性。
但对于大型的、弦高较大的壁板，若完全利用抽真空来实现贴模，在这过程中由于弦高太大，壁板下行时容易偏移预设位置，导致成形后达不到理想的曲率；抽真空时如果弦高较大将导使真空袋受力较大，并且透气毡和真空袋容易被吸入构件和模具之间，轻则影响成形精度，重则由于真空袋破裂导致试验失败；且对于大型壁板如果采用全面覆盖真空袋，将耗费大量的实验材料，抽真空贴模所需时间过长，效率低，进而导致成本大幅增。
若通过机械加载使其贴模，但现有技术中采用机械加载的方式一般是对成形模具的改造，即模具与机械加载装置为一整体，这种情况下在后续加热的过程中，装置与模具不可分离，因此会使构件在加热过程中温度场分布不均匀将加大，严重影响成形后构件的成形精度和综合性能，且机械加载模具笨重，难以操作，制造耗材。
CN104561848A公开了一种蠕变时效成形工艺方法，提出了利用先滚弯预成形，再进行蠕变时效成形，此方法虽解决了弦高过大难以贴模的问题，但由于前期的滚弯预成形后，材料发生塑性应变，对后期的蠕变时效成形存在较大的未知影响，实验结果难以预测。
因此，根据现有技术存在的问题，需要一种能使大型、高弦构件与模具顺利贴模且不会引起后期蠕变时效效果的成形方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种铝合金板蠕变时效成形方法，以解决现有技术真空蠕变时效过程中大型、高弦构件与模具难以贴模的技术问题，且本方法不会对后期蠕变时效形性产生不良影响。
为实现上述目的，本发明的一种铝合金板蠕变时效成形方法，包括先将待成形的铝合金板构件置于模具型面上，并用透气毡将构件的包括下表面整体以及上表面四周边部覆盖；再使用含一个或多个下压头的机械加载装置使构件向下弯曲，用于与构件接触的下压头的下表面为曲面，且下压头与构件接触的位置为构件上表面上未贴合透气毡处，当机械加载装置中的各下压头的力值之和达到力值设定值M后装置停止下行，所述力值设定值M＝n×(壁板的整体面积×大气压强/重力加速度)，n为0.5～1，保证此时构件在弹性变形范围内；然后保持机械加载装置的载荷不变，在所述构件上表面的边部粘贴有至少一圈密封胶，且位于构件上表面最外圈的密封胶的外沿边与构件外周边的距离相应地大于或等于透气毡在构件上表面覆盖区域的内沿边与构件外周边的距离，在所述模具上表面未被构件覆盖的区域也粘贴有至少一圈密封胶，并在模具上表面和构件上表面的密封胶之间铺贴真空袋形成封闭空间，然后进行抽真空处理，使构件与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；再将机械加载装置卸下，之后将连接有抽真空装置的的构件与模具放入热压罐内进行真空时效蠕变成形，时效完成后将构件与模具分离。
通过初期使用机械加载装置使构件在弹性范围内下行，且机械加载的力值设定与大气压接近，使得后期用真空袋抽真空处理时，真空袋不会产生很大波动的拉力；且抽完真空再撤掉机械加载装置时，构件的受力不会产生大幅度的变化，从而保证了构件能受到均布且平衡的受力环境。
特别地，所述机械加载装置的力值设定值M为大于0至100t。
特别地，所述机械加载装置设置有多个下压头，每个所述下压头的力值＝所述机械加载装置的力值/下压头个数，每个所述下压头的力值不大于20t。
特别地，所述机械加载装置根据构件形状以及受力均匀布置所述下压头，所述下压头下表面的曲率半径与模具型面的曲率半径相匹配。
特别地，所述密封胶在构件上的粘贴位置为最外圈的密封胶的外沿位于距所述构件外周边40mm～300mm处。粘贴位置若距所述构件边部太近，则真空袋的覆盖范围太小，抽真空处理时密封胶边缘可能会出现孔隙，从而对实验造成影响；若距所述构件边部太远，则真空袋的覆盖范围太大，造成材料的浪费。
特别地，所述构件成形前的下表面距离模具上表面的最大垂直距离为0-2m。
特别地，所述构件厚度为2mm～30mm。
本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明方法先应用机械装置减少了构件的下表面与模具上表面之间的距离，为铺贴真空袋带来极大方便，且真空袋在抽真空时承受的力也相应的减少许多，降低了真空袋破损的风险，提高了实验成功的机率；同时缩短了抽真空所需的时间，提高了成形效率，且不会引起由于壁板的塑性变形，对后期蠕变时效产生难以估计的影响的问题。
2、本发明方法不需要将模具和构件全部包裹起来，减少了试验材料(真空袋和透气毡)的使用量，节约了试验成本。
3、本发明方法通过机械加压和真空加压的双向配合降低了贴模误差，提高了构件的成形精度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是构件最初放置在模具上的相对示意图；
图2是本发明工艺机械加载时的示意图；
图3是本发明工艺构件及模具上表面透气毡、密封胶及真空袋的粘贴区域示意图；
图4是构件及模具放置进热压罐后的示意图；
图5是蠕变成形后构件及模具的相对示意图；
附图标记：
1、模具；11、模具上表面；2、构件；21、构件上表面；3、机械加载装置；31、下压头；4、透气毡；5、密封胶；6、真空袋；7、热压罐；8、抽真空装置。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
1)将预处理过(固溶、淬火)的大型整体贮箱壁板构件2(2650mm×1300mm×2.6mm)，置于已经过回弹补偿计算的模具1上(3200mm×1600mm×850mm，曲率半径为1430mm)，并用透气毡将壁板的包括下表面整体以及上表面四周边部覆盖，透气毡4在构件上表面21的覆盖范围为其内沿边距构件外周边30mm处；
2)使用含两个下压头31的机械加载装置3使板材向下弯曲，用于与构件接触的下压头的下表面为曲面，且所述下压头下表面的曲率半径都为1500mm，且下压头与构件接触的位置为构件上表面上未贴合透气毡处，当机械加载装置中的各下压头的力值之和达到力值设定值M后装置停止下行，所述机械加载装置的力值设定值M＝1*(壁板的整体面积×大气压强/重力加速度)，即M＝1*2.65*1.3*1.013*105/9.8＝35.6t，每个下压头的力值设定为17.8t，所述下压头均布在壁板的轧制方向的中性轴上；
3)保持机械加载装置的载荷不变，然后在构件上表面21的边部粘贴有一圈密封胶5，且靠近构件上表面中心点的所述密封胶的外沿边与构建外周边的距离为40mm；在模具上表面11未被构件覆盖的区域也粘贴有一圈密封胶，并在两圈密封胶之间铺贴真空袋6形成封闭空间，随后进行抽真空处理，使构件与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；
4)抽真空完毕后将机械加载装置卸下，之后将连接有抽真空装置8的构件与模具放入热压罐7内进行真空时效蠕变成形，时效完成后将构件与模具分离。
采用实施例1的方法共试验了3次，也贴模成功了3次，平均耗材(透气毡和真空袋)的使用面积为5m2/次、铺贴耗时6h/次、人力消耗4个/次、成形后的构件曲面与目标曲面的误差在3mm左右。
对比例1
将预处理过(固溶、淬火)的大型整体贮箱壁板(2650mm×1300mm×2.6mm)置于已经过回弹补偿计算的模具上(3200mm×1600mm×850mm，曲率半径为1430mm)，并将壁板上下表面全部包裹透气毡，在模具上表面边部粘贴一圈密封胶，将真空袋铺贴在密封胶上并覆盖整个壁板的上表面，随后进行抽真空处理，在大气压强下构件将下行，抽真空完毕后，之后将连接有抽真空装置的构件与模具放入热压罐7内进行真空时效蠕变成形，时效完成后将构件与模具分离。
采用对比例1的方法共试验了3次，贴模成功了1次，平均耗材(透气毡和真空袋)的使用面积为12m2/次、铺贴耗时13h/次、人力消耗5个/次、成形后的构件曲面与目标曲面的误差在6mm左右。
对比例1失败的两次情况分别为：第一次在抽真空时，预留的透气毡和真空袋被吸入构件和模具之间的缝隙，致使构件不能完全贴模，成形精度大大降低；第二次抽真空时，由于高弦，使真空袋崩太紧，真空袋与密封胶接触部位有微小气孔，在后期蠕变时效的热力耦合场中，微小气孔被扩大，导致真空袋漏气。
由此可知，采用本发明的方法可以增加大型的、弦高较大的壁板蠕变时效成形的成功次数，且明显缩短了铺贴时间，减少了耗材量和人力消耗，提升了贴模精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，包括先将待成形的铝合金板构件置于模具型面上，并用透气毡将构件的包括下表面整体以及上表面四周边部覆盖；再使用含一个或多个下压头的机械加载装置使构件向下弯曲，用于与构件接触的下压头的下表面为曲面，且下压头与构件接触的位置为构件上表面上未贴合透气毡处，当机械加载装置中的各下压头的力值之和达到力值设定值M后装置停止下行，所述力值设定值M＝n×(壁板的上表面面积×大气压强/重力加速度)，n为0.5～1，保证此时构件在弹性变形范围内；然后保持机械加载装置的载荷不变，在所述构件上表面的边部粘贴有至少一圈密封胶，且位于构件上表面最外圈的密封胶的外沿边与构件外周边的距离相应地大于或等于透气毡在构件上表面覆盖区域的内沿边与构件外周边的距离，在模具上表面未被构件覆盖的区域也粘贴有至少一圈密封胶，并在模具上表面和构件上表面的密封胶之间铺贴真空袋形成封闭空间，然后进行抽真空处理，使构件与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；再将机械加载装置卸下，之后将连接有抽真空装置的构件与模具放入热压罐内进行真空时效蠕变成形，时效完成后将构件与模具分离。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，所述机械加载装置的力值设定值M为大于0至100t。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，所述机械加载装置设置有多个下压头，每个所述下压头的力值＝M/下压头个数，每个所述下压头的力值不大于20t。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，所述机械加载装置根据构件形状以及受力均匀布置所述下压头，所述下压头下表面的曲率半径与模具型面的曲率半径相匹配。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，所述密封胶在构件上的粘贴位置为最外圈的密封胶的外沿位于距所述构件外周边40mm～300mm处。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，所述构件成形前的下表面距离模具上表面的最大垂直距离为0-2m。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金板蠕变时效成形方法，其特征在于，所述构件厚度为2mm～30mm。
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