CN108856500A - 一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法 - Google Patents

一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，适用于尺寸、型面精度均要求较高和表面质量好的铝合金变厚度异形壁板。本发明方法如下：①设计加工铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形模具；②对铝合金变厚度异形壁板进行平面展开；③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，并加工好定位凸耳；④对铝合金变厚度异形壁板进行预折弯；⑤对铝合金变厚度异形壁板进行热蠕变塑性变形；⑥划线切除定位凸耳。本发明的方法成形出的壁板加工周期短、成本低，并且成形后零件的尺寸和型面精度均较高，表面质量也显著提升。

Description

一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法
技术领域
本发明涉及一种精密塑性成形方法，特别是一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法。
背景技术
随着航天航空、交通运输、武器装备等高新技术领域的快速发展，对高性能铝合金产品的需求不断增长，且对产品的成形精度要求越来越高。在航空航天领域，铝合金变厚度异形壁板的成形精度直接关系航空航天装备的整体服役性能。
目前，航空航天领域中铝合金变厚度异形壁板主要制造方法是冷压成形。在冷压成形中，减重槽部分需事先粘贴垫板，该工艺繁琐且成形后零件的尺寸和型面精度均难以达到设计要求，通常后续还得需要大量的手工校形，成形周期较长，而且容易产生回弹、起皱和开裂等缺陷。另外，在冷压过程中，壁厚不均匀会导致加强筋之间壁薄部分下陷。因此传统加工方法不仅成形周期长，而且零件的尺寸和型面精度不高、表面质量较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，能克服现有技术加工的零件成形周期长、外形精度控制困难、表面质量较差等缺点，能有效地保证铝合金变厚度异形壁板的精密成形。本发明的方法成形出的壁板加工周期短、成本低，并且成形后零件的尺寸和型面精度均较高，表面质量也显著提升。
本发明的技术解决方案是：一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变成形方法，包括步骤如下：
步骤一：根据待加工壁板的外形尺寸、材料冷热过程的线性膨胀与缩放，制作待加工变厚度异形壁板的热蠕变塑性成形模具，所述的热蠕变塑性成形模具上设有定位孔和脱模孔；
步骤二：根据待加工壁板的外形尺寸、加强筋形状以及定位装置，确定出热蠕变塑性成形所需的平面板材厚度、加强筋在平面板材上的位置、定位凸耳形状以及平面板材尺寸；
步骤三：根据步骤二确定的平面板材的外形尺寸、加强筋位置以及定位凸耳形状以及板材尺寸，机械铣加工出热蠕变塑性成形所需的带定位凸耳的板材；
步骤四：将步骤三制备的板材在折弯机上进行预折弯；
步骤五：将步骤一制作的热蠕变塑性成形模具加热至热蠕变塑性成形温度T后，把步骤四折弯的板材放于热蠕变塑性成形模具的下模上，控制上模逐渐向下模运动，直至上模和下模合模完全，保压一定的时间，取出零件；
步骤六：划线切除步骤五中成型的零件的两侧定位凸耳。
所述热蠕变塑性成形模具包括上模、下模，上模的成型面和下模的成型面分别与最终加工成型的壁板的外形表面一致，定位装置在下模的水平面上；脱模孔分布在下模的曲面和斜面上，定位孔分布在下模顶部；筋槽相互垂直并交叉分布在下模与上模对应的成型面上，方形凸台为各筋槽之间围成的部分。
所述热蠕变塑性成形模具下模上的筋槽的宽度W筋槽满足公式 其中，W筋为最终加工成型的壁板加强筋的宽度，T为热蠕变塑性成形温度，α零件和α模具分别为最终加工成型的壁板和模具在热蠕变塑性成形温度下的材料线膨胀系数。
所述方形凸台高度其中，H减重槽为最终加工成型的壁板减重槽的深度。
所述步骤二中热蠕变塑性成形所需平面板材的两侧有定位凸耳，定位凸耳上的通孔分别为圆孔或长圆孔。
所述步骤四中，将板材在数控折弯机上预折弯，折弯角度δ0与最终加工成型的壁板的折弯角度δ的关系为：δ0≥30％δ。
所述步骤五中，热蠕变塑性成形温度T为300～400℃，上模的下移速度v为0.5～5mm/s，保压时间为5～30min。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用热蠕变塑性成形，可有效避免出现回弹、起皱和开裂等缺陷；
(2)本发明成形的铝合金变厚度异形壁板，尺寸精度和型面精度较高，表面质量较好。
(3)本发明采用数控折弯后热蠕变塑性成形，方法简单易行，显著缩短了成形周期，提高效率，降低成本。
附图说明
图1为铝合金变厚度异形壁板示意图；
图2为铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形模具示意图；
图3为铝合金变厚度异形壁板成形所需板材示意图；
图4为铝合金变厚度异形壁板预折弯示意图；
图5为铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形后示意图；
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。
本发明要成形的一种铝合金变厚度异形壁板，分为三段，其中一段是斜面，一段是水平面，一段是曲面，并且这三段的同一面上均分布着不同数量减重槽与加强筋，加强筋纵横交替，铝合金板的另一面为光滑面。
一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变成形方法，包括步骤如下：
步骤一：根据待加工壁板的外形尺寸、材料冷热过程的线性膨胀与缩放、制作待加工壁板的热蠕变塑性成形模具，所述的热蠕变塑性成形模具上设有定位孔1和脱模孔2；
步骤二：根据待加工壁板的外形尺寸、加强筋形状以及定位装置，确定出热蠕变塑性成形所需的平面板材厚度、加强筋在平面板材上的位置、定位凸耳形状以及平面板材尺寸；
步骤三：根据步骤二确定的平面板材的外形尺寸、加强筋位置以及定位凸耳形状以及板材尺寸，机械铣加工出热蠕变塑性成形所需的带定位凸耳的板材；
步骤四：将步骤三制备的板材在折弯机上进行预折弯；
步骤五：将步骤一制作的热蠕变塑性成形模具加热至热蠕变塑性成形温度T后，把步骤四折弯的板材放于热蠕变塑性成形模具的下模3上，控制上模4逐渐向下模3运动，直至上模4和下模3合模完全，保压一定的时间，取出零件；
步骤六：划线切除步骤五中成型的零件的两侧定位凸耳。
热蠕变塑性成形模具包括上模4、下模3，上模4的成型面和下模3的成型面分别与最终加工成型的壁板的外形表面一致，定位装置在下模3的水平面上；脱模孔2分布在下模3的曲面和斜面上，定位孔1分布在下模3顶部；筋槽5相互垂直并交叉分布在下模3与上模4对应的成型面上，方形凸台6为各筋槽5之间围成的部分。
热蠕变塑性成形模具下模3上的筋槽5的宽度W筋槽满足公式 其中，W筋为最终加工成型的壁板加强筋的宽度，T为热蠕变塑性成形温度，α零件和α模具分别为最终加工成型的壁板和模具在热蠕变塑性成形温度下的材料先膨胀系数；方形凸台6高度 其中，H减重槽为最终加工成型的壁板减重槽的深度。
步骤二中热蠕变塑性成形所需平面板材的两侧有定位凸耳，定位凸耳上的通孔分别为圆孔或长圆孔。
步骤四将板材在数控折弯机上预折弯，折弯角度δ0与最终加工成型的壁板的折弯角度δ的关系为：δ0≥30％δ。
步骤五热蠕变塑性成形温度T为300～400℃，上模4的下移速度v为0.5～5mm/s，保压时间为5-30min。
实施例1：
以某铝合金变厚度异形壁板为例，其形状尺寸见图1，零件材料为5A06铝合金，零件沿折弯线方向长度为650mm，折弯角分别为130°、140°，另外斜面宽度为110mm，水平面宽度为216mm，折弯处倒角为R5，曲面的弧度为R280mm。最厚部位在加强筋处，厚度为8mm，最薄部位在减重槽处，厚度为2.2mm，加强筋宽度为10mm。
铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法具体步骤如下：
步骤一，设计热蠕变塑性成形模具：根据需要成形的铝合金变厚度异形壁板的外形尺寸，考虑材料冷热过程的线性膨胀与缩放，制作变厚度异形壁板热蠕变塑性成形模具，模具的定位装置在下模的水平面中间位置，脱模孔2分布在下模3的曲面和斜面上，且每侧对称分布两个，下模3上的筋槽5宽度W筋槽＝15mm，下模3上的方形凸台6高度H凸台＝2.5mm，如图2所示；
步骤二，进行平面展开：根据需要成形的铝合金变厚度异形壁板的外形尺寸、加强筋形状以及定位位置，可知，热蠕变塑性成形所需板材尺寸为8*780*533mm，其中定位凸耳两端均为长圆孔；
步骤三，变厚度加强筋平板的制备：根据步骤二确定的平面板材的外形尺寸、加强筋以及定位凸耳形状，机械铣加工出成形所需带定位凸耳的板材形状，如图3所示；
步骤四，将步骤三制备的板材进行在折弯机上进行预折弯，折弯角度δ0与最终零件折弯角度δ的关系：δ0＝50％δ，如图4所示；
步骤五，将步骤一制作的热蠕变塑性成形模具加热至热成形温度T＝350℃，把步骤四折弯的板材放于热蠕变塑性成形模具的下模3上，然后上模4以v＝1mm/s向下模运动，如图5所示，直至上模4和下模3闭合即合模完全，然后保压(保压时间t＝15min)再取出零件，至此板材热蠕变塑性成形完毕，则零件如图5所示；
步骤六，划线切除两侧定位凸耳。
采用此方法制备的铝合金变厚度异形壁板尺寸精度为±0.5mm，型面精度为±0.6mm，表面粗糙度Ra3.5，比现有方法制造成本降低18％，脱模效率提高18％。
在步骤一所述的热蠕变塑性成形模具下模3上的脱模孔2斜面和曲面的数量均为三个时，零件脱模效率提高20％，尺寸精度提高到±0.3mm，型面精度提高到±0.3mm。
在步骤一所述的热蠕变塑性成形模具下模3上方形凸台6高度H凸台≥2.8mm，零件脱模效率提高到25％。
在步骤二所述的确定的定位凸耳为一端为圆孔，一端为长圆孔时，零件尺寸精度提高到±0.3mm。
在步骤四所述的预折弯角度δ0与最终零件折弯角度δ的关系：δ0≥75％δ时，零件的尺寸精度提高到±0.2mm，型面精度提高到±0.3mm。
在步骤五所述上模4下移速度v＝0.5mm/s，保压时间t＝30min时，零件的型面精度可提高到±0.2mm，表面粗糙度Ra2.6。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变成形方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：根据待加工壁板的外形尺寸、材料冷热过程的线性膨胀与缩放，制作待加工变厚度异形壁板的热蠕变塑性成形模具，所述的热蠕变塑性成形模具上设有定位孔(1)和脱模孔(2)；
步骤二：根据待加工壁板的外形尺寸、加强筋形状以及定位装置，确定出热蠕变塑性成形所需的平面板材厚度、加强筋在平面板材上的位置、定位凸耳形状以及平面板材尺寸；
步骤三：根据步骤二确定的平面板材的外形尺寸、加强筋位置以及定位凸耳形状以及板材尺寸，机械铣加工出热蠕变塑性成形所需的带定位凸耳的板材；
步骤四：将步骤三制备的板材在折弯机上进行预折弯；
步骤五：将步骤一制作的热蠕变塑性成形模具加热至热蠕变塑性成形温度T后，把步骤四折弯的板材放于热蠕变塑性成形模具的下模(3)上，控制上模(4)逐渐向下模(3)运动，直至上模(4)和下模(3)合模完全，保压一定的时间，取出零件；
步骤六：划线切除步骤五中成型的零件的两侧定位凸耳。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，其特征在于：所述热蠕变塑性成形模具包括上模(4)、下模(3)，上模(4)的成型面和下模(3)的成型面分别与最终加工成型的壁板的外形表面一致，定位装置在下模(3)的水平面上；脱模孔(2)分布在下模(3)的曲面和斜面上，定位孔(1)分布在下模(3)顶部；筋槽(5)相互垂直并交叉分布在下模(3)与上模(4)对应的成型面上，方形凸台(6)为各筋槽(5)之间围成的部分。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，其特征在于：所述热蠕变塑性成形模具下模(3)上的筋槽(5)的宽度W筋槽满足公式其中，W筋为最终加工成型的壁板加强筋的宽度，T为热蠕变塑性成形温度，α零件和α模具分别为最终加工成型的壁板和模具在热蠕变塑性成形温度下的材料线膨胀系数。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，其特征在于：所述方形凸台(6)高度其中，H减重槽为最终加工成型的壁板减重槽的深度。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，其特征在于：所述步骤二中热蠕变塑性成形所需平面板材的两侧有定位凸耳，定位凸耳上的通孔分别为圆孔或长圆孔。
6.根据权利要求5所述的变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，其特征在于：所述步骤四中，将板材在数控折弯机上预折弯，折弯角度δ0与最终加工成型的壁板的折弯角度δ的关系为：δ0≥30％δ。
7.根据权利要求1或2所述的变厚度异形壁板热蠕变塑性成形方法，其特征在于：所述步骤五中，热蠕变塑性成形温度T为300～400℃，上模(4)的下移速度v为0.5～5mm/s，保压时间为5～30min。
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