CN109487185B - 一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺 - Google Patents

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Abstract

一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，将铝合金板材置于弯曲半径为800mm‑5000mm的成形模具中并固定，本发明利用蠕变时效成形时铝合金的应力松弛主要发生在加载后1‑2小时以内的特点，将整个变形量切分为多级，用加载机将板材压到第一级变形位置后进行蠕变时效，然后卸载，再压到第二级变形位置后进行蠕变时效，依次重复，最后从模具中卸载板材。本发明通过改变工装，把铝合金板料蠕变时效成形分成多级渐进式的蠕变时效成形，每一级完成一部分的变形，从而避免构件成形过程失稳、屈曲和开裂等问题，大大提升成形极限，另外总的制造时间不会增长甚至会缩短。

Description

一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺
技术领域
本发明属于机械成形制造工程技术领域，特别涉及一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺。
背景技术
铝及铝合金具有密度小、耐蚀性高、导电导热性能好等许多优点，其已成为现代航空航天的关键材料，广泛用于火箭主结构和飞机机翼壁板以及机身蒙皮的制造。近年来，航空航天大型结构件不断向轻量化，长寿命，高可靠性方向发展，服役性能也逐渐地趋于极端化，对成形技术提出了很高的要求。近年来蠕变时效成形逐渐在飞机及火箭等航空航天重大装备上得到应用。蠕变时效成形技术适用于可时效强化型铝合金的复杂外形和结构的整体构件的成形，具有成形后残余应力低、尺寸精度高、高性能等有点。然而传统的蠕变时效成形方法在难成形构件，如带高筋、网格构件或大曲率型面，在加工过程中会产生应力集中，应力高且分布不均匀等特点，使得成形过程容易发生失稳、屈曲甚至开裂而直接导致成形失败。另外，为进一步提升强度和减重，高强铝合金如铝锂合金和铝锌镁铜系合金逐渐得到应用，这些合金的屈强比大且延伸率往往较低，成形极限水平低。这些问题阻碍了蠕变时效成形技术在构件实际生产上的应用。航空航天装备的发展急需能用于难成形(带高筋、网格)和小半径大曲率高强铝合金构件的蠕变时效成形方法，以期获得性能优良成形精度高的整体构件。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，通过改变工装，把铝合金板料蠕变时效成形分成多级渐进式的蠕变时效成形，每一级完成一部分的变形，从而避免构件成形过程失稳、屈曲和开裂等问题，大大提升成形极限。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，将铝合金板材置于弯曲半径为800mm-5000mm的成形模具中并固定，将整个变形量切分为多级，用加载机将板材压到第一级变形位置后进行蠕变时效，然后卸载，再压到第二级变形位置后进行蠕变时效，依次重复，最后从模具中卸载板材。
所述成形模具的开口端弦长为1.5-9.5米，且根据实际需要可进一步调整。
所述将整个变形量切分为多级，没有局限，一般可切分为3-10级，切分时须保证每一步不会失稳屈曲。
所述模具半径小于板材成形后的半径。
所述板材的厚度一般为2mm-30mm。
所述加载机主要为液压加载，但不局限于此。
所述蠕变时效的温度选取70-165℃，每一级处理时间为0.5h-2h，蠕变应力低于材料屈服强度，一般为50-400MPa。
所述铝合金指时效硬化型铝合金，包括2xxx系、6xxx系和7xxx系。
与现有技术相比，本发明通过将蠕变时效成形分成多阶段来完成，每个阶段完成一部分成形。单一阶段加载时构件不同部位所受的应力水平较低，使得整个蠕变时效过程的失稳和屈曲开裂倾向降低，累积的变形量却不降低，成形极限加大。本发明利用蠕变时效成形时铝合金的应力松弛主要发生在加载后1-2小时以内的特点，总的制造时间不会增长甚至会缩短。本发明提供的技术可以提高整体壁板构件的成形精度，工艺的可控性强，易于保证产品质量稳定从而实现高筋和大曲率等难成形铝合金构件的蠕变时效成形。
附图说明
图1是本发明铝合金板材渐进蠕变时效成形示意图。
图2是实施例铝合金板材七级松弛曲线。
具体实施方式
以下结合实施案例对本发明方法进一步阐释并进行数据说明，但本发明不局限于这些实施例。实施例所用样品为经过80％预变形的商用2219铝合金。高温松弛时效试验在在三思泰捷公司生产的RMT-D10型电子式高温蠕变持久强度试验机上进行，试验机的控温精度为±2℃，载荷精度为±3N，变形精度为±0.002mm。
实施例：参考图1，2219铝合金在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后，得铝合金板材；再在室温下进行冷轧80％的变形处理，然后在蠕变机里进行多级松弛实验，松弛时效温度选取120℃，松弛应力选300MPa，具体实验过程为：先升温到120℃，然后加载到300MPa，进行1h的松弛时效，然后保温卸载，5min后重新加载到300MPa，进行1h的松弛时效，直至完成7次松弛时效。
表1实施例进行多级松弛时效的松弛量(MPa)
一级 二级 三级 四级 五级 六级 七级
松弛量 135 123 124 126 126 131 130
表1是使用本发明方法渐进松弛时效各个阶段的松弛量，图2是实施例铝合金板材七级松弛曲线。从数据中可以发现进行了多次时效后，松弛量并没有明显的下降。累积应力松弛量远大于初始应力水平，发生的变形量大于单次长时间蠕变成形时的变形量，证明本发明提出的渐进蠕变时效成形工艺可以通过多阶段的蠕变时效成形，避免了常规蠕变时效成形过程失稳、屈曲和开裂等常见工程问题，保证成形构件的精度和稳定性，本发明可以实现带高筋、网格及大曲率等难成形铝合金构件的蠕变时效成形。

Claims (6)

1.一种复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，其特征在于，将铝合金板材置于弯曲半径为800mm-5000mm的成形模具中并固定，将整个变形量切分为多级，每个阶段完成一部分成形，切分时保证每一步不会失稳屈曲，用加载机将板材压到第一级变形位置后进行蠕变时效，然后卸载，再压到第二级变形位置后进行蠕变时效，依次重复，最后从模具中卸载板材，所述蠕变时效的温度选取70-165℃，每一级的处理时间为0.5h-2h，蠕变应力低于材料屈服强度，为50-400MPa。
2.根据权利要求1所述复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，其特征在于，所述成形模具的开口端弦长范围为1.5-9.5米。
3.根据权利要求1所述复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，其特征在于，将整个变形量切分为3-10级。
4.根据权利要求1所述复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，其特征在于，所述板材的厚度为2mm-30mm。
5.根据权利要求1所述复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，其特征在于，所述加载机为液压加载。
6.根据权利要求1所述复杂铝合金构件的渐进蠕变时效成形工艺，其特征在于，所述铝合金指时效硬化型铝合金，包括2xxx系、6xxx系和7xxx系。
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