CN109590383A - 一种异形钣金结构件超塑成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形钣金结构件超塑成形方法，其中所述方法包括：依据待制备的异形钣金结构件尺寸制备模具；按照异形钣金结构件的尺寸，对模具的型腔进行放大加工；裁剪制备异形钣金结构件所需板料；将模具安装在超塑成形设备上；将板料放入下模具上，以预设温度进行加热并控制上模具下行，推动板料向下模具凹面位置运动直至所述上模具和下模具合模；按照预设加工条件对合模后的模具和板料进行处理，制备得到异形钣金结构件中间件；将异形钣金结构件中间件与模具分离；对异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到异形钣金结构件。该方法制备的异形钣金结构件在零件尺寸精度、型面精度、表面质量、加工效率以及制造成本等方面均具有显著优势。

Description

一种异形钣金结构件超塑成形方法

技术领域

本发明属于精密钣金加工技术领域，尤其涉及一种异形钣金结构件超塑成形方法。

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，铝合金复杂型面钣金结构件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。

在板材成形领域，铝合金钣金件常用制造方法主要有冷成形和拼焊成形两种。由于铝合金延伸率不高、回弹较大，冷成形制备的铝合金钣金件容易开裂，产生较大回弹，尺寸精度和型面精度难以保证。拼焊成形结构强度难以保证，表面质量不高，减重效果较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供了一种异形钣金结构件超塑成形方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种异形钣金结构件超塑成形方法，其中，所述方法包括：依据待制备的异形钣金结构件尺寸制备模具；其中，所述模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具的边缘均包含减重槽、定位槽和压边，所述上模具上还设置有进气道和出气口；按照所述异形钣金结构件的尺寸，对所述模具的型腔进行放大加工；裁剪制备所述异形钣金结构件所需板料；将所述模具安装在超塑成形设备上，其中，上模具和下模具间保持非合模状态；将所述板料放入所述下模具上，以预设温度进行加热并控制所述上模具下行，推动所述板料向所述下模具凹面位置运动直至所述上模具和所述下模具合模；按照预设加工条件对合模后的所述模具和所述板料进行处理，制备得到异形钣金结构件中间件；将所述异形钣金结构件中间件与所述模具分离；对所述异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到所述异形钣金结构件。

可选的，所述模具的型腔的尺寸放大量为3‰～7‰。

可选的，所述裁剪制备所述异形钣金结构件所需板料的步骤，包括：根据所述异形钣金结构件尺寸和所述模具的型腔尺寸计算所述异形钣金结构件的展开图；从钣金板材上裁剪得到所述展开图对应的子钣金板材；对所述子钣金板材进行清理、打磨得到制备所述异形钣金结构件所需板料。

可选的，所述按照预设加工条件对合模后的所述模具和所述板料进行处理，制备得到异形钣金结构件中间件的步骤，包括：打开所述上模具进气孔同时关闭所述上模具的出气孔，打开所述超塑成形设备的进气阀通过所述进气孔对所述模具进行加压，所述模具中压力达到预设压力后继续保压预设时长，制备得到异形钣金结构件中间件。

可选的，所述将所述异形钣金结构件中间件与所述模具分离的步骤，包括：打开所述上模具的出气孔关闭所述上模具的进气孔和所述进气阀，关闭加热炉停止对所述模具加热；通过所述超塑成形设备的循环水冷却所述模具；打开所述加热炉门使所述上模具上行后，取出所述异形钣金结构件中间件。

可选的，所述对所述异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到所述异形钣金结构件的步骤，包括：采用机械加工方式去除所述异形钣金结构件中间件的边缘余量；采用碱洗、酸洗工艺对去除边缘余量后的所述异形钣金结构件中间件进行表面清洁，得到所述异形钣金结构件。

可选的，所述钣金板材为型号为铝合金板材。

可选的，所述预设温度为450℃～470℃。

可选的，所述上模下行速度为5mm/s，所述预设压力为50吨，所述进气阀所通气源为氩气，所述氩气压力为1～3MPa。

可选的，所述模具的材质为5CrMnMo或5CrNiMo热作模具钢。

本发明具有以下优点：

本发明实施例公开了一种异形钣金结构件超塑成形方法，采用超塑成形方法制备异形钣金结构件，与冷成形相比，可有效避免回弹、开裂等缺陷的产生；与拼焊成形相比，成形精度和整体强度更高；采用超塑成形方法制备的异形钣金结构件在零件尺寸精度、型面精度、表面质量、加工效率以及制造成本等方面均具有显著优势。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种异形钣金结构件超塑成形方法的步骤流程图；

图2为异形钣金结构件及相应模具整体示意图；

图3为异形钣金结构件所需板料安装示意图；

图4为上模具下底面示意图；

图5为下模具上底面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

参照图1，示出了本发明实施例所述的一种异形钣金结构件超塑成形方法的步骤流程图。

本发明实施例提供的异形钣金结构件超塑成形方法包括以下步骤：

步骤101：依据待制备的异形钣金结构件尺寸制备模具。

本发明实施例中以制备某个大尺寸负角度异形钣金结构件为例进行说明。该异形钣金结构件的形状与相应上模具、下模具的结构示意图见图2。异形钣金结构件包括：整体弧面结构，上多个长方体凸起槽，同时每个凸起槽带有反向凹槽，正面边缘有长条形弧形槽。其中，磨具包括上模具201和下模具202，上模具201和下模具202的边缘均包含减重槽、定位槽和压边，上模具上还设置有进气道和出气口。采用超塑性方法通过该模具制备出的异形钣金结构件见图2中所示的203。

上模具的下底面示意图如图4所示，上模具的下底面上设置有凸槽2011和压边圈2012，如图3所示，上模具的边缘处还设置有减重槽2013。下模具的上底面示意图如图5所示，下模具的上底面上除设置有定位槽2021外，还设置有型腔2022。

模具的材质可以为5CrMnMo或5CrNiMo热作模具钢。

制备异形钣金结构件的板材材料可以为铝合金，更加优选地可以为型号为5083的铝合金，该种铝合金材料具体良好的延展性和可塑性。具体实现过程中，在制备壁厚不小于3.5mm异形钣金结构件时，铝合金板材的宽度和长度方向最远距离需分别为900mm和3100mm，壁厚4mm。

步骤102：按照异形钣金结构件的尺寸，对模具的型腔进行放大加工。

模具的型腔的尺寸放大量为3‰～7‰，优选地将放大量设置为5‰。

步骤103：裁剪制备异形钣金结构件所需板料。

一种优选地裁剪制备异形钣金结构件所需板料的方式如下：

首先，根据异形钣金结构件尺寸和模具的型腔尺寸计算所述异形钣金结构件的展开图；

其次，从钣金板材上裁剪得到所述展开图对应的子钣金板材；

钣金板材也可以为铝合金板材。

最后，对子钣金板材进行清理、打磨得到制备异形钣金结构件所需板料。

步骤104：将模具安装在超塑成形设备上。

其中，上模具和下模具间保持非合模状态。超塑成形设备用于对放入模具中的板料进行加热、加压等操作后，完成塑形。

步骤105：将板料放入下模具上，以预设温度进行加热并控制上模具下行，推动板料向下模具凹面位置运动直至上模具和下模具合模。

将异形钣金结构件所需板料204放入下模具202上后，结构示意图如图3所示。其中，板料204的尺寸可以为：长度3100mm，宽1200mm，壁厚4mm。

板料204放入超塑成形下模具202上并关闭超塑成形设备的加热炉门进行加热，超塑成形温度可选取480℃，到达温度后保温一定时间。上模具下行，推动板料向下模具凹面位置进给，进给速度可以设置为5mm/s，直至上下模具合模，合模后的板料边缘被压紧，上模具进气孔打开同时出气孔关闭。

预设温度即超塑成形温度，预设温度可以设置为450℃～470℃；上模下行速度除可以设置为5mm/s外，还可以设置为其他值，例如4mm/s或6mm/s等，具体速度值可由本领域技术人员根据实际需求进行设置。

步骤106：按照预设加工条件对合模后的模具和板料进行处理，制备得到异形钣金结构件中间件。

在对合模后的板料进行加工处理，得到异形钣金结构件中间件时，可以通过如下操作完成：打开上模具进气孔同时关闭所述上模具的出气孔，打开超塑成形设备的进气阀通过进气孔对所述模具进行加压，模具中压力达到预设压力后继续保压预设时长，板料在压力作用下成形，最终制备得到异形钣金结构件中间件。

优选地，预设压力为50吨，进气阀所通气源为氩气，氩气压力为1～3MPa。

该种优选方式中将氩气压力设置为1～3MPa，可使异形钣金结构件成形效率比现有技术提高20％。

步骤107：将异形钣金结构件中间件与模具分离。

在将异形钣金结构件中间件与模具分离时，可首先打开上模具的出气孔关闭上模具的进气孔和进气阀，关闭加热炉停止对模具加热；然后，通过超塑成形设备的循环水冷却模具；最后，打开加热炉门使上模具上行后，取出异形钣金结构件中间件。

步骤108：对异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到异形钣金结构件。

对异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到异形钣金结构件时，具体可以采用机械加工方式去除异形钣金结构件中间件的边缘余量；采用碱洗、酸洗工艺对去除边缘余量后的异形钣金结构件中间件进行表面清洁，得到异形钣金结构件。

通过本发明实施例提供的异形钣金结构件所成形的铝合金异形钣金件，尺寸精度为±0.1mm，型面精度±0.3mm，表面粗糙度Ra3.2，壁厚可控制在相较于铝合金异形钣金件制作方法，成本可节约20％，效率可提高15％，制备所得铝合金异形钣金件可减重10％。整体性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；不仅如此，采用超塑成形可以有效控制壁厚局部减薄，起到明显减重效果；此外，采用超塑成形能有效减少后续加工量，提高效率，降低成本。

本发明实施例提供的采用超塑成形方法制备异形钣金结构件，与冷成形相比，可有效避免回弹、开裂等缺陷的产生；与拼焊成形相比，成形精度和整体强度更高；采用超塑成形方法制备的异形钣金结构件在零件尺寸精度、型面精度、表面质量、加工效率以及制造成本等方面均具有显著优势。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述方法包括：

依据待制备的异形钣金结构件尺寸制备模具；其中，所述模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具的边缘均包含减重槽、定位槽和压边，所述上模具上还设置有进气道和出气口；

按照所述异形钣金结构件的尺寸，对所述模具的型腔进行放大加工；

裁剪制备所述异形钣金结构件所需板料；

将所述模具安装在超塑成形设备上，其中，上模具和下模具间保持非合模状态；

将所述板料放入所述下模具上，以预设温度进行加热并控制所述上模具下行，推动所述板料向所述下模具凹面位置运动直至所述上模具和所述下模具合模；

按照预设加工条件对合模后的所述模具和所述板料进行处理，制备得到异形钣金结构件中间件；

将所述异形钣金结构件中间件与所述模具分离；

对所述异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到所述异形钣金结构件。

2.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述模具的型腔的尺寸放大量为3‰～7‰。

3.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述裁剪制备所述异形钣金结构件所需板料的步骤，包括：

根据所述异形钣金结构件尺寸和所述模具的型腔尺寸计算所述异形钣金结构件的展开图；

从钣金板材上裁剪得到所述展开图对应的子钣金板材；

对所述子钣金板材进行清理、打磨得到制备所述异形钣金结构件所需板料。

4.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述按照预设加工条件对合模后的所述模具和所述板料进行处理，制备得到异形钣金结构件中间件的步骤，包括：

打开所述上模具进气孔同时关闭所述上模具的出气孔，打开所述超塑成形设备的进气阀通过所述进气孔对所述模具进行加压，所述模具中压力达到预设压力后继续保压预设时长，制备得到异形钣金结构件中间件。

5.根据权利要求4所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述将所述异形钣金结构件中间件与所述模具分离的步骤，包括：

打开所述上模具的出气孔关闭所述上模具的进气孔和所述进气阀，关闭加热炉停止对所述模具加热；

通过所述超塑成形设备的循环水冷却所述模具；

打开所述加热炉门使所述上模具上行后，取出所述异形钣金结构件中间件。

6.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述对所述异形钣金结构件中间件进行机加工切除余量，得到所述异形钣金结构件的步骤，包括：

采用机械加工方式去除所述异形钣金结构件中间件的边缘余量；

采用碱洗、酸洗工艺对去除边缘余量后的所述异形钣金结构件中间件进行表面清洁，得到所述异形钣金结构件。

7.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于：所述钣金板材为型号为铝合金板材。

8.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于：所述预设温度为450℃～470℃。

9.根据权利要求4所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于，所述上模下行速度为5mm/s，所述预设压力为50吨，所述进气阀所通气源为氩气，所述氩气压力为1～3MPa。

10.根据权利要求1所述的异形钣金结构件超塑成形方法，其特征在于：所述模具的材质为5CrMnMo或5CrNiMo热作模具钢。