CN111195678A - 一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法 - Google Patents

Abstract

一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法，包括：先剪出两块构件板料；将两块构件板料固定成加强板，用透气毡完全包覆后置于模具型面上，靠近模具型面的为第一构件板料，远离模具型面的为第二构件板料；将真空袋粘贴在模具边缘使真空袋与模具形成封闭空间；对封闭空间抽真空使加强板与模具型面趋近或保持贴合后，放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，完成后将各板料及模具分离；铣削掉第一构件板料的余量板；再对第二构件板料重复上述加强板的真空蠕变时效成形过程，完成第二块构件。本发明能够实现大型薄壁构件的精确形性一体化成形，有效抑制了弱刚度的构件在蠕变时效成形过程中出现的局部屈曲失稳状况，同时能节约材料和成形时间。

Description

一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法

技术领域

本发明涉及薄壁构件制造技术领域，具体涉及到一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法。

背景技术

大型复杂曲面薄壁构件被广泛应用于航空航天工业中，其质量及性能优劣直接影响到相关产品的可靠性。为了使该双曲结构的薄壁构件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。蠕变时效成形技术主要基于材料蠕变和时效特性，具有安全性和可重复性且能够在生产壁板零件时同时满足成形性要求。首先，在常温下通过一定的加载方式使制件产生弹性变形，并保持这种变形；然后将其与工装一起放入加热设备中保温一段时间，使其内部组织和性能发生改变从而使部分弹性变形转化为塑性变形。

在大型薄壁双曲结构构件的实际生产中发现，当要制作的构件厚度小于一定尺寸时，构件板料在弯曲蠕变时效成形过程中会发生局部屈曲失稳现象，且屈曲失稳具有变形大和突然性，不能形成所需要的具有双曲结构的构件。同时，大曲率椭球构件在蠕变时效成形加载过程拉压应力、弹塑性变形并存，目前已有的时效成形方法难以适用这类构件。

因此，亟须针对大型薄壁构件提出一种新的蠕变时效成形方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法，以解决背景技术中提出的大型薄壁构件在弯曲蠕变时效成形过程中会发生局部屈曲失稳现象的问题。

本发明的技术方案是一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法，所述方法包括：先将铝合金胚料裁剪出两块外轮廓一致的包含构件展开体的构件板料，所述构件板料中构件展开体之外的板料为余量板；将两块构件板料紧密贴合并固定在一起形成加强板；将加强板置于模具型面上，其中靠近模具型面的构件板料为第一构件板料，远离模具型面的构件板料为第二构件板料，且用透气毡将加强板完全包覆；在模具的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具共同形成封闭空间；真空袋上设置有与真空泵相连的真空嘴，通过真空嘴对封闭空间抽真空，使加强板与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；将加强板与模具放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将两块构件板料以及模具分离；铣削掉成形后第一构件板料的余量板，即完成第一块大型薄壁构件的制作；再用透气毡将经过上述处理的第二构件板料完全包覆；在模具的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具共同形成封闭空间；通过真空嘴对封闭空间抽真空，使第二构件板料与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；再将第二构件板料与模具放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将第二构件板料以及模具分离；铣削掉成形后第二构件板料的余量板，即完成第二块大型薄壁构件的制作。

在一种具体的实施方式中，所述铝合金胚料裁剪成构件板料时，分别对两块构件板料的厚度方向的一侧面中构件展开体所在区域内进行铣削，铣削形成的区域即为减薄区，形成所述减薄区以使得所述构件板料的重量降低，减薄区与构件展开体的外边缘之间留出一圈具有一定宽度且用于构件之间焊接的外网格区，外网格区之外即为余量板对应的余量区；所述构件板料进行了铣削的侧面即为减薄面，构件板料未进行铣削的侧面即为非减薄面；第一构件板料的非减薄面与第二构件板料的减薄面进行紧密贴合；在将两块构件板料紧密贴合之前，分别将硅胶填充在两块构件板料的减薄面对应的减薄区被铣削掉的位置，并用热敏胶带沿填充的硅胶位置的四周固定。

在一种具体的实施方式中，所述外网格区的宽度为20～100mm；所述减薄区铣削后的构件板料厚度为铣削前的构件板料厚度的30％～50％；所述硅胶的填充厚度设置为跟外网格区与减薄区的厚度差值有关。

在一种具体的实施方式中，所述两块构件板料紧密贴合并固定在一起是通过在第一构件板料的余量板上钻螺纹孔、在第二构件板料上与第一构件板料螺纹孔对应的位置钻通孔，并使用与螺纹孔对应的螺栓穿过通孔与螺纹孔螺纹连接来进行固定，且固定后的螺栓不凸出至第一构件板料外。

在一种具体的实施方式中，在真空袋粘贴在密封胶上之前，先用硅胶将螺栓所在位置覆盖，并用热敏胶带固定，再用透气毡包裹住硅胶覆盖的区域。

在一种具体的实施方式中，所述螺栓为强度等级大于等于8.8的螺栓。

在一种具体的实施方式中，所述螺栓长度等于两块构件板料的厚度之和。

在一种具体的实施方式中，所述两块构件板料的厚度均为2～10mm；且两块构件板料的厚度之和大于6mm。

本发明的有益效果包括：

本发明所述方法能够实现大型薄壁构件的精确形性一体化成形，有效抑制了弱刚度的构件在蠕变时效成形过程中出现的局部屈曲失稳状况，同时能够节约材料和成形时间。

本发明构件采用了减薄区与外网格区配合的方式，减薄区能降低构件整体的重量，而外网格区又能保证不影响后期构件成形后的焊接。

本发明采用硅胶填充减薄区能有效防止真空蠕变时效成形过程中减薄区产生不需要的变形，保障了构件的整体形状不受影响。

本发明采用螺栓与螺纹孔连接的方式对构件板料和辅助板进行紧固，既满足了紧固连接的需要又不会对构件的性能产生其他影响。

本发明采用透气毡包裹构件板料、并用硅胶将螺栓所在位置覆盖，充分保护真空袋在真空蠕变时效成形过程中不受破坏，从而使成形工艺顺利进行。

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为本发明中构件板料的示意图。

图2为本发明中构件板料填充硅胶后的示意图。

图3为本发明中加强板置于模具上的示意图。

其中，1、构件板料；3、模具；4、硅胶；5、螺栓；11、构件展开体；12、余量板；111、减薄区；112、外网格区；1a、减薄面；1b、非减薄面；3a、模具型面；1A、第一构件板料；1B、第二构件板料。

具体实施方式

以下结合附图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

本发明提供一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法，以一种大型薄壁双曲率构件为例进行说明。

S1、先对出厂的厚度为5mm、牌号为2219的铝合金板胚料进行裁剪，裁剪出两块包含构件展开体11的构件板料1，优选裁剪成两块上底为743mm、下底为1419mm、高为1394mm的等腰梯形板。如图1所示。在两块构件板料1内标识出构件展开体11的区域，沿构件展开体11的区域边缘向内预留一圈50mm宽的外网格区112，对构件展开体外网格区112以内的区域进行铣削，铣削去3mm形成2mm厚的减薄区111。构件板料1进行了铣削的侧面即为减薄面1a，构件板料1未进行铣削的侧面即为非减薄面1b。所述构件板料整体面积大而厚度薄，呈现弱刚度的特性。且构件板料1通过在构件展开体11的区域设置减薄区111和外网格区112，使得最终成形的构件将具有变刚度的特性，减薄区111能减轻构件的整体重量，而外网格区112又能保证不影响后期构件成形后的焊接。

S2、将两块构件板料1分别称为第一构件板料1A和第二构件板料1B。构件板料1上的构件展开体11之外的板料即余量板12，余量板12对应的区域即为余量区。在第一构件板料1A的余量板12上钻螺纹孔；在第二构件板料2上与第一构件板料螺纹孔对应的位置钻与第一构件板料螺纹孔相配合的通孔。

S3、将硅胶4分别填充在两块构件板料1的减薄面1a对应的减薄区111被铣削掉的位置，并均用热敏胶带沿填充的硅胶位置的四周固定。所述硅胶4为耐高温硅胶，所耐受的高温温度高于热压罐进行真空热压蠕变时效成形的温度。所述硅胶4的填充厚度设置为跟外网格区112与减薄区111的厚度差值有关。当所述外网格区厚度为5mm、减薄区厚度为2mm，则二者厚度的差值为3mm，设硅胶的线膨胀系数为α，则需要填充硅胶的厚度为3/(α+1)mm。

S4、将两块构件板料1紧密贴合，并用与螺纹孔对应的螺栓穿过通孔与螺纹孔螺纹连接紧固成一体。两块构件板料1紧密贴合时，是第一构件板料1A的非减薄面1b与第二构件板料1B的减薄面1a紧密贴合。所述螺栓5为强度等级大于等于8.8的螺栓。所述螺栓5长度等于两块构件板料1的厚度之和，该长度的螺栓5能确保固定后的螺栓不凸出至第一构件板料1A外，从而不会对后期的热压罐内真空蠕变时效成形产生影响。两块构件板料1紧固成一体即为加强板。两块构件板料1紧密贴合并固定的方式优选螺纹连接的方式；不优选焊接是因为两块构件板料1均非常薄，而焊接的温度能达到2000℃，会使构件板料1产生变形，且还会影响构件的性能；不优选高温金属胶粘接是因为粘接不够牢，而此处对两块构件板料1之间连接强度要求较高。

S5、将加强板置于模具型面3a上，其中加强板的第一构件板料1A的减薄面一侧与模具型面3a相对，且用透气毡将加强板完全包覆。

S6、用条状硅胶将螺栓5所在位置覆盖，并用热敏胶带固定，再用透气毡包裹住硅胶覆盖的区域，使硅胶不会与真空袋接触。

S7、在模具3的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具共同形成封闭空间。真空袋会完全覆盖加强板的上方，并与模具3共同形成封闭空间。用透气毡将加强板完全包覆以及用条状硅胶将螺栓所在位置覆盖均是为了保护真空袋在热压罐内真空蠕变时效成形时不被破坏。

S8、真空袋上设置有与真空泵相连的真空嘴，通过真空嘴对封闭空间抽真空，使加强板与模具型面3a尽可能地趋近贴合或保持贴合。

S9、将加强板与模具3放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将两块构件板料1以及模具3分离。真空蠕变时效成形过程中，热压罐外的真空泵仍通过管道对封闭空间抽真空。

S10、铣削掉成形后第一构件板料1A的余量板12，即完成第一块大型薄壁构件的制作。

S11、用透气毡将经过上述处理的第二构件板料1B完全包覆，重新置于模具上，且第二构件板料1B的减薄面一侧与模具型面3a相对。

S12、在模具3的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具3共同形成封闭空间。

S13、真空袋上设置有与真空泵相连的真空嘴，通过真空嘴对封闭空间抽真空，使第二构件板料1B与模具型面3a尽可能地趋近贴合或保持贴合。

S14、将第二构件板料1B与模具3放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将第二构件板料1B与模具3分离。

S15、铣削掉成形后第二构件板料1B的余量板，即完成第二块大型薄壁构件的制作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大型薄壁构件节约型蠕变时效成形方法，所述方法包括：先将铝合金胚料裁剪出两块外轮廓一致的包含构件展开体(11)的构件板料(1)，所述构件板料(1)中构件展开体(11)之外的板料为余量板(12)；将两块构件板料(1)紧密贴合并固定在一起形成加强板；将加强板置于模具型面(3a)上，其中靠近模具型面(3a)的构件板料(1)为第一构件板料(1A)，远离模具型面(3a)的构件板料(1)为第二构件板料(1B)，且用透气毡将加强板完全包覆；在模具(3)的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具(3)共同形成封闭空间；真空袋上设置有与真空泵相连的真空嘴，通过真空嘴对封闭空间抽真空，使加强板与模具型面(3a)尽可能地趋近贴合或保持贴合；将加强板与模具(3)放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将两块构件板料(1)以及模具(3)分离；铣削掉成形后第一构件板料(1A)的余量板(12)，即完成第一块大型薄壁构件的制作；再用透气毡将经过上述处理的第二构件板料(1B)完全包覆；在模具(3)的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具(3)共同形成封闭空间；通过真空嘴对封闭空间抽真空，使第二构件板料(1B)与模具型面(3a)尽可能地趋近贴合或保持贴合；再将第二构件板料(1B)与模具(3)放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将第二构件板料(1B)以及模具(3)分离；铣削掉成形后第二构件板料(1B)的余量板(12)，即完成第二块大型薄壁构件的制作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金胚料裁剪成构件板料(1)时，分别对两块构件板料(1)的厚度方向的一侧面中构件展开体(11)所在区域内进行铣削，铣削形成的区域即为减薄区(111)，形成所述减薄区以使得所述构件板料(1)的重量降低，减薄区(111)与构件展开体(11)的外边缘之间留出一圈具有一定宽度且用于构件之间焊接的外网格区(112)，外网格区(112)之外即为余量板(12)对应的余量区；所述构件板料(1)进行了铣削的侧面即为减薄面(1a)，构件板料(1)未进行铣削的侧面即为非减薄面(1b)；第一构件板料(1A)的非减薄面(1b)与第二构件板料(1B)的减薄面(1a)进行紧密贴合；在将两块构件板料(1)紧密贴合之前，分别将硅胶(4)填充在两块构件板料(1)的减薄面(1a)对应的减薄区(111)被铣削掉的位置，并用热敏胶带沿填充的硅胶位置的四周固定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述外网格区(112)的宽度为20～100mm；所述减薄区(111)铣削后的构件板料厚度为铣削前的构件板料厚度的30％～50％；所述硅胶(4)的填充厚度设置为跟外网格区(112)与减薄区(111)的厚度差值有关。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两块构件板料(1)紧密贴合并固定在一起是通过在第一构件板料(1A)的余量板(12)上钻螺纹孔、在第二构件板料(1B)上与第一构件板料螺纹孔对应的位置钻通孔，并使用与螺纹孔对应的螺栓(5)穿过通孔与螺纹孔螺纹连接来进行固定，且固定后的螺栓(5)不凸出至第一构件板料(1A)外。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在真空袋粘贴在密封胶上之前，先用硅胶将螺栓(5)所在位置覆盖，并用热敏胶带固定，再用透气毡包裹住硅胶覆盖的区域。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述螺栓(5)为强度等级大于等于8.8的螺栓。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述螺栓(5)长度等于两块构件板料(1)的厚度之和。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两块构件板料(1)的厚度均为2～10mm；且两块构件板料(1)的厚度之和大于6mm。

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