CN111575615B - 一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法 - Google Patents

一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，包括先在母材铝合金板上表面的周边位置粘贴固定约束板，然后将约束板与母材铝合金板一起包裹进透气毡，并铺贴真空袋形成封闭空间，抽真空处理后将前述处理好的整体和模具一同放入热压罐中进行蠕变时效成形得到复杂曲率的铝合金构件。本发明考虑加载过程中构件刚度不够，受压屈曲，通过在构件承载侧配置约束板来抑制屈曲，不需要进行额外的施加压边力的装置，能够应用于蠕变时效成形所常用的热压罐装置中，有效抑制了屈曲的产生，提高了成形质量；降低了真空膜破损的风险，提高了成形精度，增大了构件成功的机率；同时，板材成形前不需要预留压边面积，有利于构件的近净成形。

Description

一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法
技术领域
本发明涉及复杂曲率铝合金构件精确成形制造技术领域，特别地，涉及一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法。
背景技术
板料尤其是薄壁构件在成形过程中由于受力的复杂性，会有多种变形形式，拉伸变形和压缩变形是主要的两种变形形式。在大变形过程中，如果拉力或者压力太大，板材就会出现拉伸失稳或者压缩失稳现象，具体表现为拉伸失稳导致破裂，压缩失稳表现为起皱。起皱的根本因素在于压应力过大。失稳起皱，也称为屈曲，为薄壁构件的主要成形缺陷，是板材受到较大压应力失去原来平衡状态，出现异常变形的现象。
板材类零件在冲压成形时无论采用传统或新型成形工艺，工件起皱是一种常见的成形缺陷，因此，在板材成形过程中通常采用压边装置来辅助板材成形，通过在冲压过程中通过施加压边圈抑制法兰区域(即冲压成型过程中被机械装置固定的区域)的起皱。例如申请号为201611141432.X的发明专利公开了基于多层普通金属复合板热冲压成形制作汽车B柱的方法，包括获取复合金属板作为原料板材；制作冲压模具，凸模与凹模的所有拐角处均用圆角过渡；将原料板材经剪板机裁剪成所需的轮廓形状；使裁切后的板料实现奥氏体化组织转变；用定位销将裁切后的板料定位；压边圈比凸模先接触板料，压边圈对板料完成压边之后、凸模将压边区域内的板料压向凹模内；凸模与凹模合模、冷却淬火并保压，获得冲压淬火件；采用加热保温退火工艺对冲压淬火件进行时效处理；然后用喷丸方式去除氧化皮并利用激光修边设备对冲压淬火件进行修边操作；该专利中的压边装置需要针对板材成形的目标形状进行相关设计，压边装置设计是否合理将直接影响板材成形质量，且压边装置设计、制造及安装等过程耗费大量的人力和物力。由于热压罐成形的限制，热压罐中不能设置任何对铝合金构件进行机械固定的装置，以及复杂曲率薄壁铝合金构件的成形特点，不便对边部施加额外载荷，且构件的大部分区域在开始成型时都并不与模具接触，因而复杂曲率薄壁铝合金构件更容易屈曲起皱，这也导致传统冲压成型过程中的压边圈方法难以奏效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，以解决背景技术中提出的复杂曲率薄壁铝合金构件蠕变时效成形过程中容易出现屈曲起皱的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，所述方法包括先将构件的母材铝合金板置于模具的型面上，并在所述母材铝合金板上表面的周边位置使用耐高温的胶带粘贴固定约束板，所述胶带双面含胶且粘贴设置于在上的约束板与在下的母材铝合金板之间；再将所述约束板与母材铝合金板一起包裹进透气毡，并在模具型面上铺贴真空袋将母材铝合金板和约束板密封好，对真空袋进行抽真空处理；然后将处理好的母材铝合金板、约束板和模具整体放入热压罐中，对所述母材铝合金板进行蠕变时效成形得到复杂曲率的铝合金构件；所述约束板的材质为其屈服强度与所述母材铝合金板相同或相近，所述相近是指约束板的屈服强度是母材铝合金板屈服强度的0.5～2倍，约束板的弹性模量与所述母材铝合金板相同或更高，所述约束板的厚度为所述母材铝合金板厚度的0.5～2倍，所述约束板的宽度为所述母材铝合金板的长度尺寸和宽度尺寸中最小处尺寸的10～30％。
进一步的，所述约束板的屈服强度是所述母材铝合金板屈服强度的0.8～1.2倍。
进一步的，所述约束板的材质为Q235钢或与所述母材铝合金板同等材质的铝合金材料，优选所述约束板为与所述母材铝合金板同等材质和同等厚度的铝合金材料。
进一步的，所述约束板的厚度为所述母材铝合金板厚度的0.8～1.3倍，所述约束板的宽度为所述母材铝合金板的长度尺寸和宽度尺寸中最小处尺寸的15～25％。
进一步的，所述约束板的厚度3～8mm，优选所述约束板的厚度为5～6mm。
进一步的，所述母材铝合金板为2XXX系列铝合金。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，通过在构件的母材铝合金板的承载侧配置约束板来抑制屈曲，以提高加载过程中构件的刚度，不需要额外的施加压边力的装置，能够应用于蠕变时效成形所常用的热压罐装置中，有效抑制了屈曲的产生，提高了成形质量。
(2)本发明一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，降低了真空膜破损的风险，提高了成形精度，增大了构件成功的机率。
(3)本发明一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，板材成形前不需要预留压边面积，有利于构件的近净成形。
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
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明方法中母材铝合金板与约束板以及模具配合的结构示意图；
图2是采用本发明方法得到的成形构件的示意图；
图3是对比例1方法得到的成形构件的示意图；
其中，1、母材铝合金板，2、约束板，3、模具。
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
本发明的一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，使用如图1所示的成形装置对构件进行成形，该方法包括如下具体步骤：
1)、先将某公司提供的预处理过的(即已经固溶淬火的)母材铝合金板1(平板铝合金大型贮箱瓜瓣，尺寸为1400mm×1400mm×5mm)置于已经过回弹补偿计算的模具3的型面上(模具外尺寸为2000mm×2000mm×850mm)，并在母材铝合金板1上表面的周边位置使用耐高温的胶带粘贴固定约束板2；胶带双面含胶且粘贴设置于在上的约束板2与在下的母材铝合金板1之间；其中，在约束板2的下表面铺贴一圈胶带，避免加载过程中约束板的移动。
2)、再将约束板2与母材铝合金板1一起包裹进透气毡，并在模具型面上铺贴真空袋，将母材铝合金板1及约束板2上表面铺贴真空袋形成封闭空间，再进行抽真空处理。
3)、然后将上述步骤2)处理好的母材铝合金板1、约束板2以及模具3整体放入热压罐中，设定好热压罐内的环境参数，对母材铝合金板1进行蠕变时效成形，使构件与模具紧密贴合；其中，各块约束板也随成形后的铝合金构件一起变成弯曲约束板。
4)、时效完成后将构件与模具分离，构件回弹得到复杂曲率的目标铝合金构件；所得如图2所示的目标铝合金构件无屈曲缺陷。
本实施例中，约束板2的材质为其屈服强度与母材铝合金板1相同或相近，相近是指约束板2的屈服强度是母材铝合金板1屈服强度的0.5～2倍，约束板2的弹性模量与母材铝合金板1相同或更高，约束板2的厚度为母材铝合金板1厚度的0.5～2倍，约束板2的宽度为母材铝合金板1的长度尺寸和宽度尺寸中最小处尺寸的10～30％。约束板2的屈服强度是母材铝合金板1屈服强度的0.8～1.2倍。
在一种具体的实施方式中，约束板2的材质为Q235钢或与母材铝合金板1同等材质的铝合金材料，优选约束板2为与母材铝合金板1同等材质和同等厚度的铝合金材料。
在一种具体的实施方式中，约束板2的厚度为母材铝合金板1厚度的0.8～1.3倍，约束板2的宽度为母材铝合金板1的长度尺寸和宽度尺寸中最小处尺寸的15～25％。
在一种具体的实施方式中，约束板2使用的Q235钢板，其厚度为5mm，铝合金工件为2219T35，其厚度同样是5mm，其中2219为铝合金的牌号，T35为铝合金板材的热处理状态。
对比例
1)、先将某公司提供的预处理过的(即已经固溶淬火的)母材铝合金板1(平板铝合金大型贮箱瓜瓣，尺寸为1400mm×1400mm×5mm)置于已经过回弹补偿计算的模具3上(模具外尺寸为2000mm×2000mm×850mm)。
2)、再将母材铝合金板1包裹进透气毡，在模具上表面和母材铝合金板1上表面铺贴真空袋形成封闭空间，并进行抽真空处理。
3)、然后将上述处理好的母材铝合金板1以及模具3一同放入热压罐中，设定好热压罐内的环境参数，对母材铝合金板1进行蠕变时效成形，使构件与模具紧密贴合。
4)、时效完成后将构件与模具分离，构件回弹得到复杂曲率的目标铝合金构件；在不使用约束的工艺下，所得如图3所示的目标铝合金构件发生严重屈曲，构件报废。
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 (8)

1.一种复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述方法包括先将构件的母材铝合金板(1)置于模具(3)的型面上，并在所述母材铝合金板(1)上表面的周边位置使用耐高温的胶带粘贴固定约束板(2)，所述胶带双面含胶且粘贴设置于在上的约束板(2)与在下的母材铝合金板(1)之间；再将所述约束板(2)与母材铝合金板(1)一起包裹进透气毡，并在模具型面上铺贴真空袋将母材铝合金板(1)和约束板(2)密封好，再对真空袋进行抽真空处理；然后将处理好的母材铝合金板(1)、约束板(2)和模具(3)整体放入热压罐中，对所述母材铝合金板(1)进行蠕变时效成形得到复杂曲率的铝合金构件；各块所述约束板也随成形后的铝合金构件一起变成弯曲约束板；所述约束板(2)的材质为其屈服强度与所述母材铝合金板(1)相同或相近，所述相近是指约束板(2)的屈服强度是母材铝合金板(1)屈服强度的0.5~2倍，约束板(2)的弹性模量与所述母材铝合金板(1)相同或更高，所述约束板(2)的厚度为所述母材铝合金板(1)厚度的0.5~2倍，所述约束板(2)的宽度为所述母材铝合金板(1)的长度尺寸和宽度尺寸中最小处尺寸的10~30%。
2.根据权利要求1所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述约束板(2)的屈服强度是所述母材铝合金板(1)屈服强度的0.8~1.2倍。
3.根据权利要求1所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述约束板的材质为Q235钢或与所述母材铝合金板(1)同等材质的铝合金材料。
4.根据权利要求3所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述约束板(2)为与所述母材铝合金板(1)同等厚度的铝合金材料。
5.根据权利要求1所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述约束板(2)的厚度为所述母材铝合金板(1)厚度的0.8~1.3倍，所述约束板(2)的宽度为所述母材铝合金板(1)的长度尺寸和宽度尺寸中最小处尺寸的15~25%。
6.根据权利要求1所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述约束板(2)的厚度3~8mm。
7.根据权利要求6所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述约束板(2)的厚度为5~6mm。
8.根据权利要求1所述的复杂曲率铝合金构件蠕变时效成形中抑制屈曲的方法，其特征在于，所述母材铝合金板(1)为2XXX系列铝合金。
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