CN117531911B - 一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法。该方法包括：将板料加工为具有高度互不相同的M个安装端的待成型板料；基于每个安装端的横截面积，将全部第二导线分为M组第二导线；将待成型板料安装于柔性模具上，并将第一导线和第二导线分别与待成型板料和电流柜连接；接通电源，分别对包括不同安装端的M个区域施加电脉冲进行加热；当待成型板料的温度达到蠕变时效温度，通过柔性模具顶部的真空吸盘施加载荷吸附待成型板料；在载荷及高温下保持预设时间进行蠕变时效成形，然后卸掉载荷和外加的电流，冷却后得到包括边料的瓜瓣构件。本发明利用电脉冲加热阶梯形待成型板料，具有温度分布均匀，成形效率高和成形质量好的优点。
Description
技术领域
本发明属于金属构件成形技术领域，具体涉及一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法。
背景技术
箱底作为运载火箭贮箱的关键构件，目前主要采用分块成形+拼焊的方法加工，箱底包括由8-12个瓜瓣拼成的主体部及盖设于所述主体部的顶面侧的贮箱顶盖，该主体部为两端开口的圆台形，瓜瓣为具有一定弧度的等腰梯形结构。
现有技术主要通过蠕变时效成形工艺成形瓜瓣，具体地：提供与瓜瓣的展平结构相同的板料，将板料固设于成形模具的模具型面上，通过热压罐或者电脉冲对板料进行加热，使板料在预设的温度下保持一定时间以完成蠕变时效成形。在采用电脉冲对板料进行加热时，由于待成型的板料为等腰梯形结构，小端和大端对应的横截面积不相同，即为不规则形状。由于小端和大端安装的导线数量是相同的，当对该构件进行电脉冲加热时，小端电流密度大，整个板料的电流分布不均匀。而电流分布不均匀会导致以下问题：一方面，电流分布不均匀会导致板料不同部位的电子风力大小不一致，蠕变过程中，不同部位的变形行为不一致，影响成形质量；另一方面，电流分布不均匀会导致板料不同部位的焦耳热分布不均匀，从而对板料不同部位的成形影响程度不一致。
发明内容
本发明的目的在于通过改进待成型板料的结构，方便利用电脉冲加热时能较好地控制待成型板料各个区域的电流密度接近，以提供一种温度分布均匀性好的加热方式，从而提高瓜瓣构件的成形质量。
为实现上述目的，本发明提供一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，所述瓜瓣构件为曲面结构，且展平的瓜瓣构件为等腰梯形状，所述方法包括以下步骤：
步骤（1）、提供板料，并将所述板料加工为预设形状的待成型板料，所述待成型板料包括与所述瓜瓣构件的展平结构相同的主体部、及分设于位于所述主体部两侧的两个对称设置的阶梯部，每个所述阶梯部包括与所述主体部的底面平行设置的多个阶梯平台，且全部阶梯平台的长度和所述主体部的小端的长度之和与所述主体部的大端的长度之和相等，最上端的两个阶梯平台与所述主体部的顶面位于同一平面，其中，全部阶梯平台与所述主体部的小端共同形成高度互不相同的M个安装端，M为大于等于2的正整数；
步骤（2）、提供多根数量相同的第一导线和第二导线，并基于M个安装端的横截面积，将全部第二导线分为M组第二导线，M个安装端与M组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同；
步骤（3）、将所述待成型板料安装于柔性模具上，并将多根第一导线一端与所述待成型板的底端连接另一端与电流柜连接、以及每组第二导线一端与对应的安装端连接另一端与所述电流柜连接，多根第一导线和多根第二导线分别正对设置且多根第一导线和多根第二导线均匀分布；
步骤（4）、接通电源，分别对包括不同安装端的M个区域施加电脉冲，使电流从所述待成型板料的一端流向所述待成型板料的另一端来分别加热所述待成型板料的各个区域，所述M个区域的每个区域均为规则形状且每个区域施加的电流密度相同；
步骤（5）、当所述待成型板料的温度达到蠕变时效温度后，调节柔性模具使形成目标模具型面，并通过所述柔性模具顶部的真空吸盘施加载荷吸附所述待成型板料，所述目标模具型面与所述瓜瓣构件的形状相匹配；
步骤（6）、在载荷及电脉冲产生的高温下保持预设时间，使所述待成型板料进行蠕变时效成形，然后卸掉载荷和外加的电流，回弹得到包括边料的所述瓜瓣构件。
在一种具体的实施方式中，所述步骤（2）包括：
基于与电流柜连接的正分流排和负分流排的连接口数量，提供多根数量相同的第一导线和第二导线；
分别计算每个安装端的横截面积；
基于所述第二导线的总根数和每个所述安装端的横截面积，确定每个所述安装端待安装的第二导线的数量；
基于确定的每个所述安装端待安装的第二导线的数量，将全部第二导线分为M组第二导线，M个安装端与M组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同。
在一种具体的实施方式中，所述步骤（4）中，分别对多个区域错峰施加电脉冲，且施加于每个区域的脉冲电流的占空比之和小于100%。
在一种具体的实施方式中，每个安装端的横截面积相同，每个安装端对应安装的第二导线的数量相同，且每个区域的脉冲电流的占空比相同。
在一种具体的实施方式中，所述待成型板料为2195-T34态铝锂合金，其对应的蠕变时效温度为160~185℃，所述预设时间为3~20h。
在一种具体的实施方式中，在蠕变时效温度保持为185℃时，所述预设时间为3~5h；在蠕变时效温度保持为160℃时，所述预设时间为20~25h。
在一种具体的实施方式中，步骤（4）施加的电脉冲对应的脉冲参数采用如下方法确定，包括：
基于针对待成型板料的给定参数脉冲实验，确定达到目标温度的脉冲参数，所述目标温度为预设的蠕变时效成形温度，其中，所述脉冲参数包括脉冲频率、脉冲电流密度和占空比；
基于确定的脉冲参数，利用PID调节电流以控制蠕变时效变形温度保持在所述目标温度。
在一种具体的实施方式中，每个所述阶梯部的所述阶梯平台的数量为3~5个，相对应的，所述安装端的数量M为3~5个。
在一种具体的实施方式中，最上端的两个阶梯平台与所述主体部的小端共同作为一个安装端，除最上端的两个阶梯平台外的其他阶梯平台形成M-1个安装端，且位于同一高度的两个阶梯平台作为一个安装端。
在一种具体的实施方式中，所述方法还包括较形步骤，在所述较形步骤，针对包括欠成形部位或者难变形部位的矩形区域进行单独脉冲加热。
本发明的有益效果至少包括：
一、本发明提供一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，该方法将待成型板料加工为阶梯状，待成型板料由主体部和分别位于主体部两侧的阶梯部组成，每个所述阶梯部包括与所述主体部的底面平行设置的多个阶梯平台，全部阶梯平台与所述主体部的小端共同形成高度互不相同的M个安装端；在利用电脉冲进行加热时，对包括不同安装端的M个区域分别进行加热，由于每个区域均是规则的矩形区域，能够较好的控制每个区域施加的电流密度相同；这样，在进行蠕变时效成形时，待成型板料各个区域的温度分布均匀，解决了现有技术以梯形状的板料为待成型板料加热时存在的电流密度分布不均匀的问题，从而提供瓜瓣构件的成形质量。
二、本发明提供的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，利用电脉冲加热阶梯形待成型板料，具有温度分布均匀，成形效率高和成形质量好的优点。
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为本发明一实施例提供的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法的步骤流程图；
图2为本发明提供的瓜瓣构件的展平结构一个角度的结构示意图；
图3为本发明提供的待成型板料一个角度的结构示意图；
图4为梯形状的待成型板料在t=5秒的温度分布云图；
图5为梯形状的待成型板料在t=100秒的温度分布云图；
图6为梯形状的待成型板料在t=1000秒的温度分布云图；
图7为梯形状的待成型板料在稳态的温度分布云图；
图8为阶梯状的待成型板料在t=5秒的温度分布云图；
图9为阶梯状的待成型板料在t=100秒的温度分布云图；
图10为阶梯状的待成型板料在t=1000秒的温度分布云图；
图11为阶梯状的待成型板料在稳态的温度分布云图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明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多种不同实施方式。
本发明提供的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，通过将待成型板料的侧边加工为阶梯状，使待成型板料由多个具有不同长度的矩形块组成，方便在矩形块的两端布置正负极电源线，并通过控制待成型板料两端的电源线的安装数量，确保待成型板料的各个区域电流密度接近，从而达到相对温度均匀化的目的，以提高瓜瓣构件的成形质量。
请结合参阅图1至图3，本发明提供一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，所述瓜瓣构件为曲面结构，且展平的瓜瓣构件为等腰梯形状，所述方法包括以下步骤：
步骤S101、提供板料，并将所述板料加工为预设形状的待成型板料100。
在本实施例中，所述板料为具有一定厚度的矩形状轧制板。
在本发明中，所述板料为铝合金，在本实施例中，所述板料为2195-T34态铝锂合金。
在本实施例中，使用激光切割或者水切割将板料切割成预设形状的待成型板料100。
请具体参阅图2和图3，所述待成型板料100为阶梯状结构，包括与所述瓜瓣构件的展平结构200相同的主体部10、及分设于位于所述主体部10两侧的两个对称设置的阶梯部20。
在本实施例中，所述瓜瓣构件的展平结构200为上窄下宽的等腰梯形状，所述主体部10与所述瓜瓣构件的展平结构相同，即所述主体部10为等腰梯形状，由于所述主体部10具有一定的厚度，也可以理解为所述主体部10的纵截面为等腰梯形状。
在本发明中，两个阶梯部20的形状相同，每个所述阶梯部20包括与所述主体部10的底面平行设置的多个阶梯平台21，且全部阶梯平台的长度和所述主体部10的小端的长度之和与所述主体部10的大端的长度之和相等，最上端的两个阶梯平台与所述主体部10的顶面位于同一平面，其中，全部阶梯平台与所述主体部的小端共同形成高度互不相同的M个安装端，M为大于等于2的正整数。
在本实施例中，所述阶梯平台21的长度指的是图3所示X方向的长度。
在本实施例中，所述主体部10的小端指的等腰梯形的上底，所述主体部10的大端指的是等腰梯形的下底。
在本发明中，安装端的数量M与每个阶梯部的阶梯平台的数量相同，即当每个阶梯部的阶梯平台的数量为三个，则安装端的数量也为三个，当每个阶梯部的阶梯平台的数量为四个，则安装端的数量也为四个。
M个安装端具体为：最上端的两个阶梯平台与所述主体部的小端共同作为一个安装端，除最上端的两个阶梯平台外的其他阶梯平台形成M-1个安装端，且位于同一高度的两个阶梯平台作为一个安装端。即两个阶梯部中位于相同高度的阶梯平台是作为一个安装端的。
优选地，每个所述阶梯部20的所述阶梯平台21的数量为3~5个，相对应的，所述安装端的数量为3~5个。
在本实施例中，每个所述阶梯部20的所述阶梯平台21的数量为3个，安装端的数量也为3个。
优选地，每个所述安装端的横截面积相同。
在待成型板料各部分的厚度（宽度）相同的前提下，也可以理解为每个所述安装端的长度相同。
在本发明中，限定两个阶梯部20的形状相同，这样，位于同一高度的两个阶梯平台作为一个安装端可以同时施加脉冲电流，方便后续智能调节分流。可以理解的是，当两个阶梯部20的形状不相同，只要其具有阶梯平台，就能通过控制连接导线的数量，达到相对均匀的加热方法。
在本实施例中，沿着所述主体部10的侧边的延伸方式，所述阶梯部20由多个纵截面为直角三角形的三角形块依次叠设形成，多个所述三角形块向所述主体部10的底面的正投影不重合，且相邻的三角形块向述主体部10的底面的正投影相连接。
三角形块包括与所述主体部10的底面平行的第一表面、自所述第一表面垂直弯折延伸的第二表面、及连接第一表面和第二表面的侧表面，所述三角形块的第一表面为所述阶梯平台21，多个所述三角形块的第一表面形成多个相互平行设置的阶梯平台21，所述三角形块的侧表面与所述主体部的侧边抵接且相连接。
需要说明的是，在本实施例中，所述主体部10和两个阶梯部20为一体成型结构，为了描述两者的具体结构，分别命名进行具体描述。
在本实施例中，每个阶梯部20的阶梯平台的数量为3个，则每个所述阶梯部20由3个三角形块叠设形成。
步骤S102、提供多根数量相同的第一导线和第二导线，并基于M个安装端的横截面积，将全部第二导线分为M组第二导线，M个安装端与M组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同。
该步骤包括：
（1）基于与电流柜连接的正分流排和负分流排的连接口数量，提供多根数量相同的第一导线和第二导线；
第一导线和第二导线的数量由与电流柜连接的正负分流排的连接口数量决定，第一导线和第二导线的数量小于等于正负分流排的连接口数量。当正负分流排分别具备20个连接口，则第一导线和第二导线的数量为20根以下，即最多可以使用20根第一导线和第二导线用于加热待成型板料。
（2）分别计算每个安装端的横截面积。
在本发明中，所述安装端的横截面积为图3所示X方向的长度与待成型板料的厚度的乘积。
最上端的安装端的横截面积为顶面X方向的长度与待成型板料的厚度的乘积，其他安装端的横截面积为两个阶梯平台在X方向的长度之和与待成型板料的厚度的乘积。
可以理解的是，除最上端的安装端外，其他安装端均对应两个安装位置，所以其他安装端对应的第二导线的数量均为偶数根。
（3）基于所述第二导线的总根数和每个所述安装端的横截面积，确定每个所述安装端待安装的第二导线的数量。
为了方便理解，举例说明，假设安装端的总数量为3个，其中第一安装端（最远离底端的安装端）的横截面积为3S，第二安装端（中间的安装端）的横截面积为2S，第三安装端（靠近底端的安装端）的横截面积为S；那么第一安装端的安装的第二导线数量：第二安装端安装的第二导线数量：第三安装端安装的第二导线数量之比为：6：4：2。
当第二导线的总数量为12根，则第一安装端对应的第二导线数量为6根，第二安装端对应的第二导线数量为4根，第三安装端对应的第二导线数量为2根。
当每个所述安装端的横截面积相同时，则每个安装端对应安装的第二导线数量相同，若第二导线数量为12根，安装端为3个，则每个安装端对应的第二导线数量为4根。
（4）基于确定的每个所述安装端待安装的第二导线的数量，将全部第二导线分为M组第二导线，M个安装端与M组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同。
基于步骤（3）举例，将12根第二导线分为三组，一组第二导线为6根，一组第二导线为4根，一组第二导线为2根，包括6根第二导线的第一组第二导线与第一安装端对应，包括4根第二导线的第二组第二导线与第二安装端对应，包括2根第二导线的第三组第二导线与第三安装端对应；这样，三个安装端与三组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同。
当每个所述安装端的横截面积相同时，则每个安装端对应安装的第二导线数量相同，若第二导线数量为12根，安装端为3个，则每个安装端对应安装4根第二导线。
每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同，可以理解为此布置是为了保证通电后，所述待成型板料各个区域的电流密度相同。
步骤S103、将所述待成型板料安装于柔性模具上，并将多根第一导线一端与所述待成型板的底端连接另一端与电流柜连接、以及每组第二导线一端与对应的安装端连接另一端与所述电流柜连接，多根第一导线和多根第二导线分别正对设置且多根第一导线和多根第二导线均匀分布。
该步骤提供的柔性模具为现有技术提供的柔性模具，本发明未对柔性模具的结构进行改进。具体为通过真空吸盘吸附待成型板料的柔性模具。
需要说明的是，将所述待成型板料安装于所述柔性模具上可以是将待成型板料直接放置在柔性模具上，也可以将两者可拆卸连接，两种方式不影响本发明的实现。
在本发明中，多根第一导线和多根第二导线的另一端分别通过正负分流排与电流柜连接。
在本发明中，所述电流柜可以发出0-6000A的脉冲电流。
在本实施例中，电流柜的数量为6个，6个电流柜可以发出0-36000A的电流，因此电流的调节范围特别大。
在本发明中，6个电流柜发出的电流汇聚到正负分流排上，再通过与正负分流排连接的导线将电流施加到待成型板料上。
在本发明中，第一导线与底端的连接和第二导线与安装端的连接均是通过C型卡扣连接，具体的连接方法如下：第一导线/第二导线的端子和待成型板料均卡设于所述C型卡扣的卡槽中，再通过C型卡扣的螺栓将第一导线/第二导线的端子和待成型板料紧固连接，所述第一导线/第二导线的端子和待成型板料的上表面/下表面抵接从而导通。
多根所述第一导线的安装方法如下：沿所述待成型板料的长度方向，多根所述第一导线均匀安装于所述待成型板料的底端。
在本实施例中，所述待成型板料的底端是指所述主体部的大端。
多根所述第二导线的安装方法如下：沿所述安装端的长度方向，多根所述第二导线均匀安装于所述安装端，具体地：当所述安装端为最远离底端的安装端时，与该安装端对应的一组第二导线沿该安装端的长度方向均匀分布；当所述安装端不是最上端的安装端时，将与该安装端对应的一组第二导线分成两半，组成该安装端的两个阶梯平台分别均匀安装一半数量的第二导线。
步骤S104、接通电源，分别对包括不同安装端的M个区域施加电脉冲，使电流从所述待成型板料的一端流向所述待成型板料的另一端来分别加热所述待成型板料的各个区域，所述M个区域的每个区域均为规则形状且每个区域施加的电流密度相同。
在本发明中，当所述待成型板料的一端为底端，则所述待成型板料的另一端为多个安装端；当所述待成型板料的一端为多个安装端，则所述待成型板料的另一端为底端。即在本发明中，第一导线可以与电流柜的正极连接，也可以与电流柜的负极连接，且所有第一导线均是同样的连接方式，即全部第一导线与正极连接或者全部第一导线与负极连接，这样，保证各个区域的电流方向是相同的。可以理解的是，第一导线与电流柜正极连接，第二导线则与电流柜的负极连接，或者第一导线与电流柜负极连接，第二导线则与电流柜的正极连接，以保证脉冲设备正常工作。
在本发明中，对待成型板料加热时，是分区域进行加热，分割的区域数量和安装端的数量是相同的，且分割的区域和安装端是相对应的，通过控制安装端对应安装的第二导线数量来保证每个区域的电流密度相同。
为了方便理解，以图2所示的待成型板料的结构进行说明，该待成型板料被分为三个加热区域，且每个区域均是规则形状（矩形区域），分别为包括第一安装端的第一区域10A（一个矩形区域）、包括第二安装端的第二区域10B（间隔设置的两个矩形区域）和包括第三安装端的第三区域10C（间隔设置的两个矩形区域），其中，第一安装端为最远离底端的安装端，第二安装端为中间的安装端，第三安装端为靠近底端的安装端；相应的，第一区域10A位于正中间，第三区域10C由两个位于最外侧的子区域组成，第二区域10B由分别夹设于第一区域10A和第三区域10C之间的两个中间子区域组成。在本发明中，分别对第一区域10A、第二区域10B和第三区域10C施加脉冲电流进行加热，且每个区域施加的电流密度相同。
在本实例中，为了方便智能调节，每个区域对应的安装端的横截面积相同，施加的脉冲电流的占空比相同，这样只需要控制每个区域对应的安装端连接的第二导线的数量，即可确保每个区域电流密度接近，从而达到对均匀的加热方法。
优选地，分别对多个区域错峰施加电脉冲，且施加于每个区域的脉冲电流的占空比之和小于100%。
该方式用于保证每个相同横截面积对应的区域之间的电流相同。
为方便理解，基于上述的举例进一步举例说明，错峰施加脉冲电流可以理解为当第一区域有脉冲电流，则另外两个区域均没有脉冲电流；当第二区域有脉冲电流，则另外两个区域均没有脉冲电流；当第三区域有脉冲电流，则另外两个区域均没有脉冲电流，通过智能调节让不同占空比的脉冲电流错峰作业，这里须保证不同区域脉冲电流占空比之和小于100%，如果不同区域脉冲电流占空比之和小于100%，则三者之和与100%之间的差值部分必须作为空档期（即此时三个区域均无电流）以保证三个区域之间的电流相同。通过上述方法，保证每个时段都只有一个区域通电，在不同区域占空比相同和对应的安装端横截面积相同的情况下，通过控制安装的第二导线的数量，确保每个区域电流密度接近，从而达到相对均匀的加热方法。
在本实施例中，基于提供的第二导线数量为12根的前提下，三个安装端横截面积相同，分别连接4根第二导线。
在本发明中，基于每个区域的脉冲电流的占空比之和小于100%，确定多个安装端的数量为2~5个。
具体地，受限于多个区域对应的脉冲电流占空比之和小于100%，在每个区域的占比空相同的情况下，当多个区域的数量为5个时，每个区域对应施加的脉冲电流占空比需小于20%，若多个区域的数量大于5个，则每个区域施加的脉冲电流占空比会更小，影响成形效率。
在本发明中，施加的电脉冲对应的脉冲参数采用如下方法确定：
（1）基于针对待成型板料的给定参数脉冲实验，确定达到目标温度的脉冲参数，所述目标温度为预设的蠕变时效成形温度，其中，所述脉冲参数包括脉冲频率、脉冲电流密度和占空比。
为达到该目标温度，基于该实验确定的脉冲参数可以为多种组合，只需要利用该脉冲参数进行加热时，能够达到目标温度即可。
该步骤可以理解为，若需要使待成型板料在目标温度下蠕变时效成形，前期首先针对与待成型板料相同材料的实验构件进行给定参数脉冲实验，以获取达到目标温度的对应的脉冲频率、占空比和脉冲电流，其中，脉冲电流=脉冲电流密度*面积，在已知脉冲电流密度和实验构件横截面积的前提下，能利用公式计算出脉冲电流。
优选地，所述脉冲电流的占空比为10~50%。
所述脉冲频率、占空比和脉冲电流与目标温度均相关联，同一实验确定的三个参数具有对应关系。本领域技术人员可以根据先设定脉冲频率、占空比，获取与目标温度对应的脉冲电流密度，而脉冲频率和占空比的具体参数设置可以经验确定。
例如，在室温25℃静风的情况下，对于2195-T34态铝锂合金，实验表明，当频率为300Hz，占空比为40%，电流密度为18A/mm2时，目标温度可以达到185℃。
（2）基于确定的脉冲参数，利用PID调节电流以控制蠕变时效变形温度保持在所述目标温度。
具体地，前述步骤确定了能达到目标温度对应的占空比、脉冲频率和脉冲电流，在该步骤中，只需要保证待成型板料的温度能够超过目标温度即可，在占空比和脉冲频率采用上述步骤确定的参数时，所施加的脉冲电流密度大于上述步骤的脉冲电流密度即可，当待成型板料的温度快接近目标温度时，逐渐降低电流，并不断调节电流大小使待成型板料温度稳定在目标温度的±2℃范围内。
步骤S105、当所述待成型板料的温度达到蠕变时效温度后，调节柔性模具使形成目标模具型面，并通过所述柔性模具顶部的真空吸盘施加载荷吸附所述待成型板料，所述目标模具型面与所述瓜瓣构件的形状相匹配。
在本发明中，所述待成型板料为2195-T34态铝锂合金，其对应的蠕变时效温度为160~185℃。
通过脉冲电流对待成型板料的各个区域错峰作业，分别加热各个区域，当所述待成型板料的整体温度达到蠕变时效温度时，材料已被软化，此时通过真空吸盘吸附软化的待成型板料，能够较好的贴合所述柔性模具，从而提成形质量。
步骤S106、在载荷及脉冲电流产生的高温下保持预设时间，使所述待成型板料进行蠕变时效成形，然后卸掉载荷和脉冲电流，回弹后得到包括边料的所述瓜瓣构件。
本领域技术人员知，蠕变时效成形得到的构件还包括多余的边料，需要去除，才能得到所述瓜瓣构件，边料去除技术采用现有技术即可，不属于本发明的改进点。
在本发明中，所述待成型板料为2195-T34态铝锂合金，其对应的蠕变时效温度为160~185℃，所述预设时间为3~25h。
当对应的蠕变时效温度为185℃，所述预设时间为3~5h，当对应的蠕变时效温度为160℃，所述预设时间为20~25h。
步骤S106与现有技术提供的蠕变时效成形步骤的区别主要在于，本发明利用脉冲电流进行加热以使待成型板料在蠕变时效温度下保持预设时间，不同于热压罐加热。
本发明通过将待成型板料加工为预设形状，使待成型板料由多个矩形区域组成，然后根据矩形区域对应的横截面积安装匹配数量的第二导线，以保证每个矩形区域的电流密度相同，从而保证各个区域的温度分布相同，从而达到温度均匀化的目的；而电脉冲具有焦耳热效应，可以使构件发生蠕变变形，同时，电脉冲的非热效应促使材料发生软化，塑性提高，更加有利于变形。
优选地，所述方法还包括较形步骤，在所述较形步骤，针对包括欠成形部位或者难变形部位的矩形区域进行单独脉冲加热。
在类似瓜瓣这种不规则构件的蠕变时效成形过程中，均可以使用该方法对不规则构件进行离散化，从而实现电脉冲的均匀施加，达到温度和变形的相对均匀分布。在后续校形过程中，对于欠成形部位或者难变形部位，可以对该部分所在矩形区域进行单独电脉冲加热，从而实现变形精准调控。
以梯形状的待成型板料和本发明提供的阶梯状的待成型板料分别进行仿真分析，得到的温度分布云图如图4至图11所示，其中图4至图7是梯形状的待成型板料的温度分布云图，图8至图11是本发明提供的阶梯状的待成型板料的温度分布云图，将图4至图7和图8至图11进行比较可知，采用本发明提供的阶梯状的待成型板料进行蠕变时效成形仿真实验，温度分布更均匀。
梯形状的待成型板料即与瓜瓣构件的展平结构相同的板料，也是目前现有技术提供的板料。
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 (9)
1.一种利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，所述瓜瓣构件为曲面结构，且展平的瓜瓣构件为等腰梯形状，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤（1）、提供板料，并将所述板料加工为预设形状的待成型板料，所述待成型板料包括与所述瓜瓣构件的展平结构相同的主体部、及分设于位于所述主体部两侧的两个对称设置的阶梯部，每个所述阶梯部包括与所述主体部的底面平行设置的多个阶梯平台，且全部阶梯平台的长度和所述主体部的小端的长度之和与所述主体部的大端的长度之和相等，最上端的两个阶梯平台与所述主体部的顶面位于同一平面，其中，全部阶梯平台与所述主体部的小端共同形成高度互不相同的M个安装端，M为大于等于2的正整数；
步骤（2）、提供多根数量相同的第一导线和第二导线，并基于M个安装端的横截面积，将全部第二导线分为M组第二导线，M个安装端与M组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同；
步骤（3）、将所述待成型板料安装于柔性模具上，并将多根第一导线一端与所述待成型板的底端连接另一端与电流柜连接、以及每组第二导线一端与对应的安装端连接另一端与所述电流柜连接，多根第一导线和多根第二导线分别正对设置且多根第一导线和多根第二导线均匀分布；
步骤（4）、接通电源，分别对包括不同安装端的M个区域施加电脉冲，使电流从所述待成型板料的一端流向所述待成型板料的另一端来分别加热所述待成型板料的各个区域，所述M个区域的每个区域均为规则形状且每个区域施加的电流密度相同；
步骤（5）、当所述待成型板料的温度达到蠕变时效温度后，调节柔性模具使形成目标模具型面，并通过所述柔性模具顶部的真空吸盘施加载荷吸附所述待成型板料，所述目标模具型面与所述瓜瓣构件的形状相匹配；
步骤（6）、在载荷及电脉冲产生的高温下保持预设时间，使所述待成型板料进行蠕变时效成形，然后卸掉载荷和外加的电流，回弹后得到包括边料的所述瓜瓣构件；
所述步骤（4）中，分别对M个区域错峰施加电脉冲，并在对目标区域施加电脉冲时，其他区域均不施加电脉冲，且施加于每个区域的脉冲电流的占空比之和小于100%，其中，所述目标区域为M个区域中的任意一个区域，所述其他区域为M个区域中不包括目标区域的全部区域。
2.根据权利要求1所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，所述步骤（2）包括：
基于与电流柜连接的正分流排和负分流排的连接口数量，提供多根数量相同的第一导线和第二导线；
分别计算每个安装端的横截面积；
基于所述第二导线的总根数和每个所述安装端的横截面积，确定每个所述安装端待安装的第二导线的数量；
基于确定的每个所述安装端待安装的第二导线的数量，将全部第二导线分为M组第二导线，M个安装端与M组第二导线一一对应，且每个安装端的单位横截面积对应的第二导线数量相同。
3.根据权利要求1所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，每个安装端的横截面积相同，每个安装端对应安装的第二导线的数量相同，且每个区域的脉冲电流的占空比相同。
4.根据权利要求1所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，所述待成型板料为2195-T34态铝锂合金，其对应的蠕变时效温度为160~185℃，所述预设时间为3~20h。
5.根据权利要求4所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，在蠕变时效温度保持为185℃时，所述预设时间为3~5h；在蠕变时效温度保持为160℃时，所述预设时间为20~25h。
6.根据权利要求1所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，步骤（4）施加的电脉冲对应的脉冲参数采用如下方法确定，包括：
基于针对待成型板料的给定参数脉冲实验，确定达到目标温度的脉冲参数，所述目标温度为预设的蠕变时效成形温度，其中，所述脉冲参数包括脉冲频率、脉冲电流密度和占空比；
基于确定的脉冲参数，利用PID调节电流以控制蠕变时效变形温度保持在所述目标温度。
7.根据权利要求1所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，每个所述阶梯部的所述阶梯平台的数量为3~5个，相对应的，所述安装端的数量M为3~5个。
8.根据权利要求7所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，最上端的两个阶梯平台与所述主体部的小端共同作为一个安装端，除最上端的两个阶梯平台外的其他阶梯平台形成M-1个安装端，且位于同一高度的两个阶梯平台作为一个安装端。
9.根据权利要求1所述的利用电脉冲蠕变时效成形瓜瓣构件的方法，其特征在于，所述方法还包括较形步骤，在所述较形步骤，针对包括欠成形部位或者难变形部位的矩形区域进行单独脉冲加热。
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