一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法技术

本发明专利技术提供了一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法，所述时效成形在复合加热装置中完成，所述复合加热装置包括热压罐以及向热压罐内发出微波的微波发生器，所述构件设置于所述热压罐内的模具上；所述模具和铝合金构件均为非吸波材料；所述时效成形过程中在铝合金构件的上表面的部分面积处和/或在模具的下表面的部分面积处设置有吸波材料，使得采用热压罐对铝合金构件加热而对其时效成形的过程中，在连续或间断地开启微波发生器时所述吸波材料吸收微波而对铝合金构件进行局部的温度补偿。本发明专利技术运用吸波材料吸收微波升温速率快的特点，利用热传导将热量传递到构件和模具的低温区域进行温度补偿，使得构件在时效成形过程中温度场保持均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法
本专利技术涉及时效成形
，特别地，涉及一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法。
技术介绍
壁板热压罐时效成形工艺过程可以划分为三个过程：加载阶段、蠕变成形阶段和卸载阶段，如图1所示。(1)加载阶段。首先将经平板铣削后的壁板构件放置在模具上，利用真空带膜将壁板与模具上表面之间密封，抽真空气压加载使壁板向模具型面贴合。(2)蠕变成形阶段。将壁板与模具整体放入热压罐中，开始对容器内进行升温升压直到预定值，然后保温保压一定的时间；这个阶段壁板发生蠕变变形和应力松弛，部分弹性变形转换为永久的塑性变形；同时材料微观组织发生变化，性能得到提高。(3)卸载阶段。保温结束，热压罐内降温至设定温度后卸除载荷，壁板发生回弹，最终获得所需的外形。与传统壁板类构件的金属加工过程(如喷丸、滚弯成形等)相比，时效成形方法在弹性加载条件下应力松弛成形和时效析出成性，大大减小残余应力、提高强度、获得较高精度以及良好稳定性。欧美等先进国家在20世纪50年代就开展了对该技术的相关研究。至今，波音、空客等几家大型飞机制造企业已经利用该项技术生产飞机机翼蒙皮和壁板等构件，如空客公司用7055铝合金材料制造A380飞机上机翼壁板。时效成形技术在我国起步较晚，与国际先进水平存在较大的差距，尚未见航空航天用大型壁板类构件应用此技术的报道。目前，为提高产品在热压罐内时效成形的温度均匀性，专利CN104441698A提出一种调整热压罐内流场温度均匀性的方法，采用鼓风装置改变热压罐内低温区域流体的流动速度，加快该区域流体和外界的换热速率，进而使热压罐流场温度均匀；专利CN101962708A公开一种大型板材真空退火炉多温区均温性控制系统及其控制方法，其控制系统包括多个温控仪、多个功率调节器和均温巡检仪，通过对均温巡检仪所检测信号进行分析处理以及对各温控仪和各功率调节器的工作过程进行监控，从而保证炉内流场温度均匀；专利CN104046770A涉及一种加热炉温度场均匀性的控制方法，通过采取预热段，加热I段，加热II段，以及均热段等多步升温的方式，控制产品内部温度差来保证生产过程产品温度场相对均匀。通过上述背景介绍可知，专利CN104441698A和CN101962708A主要是通过提高热压罐内流场温度均匀性的方式来提高产品温度均匀性，然而，对于金属构件时效成形过程而言，由于大型构件几何结构复杂导致与热压罐内热空气交换不均匀，同时受大型复杂模具工装结构温度场不均匀的热传递影响，构件温度不均匀不可避免，无法通过改善流体温度均匀性而改变。此外，专利CN104046770A通过改变升温方式的方法不一定适合大型金属构件的时效析出强化过程，有局限性且降低了生产效率。综上所述，目前尚无针对大型金属构件时效成形过程中构件温度场均匀性有效控制的方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法，以解决现有技术没有针对大型金属构件时效成形过程中构件温度均匀性有效控制的方法的技术问题。为实现上述目的，本专利技术的一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法，所述时效成形在复合加热装置中完成，所述复合加热装置包括热压罐以及向热压罐内发出微波的微波发生器，所述构件设置于所述热压罐内的模具上；所述模具和铝合金构件均为非吸波材料；所述时效成形过程中在铝合金构件的上表面的部分面积处和/或在模具的下表面的部分面积处设置有吸波材料，使得采用热压罐对铝合金构件加热而对其时效成形的过程中，在连续或间断地开启微波发生器时所述吸波材料吸收微波而对铝合金构件进行局部的温度补偿。特别地，设置有吸波材料的区域为采用有限元分析模型和方法而得到的构件和/或模具上的低温区域或与低温区域上下相应的区域。模具的低温区域一般是在模具的上表面，但是模具的上表面与构件的下表面接触，为了不影响构件的贴模，一般将吸波材料设置于模具的下表面与模具的上表面低温区域相对应的区域。特别地，所述低温区域为在未开启微波发生器且当热压罐内空气温度达到时效成形的目标温度时，构件或模具上的局部区域温度比构件最高温区域温度或模具上表面最高温区域温度的温差大于5℃的区域。特别地，所述低温区域的温度与构件上或模具上表面上最高温区域温度的温差为大于等于n倍5℃小于n+1倍5℃时，相应在该低温区域或低温区域的上下对应区域重叠设置n层带有吸波材料的耐高温胶带，n为大于等于2的数。由于构件和模具的各个区域的温差是不一样的，而同样数量或厚度的吸波材料在同样条件下吸收的热量基本一致，因此根据温差设置不同层数的带有吸波材料的耐高温胶带，可以对温差较大的地方有更多的温度补偿。特别地，所述方法还包括在所述低温区域设置测温装置用于反馈温度和实时调节微波发生器对吸波材料的加热升温速度。特别地，所述采用有限元分析模型和方法具体为先采用CAD软件建立模具和构件的三维几何模型，并导入Gambit软件中进行网格划分，其中模具和构件的三维几何模型整体采用四面体网格类型进行划分，且对于构件和模具接触的区域网格加密，在建立模型时，在软件参数的设置中选择模具和构件接触面为热接触对；再将前述建立的模型导入Fluent软件进行材料属性和边界条件设置，并模拟热压罐工艺中流场和温度场进行模拟试验，再通过流体力学的求解计算确定热压罐内构件和模具低温区域的分布位置。特别地，所述吸波材料为三氧化二铁和/或碳化硅粉末。特别地，在构件和/或模具上设置吸波材料的过程具体为将吸波材料粉末撒在耐高温胶带的粘性面形成吸波材料层，或将吸波材料粉末分散在液体中再涂抹在耐高温胶带的粘性面形成吸波材料层，再将耐高温胶带置于所述构件和/或模具的低温区域或低温区域的上下对应区域并使得其吸波材料面外露；在完成对构件的时效成形后，将耐高温胶带除去而撤除所述吸波材料。特别地，在至少一个设置吸波材料处重叠设置两层以上的带有吸波材料的耐高温胶带。特别地，所述铝合金构件的上表面贴设的吸波材料的面积占所述铝合金构件的上表面的总面积5％-30％，所述模具的下表面贴设的吸波材料的面积占所述模具的下表面的总面积5％-20％。本专利技术至少具有以下有益效果：1、本专利技术利用有限元仿真分析方法，查明构件热压罐时效成形温度场不均匀分布特征，确定热压罐内构件和模具低温区域的分布位置，再运用吸波材料吸收微波升温速率快的特点，将构件需要局部温度补偿的区域和与模具的低温区域上下对应的位置用吸波材料覆盖，利用热传导将热量传递到构件和模具上，对低温区域进行温度补偿，使得构件在时效成形过程中温度场保持均匀，进而保证构件整体性能的一致性和成形的高精度要求。2、本专利技术采用微波辅助加热，并利用微波功率可调的性能和吸波材料的升温速率与微波功率、微波加热时间以及微波发生器的开启个数成正比的关系，对构件和模具低温区域进行实时可控加热，从而实现构件整体温度场的均匀性调控，提高了构件的成形质量。3、本专利技术方法中对于温差较大的区域，重叠设置多层吸波材料层，可以在相同的微波加热的条件下，对不同温差区域进行不同的温度补偿，从而使得构件在温度场均匀的环境下进行时效成形。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法，所述时效成形在复合加热装置中完成，所述复合加热装置包括热压罐(1)以及向热压罐内发出微波的微波发生器(3)，所述构件设置于所述热压罐内的模具上；所述模具和铝合金构件均为非吸波材料；所述时效成形过程中在铝合金构件的上表面的部分面积处和/或在模具的下表面的部分面积处设置有吸波材料，使得采用热压罐对铝合金构件加热而对其时效成形的过程中，在连续或间断地开启微波发生器时所述吸波材料吸收微波而对铝合金构件进行局部的温度补偿。

【技术特征摘要】
1.一种温度场均匀的铝合金构件时效成形方法，所述时效成形在复合加热装置中完成，所述复合加热装置包括热压罐(1)以及向热压罐内发出微波的微波发生器(3)，所述构件设置于所述热压罐内的模具上；所述模具和铝合金构件均为非吸波材料；所述时效成形过程中在铝合金构件的上表面的部分面积处和/或在模具的下表面的部分面积处设置有吸波材料，使得采用热压罐对铝合金构件加热而对其时效成形的过程中，在连续或间断地开启微波发生器时所述吸波材料吸收微波而对铝合金构件进行局部的温度补偿。2.根据权利要求1所述的时效成形方法，其特征在于，设置有吸波材料的区域为采用有限元分析模型和方法而得到的构件和/或模具上的低温区域或与低温区域上下相应的区域。3.根据权利要求2所述的时效成形方法，其特征在于，所述低温区域为在未开启微波发生器且当热压罐内空气温度达到时效成形的目标温度时，构件或模具上的局部区域温度比构件最高温区域温度或模具上表面最高温区域温度的温差大于5℃的区域。4.根据权利要求3所述的时效成形方法，其特征在于，所述低温区域的温度与构件上或模具上表面上最高温区域温度的温差为大于等于n倍5℃小于n+1倍5℃时，相应在该低温区域或低温区域的上下对应区域重叠设置n层带有吸波材料的耐高温胶带，n为大于等于2的数。5.根据权利要求2所述的时效成形方法，其特征在于，所述方法还包括在所述低温区域设置测温装置用于反馈温度和实时调节微波发生器对吸波材料的加热升温速度。6.根据权利要求2所述的时效成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，汪凯，徐永谦，刘桂铭，刘健，喻吉望，孙找，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43