一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置及方法，其中，成形装置包括深冷箱、控制柜、液氮罐、电磁阀组、凸模、凹模、温度探测器和压边装置，凸模、凹模、温度探测器和压边装置设置在深冷箱内，液氮罐与深冷箱连接的管路上设置有电磁阀组，电磁阀组、温度探测器均与控制柜电气连接，压边装置设置为可将板坯压在凸模和凹模之间，深冷箱上设置有箱门。本发明专利技术的冷却装置可实现成形过程中温度在0到负180℃范围内的任一温度保持不变，为成形过程提供超低温能场，从而使得铝锂合金薄板的成形能力大幅提升，变形更加均匀，减小了成形过程中的减薄和局部起皱，避免成形过程中构件破裂。

An ultra low temperature forming device and method for aluminum lithium alloy thin-walled components with complex curved surface

【技术实现步骤摘要】
一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置及方法
本专利技术属于板材成形
，具体为一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置及方法。
技术介绍
薄壁件制造作为航空制造的六项关键技术之一，一直是航空结构件研究的重点和难点。飞机薄壁构件占整机结构重量50％以上，需要承受复杂载荷作用，并且需要满足可靠性高、寿命长的服役性能要求。对战机而言，性能优异的轻质薄壁件大量运用，能促使飞机巡航距离和挂弹数量进一步提升，提高战机的作战能力，同时民航飞机的减重以克计算的技术指标也对其薄壁件的成形制造提出了极高要求。随着航空大飞机的发展，对于薄壁构件的要求更为严苛、结构变得更为复杂，其薄壁、变曲率与缺陷敏感的特征更为突出，对构件设计和制造提出了极其苛刻要求。其中复杂曲面类薄壁构件整体化、高精度、高性能制造成为如今我国在薄壁件制造领域面临的一大难题，限制了我国航空制造技术的发展。铝锂合金相比于传统铝合金有更低的密度，更高的比刚度、比强度和抗疲劳性能，同时还具备良好的耐腐蚀和高/低温性能，用其代替常规的高强铝合金可使结构质量减轻10-20％，刚度提高15-20％，被认为是航空薄壁件最理想的制造材料。因此，铝锂合金复杂曲面薄壁构件高精度、高性能制造对于减轻结构重量、提高飞机载重量和航程、提升航空技术水平具有重要意义。但是，铝锂合金薄壁件在成形与热处理过程形成的多尺度微结构，包括晶粒、亚晶组织与残余结晶相及多元析出相，其形态与大小难以控制。此外，增加材料强度和减小密度的主合金元素Li在成形过程易动态析出形成共格δ′相，产生共面滑移导致不均匀变形与局部应力集中。这些原因导致铝锂合金复杂曲面构件在传统成形过程中易起皱、开裂、尺寸精度差且变形控制难，成形困难。超低温变形是当前备受关注的材料塑性变形新方法，与常规(室温)冷变形相比，超低温变形温度极低，原子处于低能量状态，溶质元素扩散率低，可增大材料加工硬化能力，抑制动态析出，提升材料/构件成形性与变形均匀性；此外，在低温状态下基体变形抗力增大，同时极大程度抑制了合金动态回复，可增大晶内位错密度，为后续强化相的均匀弥散析出提供驱动力。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置及方法，从而解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术首先公开了一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，包括深冷箱、控制柜、液氮罐、电磁阀组、凸模、凹模、温度探测器和压边装置，所述凸模、凹模、温度探测器和压边装置设置在所述深冷箱内，所述液氮罐与所述深冷箱连接的管路上设置有电磁阀组，所述电磁阀组、温度探测器均与所述控制柜电气连接，所述压边装置设置为可将板坯压在所述凸模和凹模之间，所述深冷箱上设置有箱门。进一步的，还包括安装在压机上工作平台上的上模板及安装在所说压机下工作平台上的下模板，所述压边装置包括压边圈、弹簧和卸料螺钉，所述卸料螺钉的下端与所述下模板连接，上端与所述上模板滑接，所述弹簧套接在所述卸料螺钉上且限位于所述上模板和下模板之间。进一步的，所述卸料螺钉的下端螺纹连接有一调节螺母，所述卸料螺钉位于所述调节螺母上方套接有一垫片，所述弹簧的下端靠接在所述垫片上。进一步的，所述深冷箱包括安装在压机上工作平台的上深冷箱和安装在所述压机下工作平台的下深冷箱，所述上深冷箱包覆在所述上模板外且设置为可沿着所述下深冷箱内滑动。进一步的，所述上深冷箱和下深冷箱的壁面上布设有喷头，所述喷头与所述电磁阀组连接，所述喷头从上到下形成分别朝向上模板、板坯和凹模的三层布局。进一步的，还包括两组对角设置的导向机构，所述导向机构包括导套和导柱，所述导套插接在所述上模板的导向孔内，所述导柱安装在所述下模板上，且所述导柱与所述导套滑接。进一步的，还包括可焊接在所述板坯侧面的热电偶，所述热电偶与所述控制柜电气连接。进一步的，所述上模板和凸模之间、所述下模板和凹模之间均设置有定位销。然后，本专利技术公开了一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形方法，包括上述方案所述的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，包括如下步骤：S1，将上模板、下模板固定于压机的上下工作平台，将上深冷箱、下深冷箱安装在压机上，调试冷却装置；S2，将板坯侧面焊上热电偶，然后在凹模上划线并将板坯放置在指定位置；S3，用测力扳手旋动调节螺母，调节弹簧的预紧力至预定值；S4，关闭箱门，开始冷却，电磁阀组控制液氮罐将液氮经管路压入各喷头处，冷却至温度探测器测得箱内温度和热电偶测得板坯温度均到达预定值后保温一段时间；S5，启动压机，压机上工作平台带动上模板及凸模下压，压边圈先接触板坯，随着上模板继续下压，弹簧被压缩，使得压边圈给板坯开始施加压边力，继续下压时凸模接触板坯开始拉深，同时弹簧不断被压缩，压边力不断变化，压机继续下压直至板坯拉深至预定尺寸；S6，关闭喷头，压机复位，打开箱门，取出工件。进一步的，在所述步骤S2中，在凹模和板坯上涂抹超低温润滑脂。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的冷却装置可实现成形过程中温度在0到负180℃范围内的任一温度保持不变，为成形过程提供超低温能场，从而使得铝锂合金薄板的成形能力大幅提升，变形更加均匀，减小了成形过程中的减薄和局部起皱，避免成形过程中构件破裂。深冷箱可跟随压机一起运动，减少与外界的热交换，保证在成形过程中模具与外界隔热。冷却方式采用液氮喷淋，比传统压缩制冷的方式制冷速度更快，制冷温度范围更大，同时液氮作为低温剂绿色环保，方便获取，且能形成一定的低温润滑层。冷却装置通过管路上的压力表和流量计实时检测、记录喷头处的压力和流量，并反馈给相应的控制系统，可根据程序实时控制电磁阀组改变管路压力和液氮流量，还可显示箱体内和板坯温度以及液氮使用情况，通过喷淋流量、压力以及板坯温度情况可以有效控制降温速度和成形过程中的温度。本专利技术采用可调变压边力的分块压边结构，而并非是常用的恒压边力整体压边结构。这样的压边结构能有效的控制成形过程金属的流动，使各方向流动更加均匀，从而减小减薄率，提高成形性能和成形质量。本专利技术采用弹簧施加压边力，同时设有调节螺母用以改变弹簧预紧力从而调整压边力，这种结构使得压边力设置范围较大、成形过程中压边力持续增加以防止局部起皱、结构简单、便于操作。并且本专利技术可直接装配在普通单动液压机上使用，无需对压机进行改装，使用方便，成本低。下面将参照附图，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专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例公开的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置的轴测示意图；图2是本专利技术优选实施例公开的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形模具的轴测示意图；图3是本专利技术优选实施例公开的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形模具的俯视示意图；图4是本专利技术优选实施例公开的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特征在于，包括深冷箱、控制柜(16)、液氮罐(18)、电磁阀组(19)、凸模(2)、凹模(4)、温度探测器(15)和压边装置，所述凸模(2)、凹模(4)、温度探测器(15)和压边装置设置在所述深冷箱内，所述液氮罐(18)与所述深冷箱连接的管路(20)上设置有电磁阀组(19)，所述电磁阀组(19)、温度探测器(15)均与所述控制柜(16)电气连接，所述压边装置设置为可将板坯(5)压在所述凸模(2)和凹模(4)之间，所述深冷箱上设置有箱门。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特征在于，包括深冷箱、控制柜(16)、液氮罐(18)、电磁阀组(19)、凸模(2)、凹模(4)、温度探测器(15)和压边装置，所述凸模(2)、凹模(4)、温度探测器(15)和压边装置设置在所述深冷箱内，所述液氮罐(18)与所述深冷箱连接的管路(20)上设置有电磁阀组(19)，所述电磁阀组(19)、温度探测器(15)均与所述控制柜(16)电气连接，所述压边装置设置为可将板坯(5)压在所述凸模(2)和凹模(4)之间，所述深冷箱上设置有箱门。


2.根据权利要求1所述的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特征在于，还包括安装在压机上工作平台上的上模板(1)及安装在所说压机下工作平台上的下模板(3)，所述压边装置包括压边圈(6)、弹簧(8)和卸料螺钉(9)，所述卸料螺钉(9)的下端与所述下模板(3)连接，上端与所述上模板(1)滑接，所述弹簧(8)套接在所述卸料螺钉(9)上且限位于所述上模板(1)和下模板(3)之间。


3.根据权利要求2所述的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特征在于，所述卸料螺钉(9)的下端螺纹连接有一调节螺母(7)，所述卸料螺钉(9)位于所述调节螺母(7)上方套接有一垫片(21)，所述弹簧(8)的下端靠接在所述垫片(21)上。


4.根据权利要求2-3任一所述的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特征在于，所述深冷箱包括安装在压机上工作平台的上深冷箱(12)和安装在所述压机下工作平台的下深冷箱(13)，所述上深冷箱(12)包覆在所述上模板(1)外且设置为可沿着所述下深冷箱(13)内滑动。


5.根据权利要求4所述的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特征在于，所述上深冷箱(12)和下深冷箱(13)的壁面上布设有喷头(14)，所述喷头(14)与所述电磁阀组(19)连接，所述喷头(14)从上到下形成分别朝向上模板(1)、板坯(5)和凹模(4)的三层布局。


6.根据权利要求4所述的铝锂合金复杂曲面薄壁构件超低温成形装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：易幼平，王晨光，黄始全，董非，黄珂，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43