一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，利用合模预成形分配坯料，通过超低温介质加压成形出复杂形状曲面件，将板材放在凹模上，使压边圈压紧板材；驱动凸模下行，使板材预先大面积分配坯料，成形出预制板坯；向腔体内充填超低温介质，使预制板坯在超低温介质的压力作用下与凹模型腔的型面逐渐贴合，成形出复杂形状曲面件；撤去凸模压边圈，取出成形好的复杂形状曲面件。本发明专利技术的铝合金板材在超低温条件下发生变形，大幅提高成形极限，通过坯料预先分配和超低温介质加压成形可以避免局部开裂、提高壁厚均匀性，解决了高强铝合金复杂形状曲面件成形开裂的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法
本专利技术涉及板件成形的
，特别是涉及一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法。
技术介绍
薄壁曲面件是运载火箭、飞机、高铁和新能源汽车的关键结构，直接影响运载装备的服役性能。此类构件不仅关键，而且量大面广，在飞机和汽车中数量占比达50％以上。为满足新一代装备大幅提升的服役要求，薄壁曲面件形状变得越来越复杂、材料越来越难变形。例如，为减轻重量和提高型面流线，新能源汽车覆盖件大量采用高强铝合金，截面形状则为正负曲率的异形曲面；为满足300km/h以上高速行驶的气动性能，高铁车头需求带小特征棱线覆盖件，在大尺寸空间曲面上具有尖锐小圆角；为满足高可靠和气密性要求，新型飞机舱门和蒙皮类构件多采用高强铝合金的异形曲面构件。这类构件通常都是异形曲面且存在局部小圆角或小特征，小特征圆角半径与壁厚之比甚至接近1.0。薄壁曲面件通常采用拉深工艺进行成形制造，实际是板材在凸模作用下，产生塑性变形并不断拉入凸模和凹模之间的间隙而形成零件。构件最终形状由凸模或者凸凹模匹配压制决定。对于曲面形状相对简单的构件，通过拉深可以直接成形，比如常规汽车覆盖件、飞机口框等；对于曲面比较复杂或者深度较大的构件，则需要多道次预成形和中间退火等复杂工序才能成形，会导致成品率低、成品质量差的问题；对于具有正负曲率或局部小特征的复杂形状曲面件，由于板材与成形模具先后接触顺序和凸凹模匹配，极易在过渡或局部圆角处开裂，导致成形不能顺利完成；更甚的是，高强铝合金常温成形性还较差(成形形小于10％)，更容易引起开裂缺陷，超过了高强铝合金拉深成形的极限。目前仍无法解决高强铝合金复杂形状曲面件成形开裂的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，使铝合金板材在超低温条件下发生变形，可避免复杂形状曲面件成形开裂的问题，提高壁厚均匀性和成形效率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，利用合模预成形分配坯料，通过超低温介质加压成形出复杂形状曲面件，具体步骤如下：步骤一，将板材放在凹模上，向压边圈上施加压边力使所述压边圈压紧板材；步骤二，驱动凸模下行，使所述板材在所述凹模和凸模的作用下预先大面积分配坯料，成形出预制板坯，所述凸模与所述凹模的型面不匹配，根据所述板材的拉深的深度调整所述压边圈上的压边力，保障预制板坯与所述凸模之间的腔体保持密封状态；步骤三，通过增压泵和循环管路向所述预制板坯与所述凸模之间的腔体内充填超低温介质，使所述预制板坯在所述超低温介质的压力作用下与所述凹模的型面逐渐贴合，成形出复杂形状曲面件；步骤四，回收所述腔体内的超低温介质，驱动所述凸模上行，撤去所述压边圈，取出成形好的复杂形状曲面件。优选的，所述凸模为圆滑过渡的弧面模具，所述凹模内设置有复杂形状的型面。优选的，在所述步骤一之前，将所述凸模冷却至低于-160℃的设定温度。优选的，所述凸模内设置有用于容纳所述超低温介质的溶液腔，所述溶液腔通过循环通路连通放置所述超低温介质的低温容器和所述增压泵。优选的，所述增压泵的加压压力不超过100MPa。优选的，所述压边圈的上表面与所述凸模接触处设置有密封元件，所述压边圈在步骤一施加小于5MPa的单位压边力，所述压边圈在步骤二调整后施加大于7MPa的单位压边力。优选的，不操作所述步骤二的合模预成形步骤，将所述压边圈由中空圈状替换为平板状，直接通过增压泵向所述密闭腔室加压通入作为凸模的所述超低温介质，对所述板材进行预拉深分配坯料，再增大所述密闭腔内超低温介质的压力，使所述板材与所述凹模的型面逐渐贴合，成形出复杂形状曲面件。优选的，在平板状的所述压边圈中部和所述凹模上分别设置有连通所述超低温介质的循环管路，并保持所述压边圈与所述凹模之间形成密闭腔室。优选的，所述超低温介质为液氮、液氩或液氦。优选的，所述板材为壁厚0.1～10mm的轧制铝合金板材，所述板材为Al-Li合金、Al-Cu合金、Al-Mg-Si合金或Al-Zn合金。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术的铝合金板材在超低温条件下发生变形，成形性能显著提高，解决了高强铝合金常温成形塑性差、易开裂的难题；通过合模预成形分配坯料、再通过超低温介质加压成形出复杂形状曲面，根据构件形状优化分配坯料，可以避免局部开裂、提高壁厚均匀性；通过使用超低温介质对板材加压，不仅可以实现板材直接冷却，还可以避免凸模与凹模之间复杂的型面匹配，有利于复杂形状曲面件成形。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法的示意图一；图2为本专利技术复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法的示意图二；图3为本专利技术复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法的示意图三；图4为本专利技术复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法的示意图四；图5为本专利技术复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法的示意图五；其中：1-凹模，2-板材，3-压边圈，4-超低温介质，5-凸模，6-预制板坯，7-复杂形状曲面件，8-密封元件，9-增压泵，10-低温容器，11-循环管路。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，以解决现有技术存在的问题，使铝合金板材在超低温条件下发生变形，可避免复杂形状曲面件成形开裂的问题，提高壁厚均匀性和成形效率。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1如图1至图5所示，本实施例提供了一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，利用合模预成形分配坯料，通过超低温介质加压成形出复杂形状曲面件7，板材2为壁厚0.1～10mm的轧制铝合金板材，板材2为Al-Li合金、Al-Cu合金、Al-Mg-Si合金或Al-Zn合金。具体步骤如下：步骤一，将板材2放在凹模1上，向压边圈3上施加压边力使压边圈3压紧板材2；在之前，先将凸模5冷却至低于-160℃的设定温度。步骤二，驱动凸模5下行，使板材2在凹模1和凸模5的作用下预先大面积分配坯料，成形出预制板坯6，凸模5与凹模1的型面不匹配，凸模5与预制板坯6的边缘相接触，其中，凸模5为圆滑过渡的弧面模具，凹模1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，其特征在于：利用合模预成形分配坯料，通过超低温介质加压成形出复杂形状曲面件，具体步骤如下：/n步骤一，将板材放在凹模上，向压边圈上施加压边力使所述压边圈压紧板材；/n步骤二，驱动凸模下行，使所述板材在所述凹模和凸模的作用下预先大面积分配坯料，成形出预制板坯，所述凸模与所述凹模的型面不匹配，根据所述板材的拉深的深度调整所述压边圈上的压边力，保障预制板坯与所述凸模之间的腔体保持密封状态；/n步骤三，通过增压泵和循环管路向所述预制板坯与所述凸模之间的腔体内充填超低温介质，使所述预制板坯在所述超低温介质的压力作用下与所述凹模的型面逐渐贴合，成形出复杂形状曲面件；/n步骤四，回收所述腔体内的超低温介质，驱动所述凸模上行，撤去所述压边圈，取出成形好的复杂形状曲面件。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，其特征在于：利用合模预成形分配坯料，通过超低温介质加压成形出复杂形状曲面件，具体步骤如下：
步骤一，将板材放在凹模上，向压边圈上施加压边力使所述压边圈压紧板材；
步骤二，驱动凸模下行，使所述板材在所述凹模和凸模的作用下预先大面积分配坯料，成形出预制板坯，所述凸模与所述凹模的型面不匹配，根据所述板材的拉深的深度调整所述压边圈上的压边力，保障预制板坯与所述凸模之间的腔体保持密封状态；
步骤三，通过增压泵和循环管路向所述预制板坯与所述凸模之间的腔体内充填超低温介质，使所述预制板坯在所述超低温介质的压力作用下与所述凹模的型面逐渐贴合，成形出复杂形状曲面件；
步骤四，回收所述腔体内的超低温介质，驱动所述凸模上行，撤去所述压边圈，取出成形好的复杂形状曲面件。


2.根据权利要求1所述的复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，其特征在于：所述凸模为圆滑过渡的弧面模具，所述凹模内设置有复杂形状的型面。


3.根据权利要求1所述的复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，其特征在于：在所述步骤一之前，将所述凸模冷却至低于-160℃的设定温度。


4.根据权利要求1所述的复杂形状曲面件超低温介质压力成形方法，其特征在于：所述凸模内设置有用于容纳所述超低温介质的溶液腔，所述溶液腔通过循环通路连通放置所述超低温介质的低温容器和所述增压泵。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡晓波，苑世剑，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21