一种铝锂合金复杂薄壁结构件的超低温柔性成形方法技术

本发明专利技术涉及铝锂合金复杂薄壁结构件的特种成形制造工艺技术领域，具体地是指一种铝锂合金复杂结构件超低温柔性成形方法，薄壁是指结构件的壁厚不大于5mm，复杂结构件是指结构件的外形为空间曲面结构，该装置尤其适合成型铝锂合金薄壁复杂结构件。本发明专利技术利用铝锂合金在超低温下增塑、增强的特点，采用超低温柔性成形方法对铝锂合金板进行柔性成形，可以解决铝锂合金复杂薄壁结构件室温成形难以成形复杂形状构件，断裂韧性差，室温成形易出现微裂纹等缺陷，成形回弹大，构件形状尺寸精度难以得到保证的难题。得到保证的难题。得到保证的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种铝锂合金复杂薄壁结构件的超低温柔性成形方法


[0001]本专利技术涉及铝锂合金复杂薄壁结构件的特种成形制造工艺
，具体地是指一种铝锂合金复杂结构件超低温柔性成形方法，薄壁是指结构件的壁厚不大于5mm，复杂结构件是指结构件的外形为空间曲面结构，该装置尤其适合成型铝锂合金薄壁复杂结构件。

技术介绍

[0002]随着科技的进一步发展和社会的不断进步，结构轻量化对提高资源利用率，降低能耗和提高零部件的使用性能发挥着越来越重要的作用，已经成为当今制造业的发展趋势之一，而实现结构轻量化主要有材料和结构两种途径：材料途径是指采取铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料代替钢铁等重型材料。因此，具有优良综合性能，可实现明显结构减重效果的铝锂合金成为关注的重点，而铝锂合金是一种以Li为主要合金元素的新型铝合金，其特点是密度低，耐热性和抗腐蚀性优良。研究表明，在铝合金中加入1％的锂，可使合金密度降低3％，刚度提高6％。因此铝锂合金被认为是航空航天领域的理想结构材料。
[0003]铝锂合金的应用虽然有诸多优点，但是铝锂合金薄壁整体结构制造过程中主要存在以下几方面问题：
[0004]一是铝锂合金室温塑性较差，难以成形复杂形状构件；
[0005]二是铝锂合金断裂韧性差，采用传统的冲压、拉深等成形方法易出现微裂纹等缺陷；
[0006]三是回弹大，构件形状尺寸精度难以得到保证。
[0007]针对以上的问题，国内外对铝锂合金复杂结构件的成形通常采用热成形方法。热成形主要是利用铝锂合金材料在加热状态下的软化和蠕变性能，使其塑性提高，从而降低成形力和改善成形性，减少成形工序和零件的回弹。尽管可以通过提高成形温度来提高塑性和减小回弹，但造成成形后零件的强度降低，必须通过对成形零件热处理来进一步提高强度。然而成形后进行热处理时，加热或冷却过程中的受热不均将导致零件形状尺寸变化；因此必须设计一种新的成形工艺，来实现铝锂合金复杂结构件的精密成形，提高铝锂合金复杂结构件成形后的精度和性能，满足复杂结构件的工况需求。
[0008]国内外的学者研究表明，铝锂合金抗拉强度和屈服强度随着温度的降低而上升，延伸率基本保持不变甚至有所增长，具有良好的低温塑韧性，并且铝锂合金裂纹扩展速率随着温度的降低而降低，疲劳寿命与断裂韧性随着温度的降低而上升。
[0009]根据铝锂合金的这些特点，中国专利CN108326159A公布了一种大尺寸铝合金拼焊板类构件冷冻成形方法，用冷却剂使所述铝合金拼焊板冷却至超低温区间，使所述焊缝区的温度低于所述母材区的温度，采用模具成形出大尺寸铝合金整体曲面构件能够解决拼焊板焊缝区变形量大导致的开裂问题，适合于制造航空航天领域各种铝合金大尺寸整体薄壁曲面构件。但是，流体介质在成形过程中对模具产生较大的反作用力，反作用力随着液体压力和模具作用面积的增加而增加，导致设备吨位急剧增加此外，充液拉深依靠凸模型面控制最终零件的成形精度，因此对凸模加工精度要求较高。
[0010]多点成形采用一系列规则排列、离散的基本体代替整体模具，该方法的优点是基本体高度可调，可以实现不同形状复杂曲面的构型，因而可以减少模具加工费用，尤其适合异形曲面件的成形，但是，由于基本体群实质上是将整体模具型面用离散的小模具代替，并没有在根本上改变模具和板料的接触状态，板材在成形初期只与少数的基本体发生接触，由于接触点少、变形分布不均匀，极易发生局部应力集中，曲面件成形中常见的压痕、起皱、局部颈缩等缺陷不可避免。

技术实现思路

[0011]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铝锂合金薄壁结构件的超低温成形方法，铝锂合金复杂薄壁结构件室温成形难以成形复杂形状构件，断裂韧性差，室温成形易出现微裂纹等缺陷，成形回弹大，构件形状尺寸精度难以得到保证的难题。本专利技术的目的是结合多点成形和低温介质成形的技术优势，利用铝锂合金在超低温下增塑、增强的新现象，提供一种板材多点凸模充液拉深成形装置及方法，专利技术了一种铝锂合金薄壁结构件的超低温成形装置和成形制造方法，以解决铝锂合金复杂薄壁结构件室温成形难以成形复杂形状构件，断裂韧性差，室温成形易出现微裂纹等缺陷，成形回弹大，构件形状尺寸精度难以得到保证的难题。
[0012]本专利技术的技术解决方案是：
[0013]一种铝锂合金薄壁结构件的超低温柔性成形装置，该成形装置包括凹模座1、凹模套2、双层耐低温密封圈5、第一隔冷保温层6、超低温周向密封圈7、多点凸模头8、凸模本体10、第一压边圈11、第二压边内圈12、第二隔冷保温层14、低温成形凹模垫块A16、凹模座垫块B17、第三隔冷保温层18和第四隔冷保温层19；
[0014]凹模座1为整体圆柱形结构，中间留有圆柱形的内腔，即凹模座1为敞口带底的空心圆柱体；
[0015]凹模套2为敞口带底的空心圆柱体，即凹模套2带有空腔；
[0016]凹模套2的外径与凹模座1的内径相匹配，凹模套2放置在凹模座1的内腔中；凹模套2的外表面与凹模座1的内表面之间有第四隔冷保温层19；
[0017]凸模本体10为一顶端带有手柄的圆柱，凸模本体10的底端带有螺纹孔；
[0018]多点凸模头8包括多个钢柱，钢柱的一端带有外螺纹9，钢柱的另一端为半球型结构，钢柱带有外螺纹9的一端与凸模本体10的底端通过螺纹连接；
[0019]多点凸模头8位于凹模套2的空腔内；多个钢柱均布紧密排列；
[0020]多点凸模头8和凸模本体10组成成形凸模20；
[0021]第二压边内圈12为圆环结构；
[0022]第一隔冷保温层6为圆环结构；
[0023]第一压边圈11为圆环结构；
[0024]第二压边内圈12、第一隔冷保温层6、第一压边圈11从下到上依次套装在成形凸模20上，即首先将第二压边内圈12套装在成形凸模20上，然后将第一隔冷保温层6套装在成形凸模20上，最后将第一压边圈11套装在成形凸模20上；
[0025]凹模座垫块B17为圆环结构；
[0026]低温成形凹模垫块A16为圆环结构，低温成形凹模垫块A16固定连接在凹模座垫块
B17上面，且低温成形凹模垫块A16和凹模座垫块B17之间通过双层耐低温密封圈5进行密封，低温成形凹模垫块A16和凹模座垫块B17固定连接后一起套装在凹模座1上，凹模座垫块B17与凹模座1之间通过第三隔冷保温层18进行隔冷保温；
[0027]第二压边内圈12位于低温成形凹模垫块A16的上方；
[0028]超低温周向密封圈7套装在第二压边内圈12的外表面；
[0029]第二隔冷保温层14套装在低温成形凹模垫块A16和凹模座垫块B17的外表面，用于对低温成形凹模垫块A16和凹模座垫块B17进行隔冷保温；
[0030]多点凸模头8的外型面与待成形的铝锂合金薄壁结构件的内轮廓形状一致，多点凸模头8通过螺纹9调整多点凸模头8的高度，使多点凸模头8实现不同外轮廓形状的构型，同时可以根据待成形的铝锂合金板的零件的内轮廓形状进行单独的更换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝锂合金薄壁结构件的超低温柔性成形方法，其特征在于步骤包括：步骤一，读取铝锂合金薄壁结构件三维设计模型，根据该三维设计模型得到锂合金薄壁结构件的板料材料、曲面的曲率和板料的厚度，再根据得到的锂合金薄壁结构件的板料材料、曲面的曲率和板料的厚度通过有限元分析将薄壁复杂结构件三维设计模型展开为二维平面模型；步骤二，对步骤一得到的二维平面模型进行修正，根据修正后的二维平面模型通过激光切割的方式切割铝锂合金薄壁结构件展开料；步骤三，对步骤二的激光切割完的展开料进行固溶处理；步骤四，将第三隔冷保温层放置在凹模座上，将凹模座垫块B放置在第三隔冷保温层上，然后将双层耐低温密封圈放置到凹模座垫块B开有的双层密封沟槽中，然后将低温成形凹模垫块放置到凹模座垫块B上，然后再低温成形凹模垫块A上放置铝锂合金板；安装完成后将凹模座放在液压机的下工作平台上，然后用压板将凹模座固定在液压机的下工作平台上；步骤五，将超低温周向密封圈用螺钉安装在第二压边内圈上形成一组合体E，将第一隔冷保温层放置在超低温周向密封圈和第二压边内圈形成的组合体E上，并用螺钉紧固，然后将该组合体E安装在第一压边圈上，形成大组合体F，大组合体F通过与双动液压机的压边缸连接的接口直接安装到双动液压机的压边缸上；步骤六，利用高压转接接头将独立低温液体介质系统源A和凹模座连接起来，利用高压转接接头将独立低温液体介质系统源B和凹模座垫块B连接起来；步骤七，将步骤三制造完成的铝锂合金板，放置在凹模座垫块B上，压边时采用定间隙的方法，压边间隙通过旁边加半圆形垫环的形式实现；步骤八，将不同形状的多点凸模头通过多点凸模头上的螺纹直接连接在凸模本体上的螺纹孔中，然后将成形凸模通过与双动液压机的主缸连接的接口直接连接到双动液压机的主缸上；将多点凸模本体连接到液压机的主缸上，液压机的主缸控制多点凸模本体向下移动；步骤九，利用压边缸控制第一隔冷保温层、超低温周向密封圈、第一压边圈和第二压边内圈共同形成的大组合体F向下移动使第二压边内圈的下表面与铝锂合金板接触并施加压边力；步骤十，独立低温液体介质系统源B通过充液接口向低温成形凹模垫块A充入高压低温液体介质，高压低温液体介质通过进液通道进入低温成形凹模垫块A的开有的低温液体介质通道中，低温成形凹模垫块A逐步填满低温液体介质；步骤十一，液压机的主缸控制多点凸模本体向下移动，随之带动多点凸模头向下移动，当多点凸模头的下表面与铝锂合金板的上表面之间距离为设定值时，独立低温液体介质系统源A初始液室压力曲线通过充液接口向凹模座充入高压低温液体介质，高压低温液体介质通过进液通道进入凹模套的开有的低温液体介质通道，从而进入高压低温充液室中；步骤十二，多点凸模本体继续向下移动，随之带动多点凸模头继续向下移动，下移过程中压边力保持不变，此时，继续通过充液孔接口向高压低温充液室充入低温液体介质，提高高压低温充液室内部低温液体介质的压力至(0.3σs～0.6σs)MPa；步骤十三，当高压低温充液室3内部建立起(0.3σs～0.6σs)MPa的液室压力，铝锂合金
板的温度达到
‑
100℃～
‑
196℃，多点凸模本体继续下行，铝锂合金板料逐渐流入，直至成形结束，成形出铝锂合金薄壁结构件；步骤十四，多点低温充液成形结束后，卸载低温充液室内的压力以及低温成形凹模垫块A中的压力，多点凸模本体回程，然后液压机压边缸带动第一隔冷保温层、超低温周向密封圈、第一压边圈和第二压边内圈共同形成的大组合体F上行，卸载压边力，使模具处于打开状态，取出成形完成的铝锂合金薄壁结构件。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许爱军，宁旭东，代国宝，张斌，赖小明，崔超，刘淑芬，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：