加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法及应用技术

本发明专利技术属于钣金成形技术领域，尤其涉及一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法及应用。包括：采用有限元法计算零件贴合所需的压力；当零件与模具型面贴合时，计算最大轴向应力；根据最大轴向应力获取垫板；将垫板放置在薄蒙皮区表面并进行固定；将固定有垫板的零件放置在模具上，采用真空的方式进行封装；置入加热炉或热压罐中，按照计算得到的压力及预先设定的工艺参数使零件的外形面与模具的内形型面贴合；在蠕变时效结束后，卸载成形零件上的温度和压力。其目的是用于解决工件在进行蠕变时效成形时因工件本身的结构差异导致成形后回弹量的不一致性，从而影响零件的精确成形的问题。精确成形的问题。精确成形的问题。

【技术实现步骤摘要】
加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法及应用


[0001]本专利技术属于钣金成形
，尤其涉及一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法及应用。

技术介绍

[0002]新一代先进飞机要求在具有良好气动性能的同时要尽量减轻重量，并提高使用寿命。作为飞机上最重要的一类零件
‑‑
整体壁板来说，它既是构成飞机气动外形的重要组成部分，同时也是机翼、机身等的主要承力构件。当前我国在飞机的结构设计中，对飞机结构的气动性、整体性以及使用寿命的要求也越来越高，为提高飞机的机动性以及气动性能，先进飞机的整体壁板不仅具有复杂双曲率外形，同时还具有复杂的内部结构，如局部加厚、口框以及局部减薄区域，以达到既满足外形要求，同时又减少零件数量、减轻重量和提高使用寿命的目的。因此该类零件的外形精度和综合性能直接关系到整个机体结构的气动性、结构强度、疲劳寿命和结构重量。
[0003]与传统整体壁板类构件成形技术相比，蠕变时效成形技术是为成形复杂外形零件特别是整体壁板零件而发展起来的一项技术，即利用金属的蠕变特性，将成形与时效同步进行的一种成形方法。与传统成形工艺相比，该成形方法提高了材料强度，降低了残余应力，增强耐应力腐蚀能力，延长了零件的使用寿命，适于成形可时效强化型合金的整体带筋和变厚度大曲率复杂外形和结构的整体壁板构件。该项技术被认为是下一代大型飞机特别重要的金属成形工艺之一。随着军、民用航空对大型高性能飞机日益迫切的需求，该成形工艺将在制造大型复杂整体壁板中发挥其独特优势。在我国大飞机项目的研制中具有广泛的应用前景。
[0004]由于蠕变时效成形技术受到材料本身时效周期的限制，无法将工件内已有的弹性变形全部转变为塑性变形，成形后存在一定的回弹量，因此回弹量控制是影响蠕变时效成形质量的关键问题。目前在现代飞机设计制造中，为提高飞机整体气动性能，许多零件外形都很复杂，如蒙皮表面带有不同曲率和厚度，同时还具有复杂的内部结构，如局部加厚、口框以及局部减薄区域，且当壁板零件尺寸大、曲率半径小时，在这些重点区域会产生由于结构差异导致成形后回弹量的不一致性，从而影响零件的精确成形。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术主要针对以上问题，提出了一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法及应用，其目的是用于解决工件在进行蠕变时效成形时因工件本身的结构差异导致成形后回弹量的不一致性，从而影响零件的精确成形的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法，包括以下步骤：
[0009]采用有限元法计算零件外表面与模具型面完全贴合所需的压力；
[0010]当零件与模具型面贴合时，计算薄蒙皮区沿弯曲变形方向的最大轴向应力；
[0011]根据所述最大轴向应力获取具有变形刚度补偿的同材料垫板；
[0012]将所述具体变形刚度补偿的垫板放置在薄蒙皮区表面并进行固定；
[0013]将固定有垫板的零件放置在具有一定外形型面的所述模具上，采用真空的方式封装；
[0014]将封装后的整体置入加热炉或热压罐中，按照计算得到的所述压力及预先设定的工艺参数使所述零件的外形面与所述模具的内形型面贴合；
[0015]在蠕变时效结束后，卸载成形零件上的温度和压力。
[0016]进一步地，根据所述最大轴向应力获取具有变形刚度补偿的同材料垫板的步骤包括：
[0017]放置垫板的厚度t可以通过以下公式计算：
[0018][0019]其中L为垫板长度，E为材料的弹性模量，t0为蒙皮原始厚度，σ
max
为薄蒙皮区沿弯曲变形方向的最大轴向应力。
[0020]进一步地，所述按照预先设定的工艺参数使所述零件的外形面与所述模具的内形型面贴合的步骤包括：
[0021]在真空状态下，对加热炉或热压罐进行升温，当零件到达设定温度后进行保温；
[0022]到达设定保温时间后,开启加压系统对零件表面施加压力，直至使所述零件的外形面与所述模具的内形型面贴合。
[0023]进一步地，在所述保温阶段采用控制升压速率缓慢施加应力至第一阶段的目标压力，在到达目标压力后保压一定时间，继续升压至第二阶段的目标压力。
[0024]进一步地，所述升压速率为0.01MPa/mi n～0.05MPa/mi n。
[0025]进一步地，第一阶段的目标压力为第二阶段的目标压力的15％
‑
30％。
[0026]进一步地，在进行蠕变时效成型之前，还包括对零件的原始板材在460℃～490℃的温度下固溶50mi n，然后立即水淬，之后进行2％
‑
3％预拉伸。
[0027]进一步地，所述垫板与零件的薄蒙皮区表面之间是通过用胶带进行固定的。
[0028]为实现上述目的，本专利技术提供了一种采用所述成形方法成形出的零件在飞机机体结构上的应用。
[0029](三)有益效果
[0030]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：通过采用有限元法对垫板进行设计，通过垫板进行变形刚度补偿，减少了成形过程中，薄蒙皮区域发生屈曲失稳缺陷，同时采用垫板实现了加强区及薄蒙皮区的刚度一致性，减少了由于内部结构变化而导致的变形不均匀。
附图说明
[0031]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，下面将对实施例或现有技术描述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。
[0032]图1为本专利技术一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法对应的流程示意图。
[0033]图2为本专利技术一种零件进行蠕变时效成形的结构示意图。
[0034]图3为本专利技术一种复杂零件未成形前的结构示意图。
[0035]图4为本专利技术一种装有垫板的复杂零件在模具上的结构示意图。
[0036]图5为本专利技术一种温度时间协同加载的示意图。
[0037]图中：1、零件；2、垫板；3、模具；101、薄蒙皮区。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。
[0039]图1是本专利技术一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法对应的流程示意图。
[0040]如图1所示，本专利技术所述一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法，包括：
[0041]S100：采用有限元法计算零件1外表面与模具3型面完全贴合所需的压力；
[0042]S200：当零件1与模具3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法，其特征在于，包括以下步骤：采用有限元法计算零件外表面与模具型面完全贴合所需的压力；当零件与模具型面贴合时，计算薄蒙皮区沿弯曲变形方向的最大轴向应力；根据所述最大轴向应力获取具有变形刚度补偿的同材料垫板；将所述具有变形刚度补偿的垫板放置在薄蒙皮区表面并进行固定；将固定有垫板的零件放置在具有一定外形型面的所述模具上，采用真空的方式封装；将封装后的整体置入加热炉或热压罐中，按照计算得到的所述压力及预先设定的工艺参数使所述零件的外形面与所述模具的内形型面贴合；在蠕变时效结束后，卸载成形零件上的温度和压力。2.如权利要求1所述的加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法，其特征在于，根据所述最大轴向应力获取具有变形刚度补偿的同材料垫板的步骤包括：放置垫板的厚度t可以通过以下公式计算：其中L为垫板长度，E为材料的弹性模量，t0为蒙皮原始厚度，σ
max
为薄蒙皮区沿弯曲变形方向的最大轴向应力。3.如权利要求1所述的加强区及薄蒙皮区变形协调的蠕变时效成形方法，其特征在于，所述按照预先设定的工艺参数使所述零件的外形面与所述模具的内形型面贴合的步骤包括：在真空状态下，对加热炉或热压罐进行升温，当零件到达设定温度后进行保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄遐，曾元松，王明涛，张尚文，田永帅，张程，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：