【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及挤压模具设计及挤压材成形，具体涉及一种航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具及成形方法。
技术介绍
1、在航天装备上各类环框被大量运用于承受或传递载荷，是一类关键构件，在设计和制造过程中需要经过严格的验证和测试，确保其性能和可靠性。它们的优化设计和材料选择对于航天装备的性能和安全具有重要意义。航空航天建设特殊用途用大规格铝型材，基于功能需要，形位尺寸精度要求高，其弯曲度、扭拧度技术指标达到gb/t14846《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》的高精级或超高精级要求。
2、如图1所示，为一种现有的航天用l形截面型材实例的截面形状，根据轻量化的技术目标，该类构件一般采用高强铝合金材料制造；合金为7xxx系超硬铝合金，抗拉强度大于650mpa。7xxx铝合金在挤压过程中的塑性低于6xxx铝合金。这是因为7xxx铝合金中添加了锆和铜等元素，这些元素能够增强合金的强度，但同时会对塑性产生一定的影响。
3、航天用环框一般通过若干等曲率的单元弯曲型材通过焊接或铆接的方式连接成整体环框。单元弯曲型材的高性能制造是获得高质量整体环框的关键。当前航天大型构件的弯曲件的成形的工艺：先挤压成直条状型材，再进行拉弯成形；存在工序周期长，设备成本高（需挤压、拉弯、校形三套工装），高强合金拉弯易致缺陷（开裂、屈曲、变形、材料损伤等）影响构件性能并制约成品率不足等问题，为克服以上不足，需要采用挤压模具。
4、图1的目标构件存在如下特征：型材截面最大外接圆2250mm，宽厚比1.875mm，最大壁厚40mm。由于图1所
5、由于型材截面上极不对称，且长边截面为5度倾斜的楔形，挤压时，金属流速的不平衡会导致型材的短边一侧的金属流速快，型材在横向上会出现偏转，在周向上出现扭转，产生严重的刀形弯曲和扭拧变形，如图2所示。其后果是，不易通过后续矫直作业对型材进行有效矫直以达到技术条件要求。其次，挤压时型材产品从模孔非平衡流出，侧向偏转或周向扭转会导致短边侧顶擦模具系统的出料通道，造成堵模，而致生产不能继续，导致严重的生产事故。另外，作为航天结构材料用途的该型材使用的合金为7xxx系超硬铝合金，金属流动性远低于6xxx系铝合金，可挤压性能极差，增加了其挤压成型的难度。
6、为避免出现上述问题，通常，产品设计时考虑金属流速平衡，会将型材截面设计成对称形态，即在底梁横向上的另一端增加一辅助短边来减小或消除挤压成型时的侧向弯曲和扭拧变形，在后期的零件加工阶段，将辅助短边机械去除。然而，通过增加辅助短边方式将会大幅增加生产成本，特别是作为航天铝合金材料，其价格昂贵，对超大规格的l形截面型材，采用无其他加工方法的制造方法具有显著的经济价值。
7、在此情形下，挤压成型的关键工具——模具的设计与制造对型材几何尺寸能否满足技术条件的要求或能否实现正常挤压生产起着至关重要的作用。因此，如何通过合理的模具设计方案，设计出一种能够针对非对称非等截面积l形截面型材的自弯曲挤压模具，并且使产品具有较好的垂直度、圆度，获得合适的截面尺寸，减小扭拧缺陷，是生产实践中需要解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具及成形方法，以解决当前大直径弯曲型材制造存在工序长、成本高、易致缺陷、成品率低等问题的问题。
2、第一方面，本专利技术提供一种航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，包括：截面为圆形的模具本体，所述模具本体上设置有横向截面形状呈l形截面的模孔，所述模孔边缘具有用于形成型材的工作带，所述工作带的横向截面轮廓线与型材的横向截面轮廓线相同；所述型材的截面不对称，包括短边和长边，所述长边截面呈5度倾斜的楔形；所述模具本体上在所述工作带的外围由内向外依次设置有挤压腔和导流腔；所述导流腔和挤压腔向所述工作带的方向呈阶梯式设置；所述挤压腔的横向截面轮廓线至少部分地与所述导流腔的横向截面轮廓线相同，且所述挤压腔的横向截面面积小于所述导流腔的横向截面面积。
3、进一步地，所述挤压腔的横向截面轮廓线至少部分地与型材的横向截面轮廓线相同。
4、进一步地，所述挤压腔端部的横向截面轮廓线所包覆的面积大于型材端部的横向截面轮廓线所包覆的面积。
5、进一步地，所述导流腔和所述挤压腔的轮廓线的拐角处均通过圆弧过渡。
6、进一步地，所述导流腔的腔壁包括依次连接的第一圆面腔壁、第一曲面腔壁、第二曲面腔壁、第三曲面腔壁、第一半圆腔壁、第一直腔壁和第六曲面腔壁，所述第六曲面腔壁与第一圆面腔壁连接。
7、进一步地，所述第一半圆腔壁和第一圆面腔壁外轮廓线与挤压腔轮廓相同，且包覆大于挤压腔面积，第一圆面腔壁圆心向模具本体上侧和右侧偏移。
8、进一步地，所述挤压腔的腔壁包括依次连接的第二圆面腔壁、第四曲面腔壁、第五曲面腔壁、第二半圆腔壁和第二直腔壁，所述第二直腔壁与所述第二圆面腔壁连接。
9、进一步地，所述第二半圆腔壁和第二圆面腔壁外轮廓线直线部分与模孔轮廓相同，曲线部分包覆大于模孔轮廓面积，且第二半圆腔壁圆心向模具本体中心偏移；所述第二圆面腔壁圆心向模具本体上侧和右侧偏移。
10、进一步地，所述模具本体上与挤压腔相对的一侧依次设置有第一级空刀和第二级空刀，所述第一级空刀至少有部分横向截面轮廓线与所述工作带的横向截面轮廓线相同，所述第二级空刀至少有部分横向截面轮廓线与所述第一级空刀的横向截面轮廓线相同。
11、第二方面，本专利技术提供一种航天l形截面高强铝合金弯曲型材成形方法，采用以上所述的航天用大规格l形截面型材挤压模具进行挤压成型，型材挤压过程中的加工参数如下：挤压工艺为正挤压，模具温度为450-500℃，坯料温度为420-460℃，挤压筒温度为400-460摄氏度，挤压速度为0.5mm/s，坯料材料采用7xxx铝合金。
12、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的一种航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具及成形方法，可以控制金属流动的速率，实现型材内侧和外侧金属流动差异，型材外侧金属流动速度大于型材内侧金属流动速度，能够调节金属流动，使金属更稳定的流入入料口，并使金属产生不均匀流动，从而直接挤压出弯曲件，因此型材不受横向力矩，从而使型材外侧面减小或者杜绝截面变形，实现航天大规格环形部件段的自弯曲挤压一体成型。本专利技术的成形方法采用正挤压工艺，模具温度为450-500℃，坯料温度为420-460℃，挤压筒温度为400-460摄氏度，挤压速度为0.5mm/s，坯料材料采用7xxx铝合金。本专利技术针对超强铝合金材料变形抗力大、损伤敏感性大的现状，提出了可实现目标型材自弯曲挤压成型的工艺参数区间。
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1.一种航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，包括：截面为圆形的模具本体（100），所述模具本体（100）上设置有横向截面形状呈L形截面的模孔（3），所述模孔（3）边缘具有用于形成型材的工作带（8），所述工作带（8）的横向截面轮廓线与型材的横向截面轮廓线相同；所述型材的截面不对称，包括短边和长边，所述长边截面呈5度倾斜的楔形；
2.根据权利要求1所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述挤压腔（2）的横向截面轮廓线至少部分地与型材的横向截面轮廓线相同。
3.根据权利要求1所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述挤压腔（2）端部的横向截面轮廓线所包覆的面积大于型材端部的横向截面轮廓线所包覆的面积。
4.根据权利要求1所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述导流腔（1）和所述挤压腔（2）的轮廓线的拐角处均通过圆弧过渡。
5.根据权利要求1所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述导流腔（1）的腔壁包括依次连接的第一圆面腔壁（5）、第一曲面腔
6.根据权利要求5所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述第一半圆腔壁（7）和第一圆面腔壁（5）外轮廓线与挤压腔（2）轮廓相同，且包覆大于挤压腔（2）面积，第一圆面腔壁（5）圆心向模具本体（100）上侧和右侧偏移。
7.根据权利要求6所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述挤压腔（2）的腔壁包括依次连接的第二圆面腔壁（4）、第四曲面腔壁（14）、第五曲面腔壁（17）、第二半圆腔壁（6）和第二直腔壁（15），所述第二直腔壁（15）与所述第二圆面腔壁（4）连接。
8.根据权利要求7所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述第二半圆腔壁（6）和第二圆面腔壁（4）外轮廓线直线部分与模孔（3）轮廓相同，曲线部分包覆大于模孔（3）轮廓面积，且第二半圆腔壁（6）圆心向模具本体（100）中心偏移；所述第二圆面腔壁（4）圆心向模具本体（100）上侧和右侧偏移。
9.根据权利要求1所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述模具本体（100）上与挤压腔（2）相对的一侧依次设置有第一级空刀（12）和第二级空刀（11），所述第一级空刀（12）至少有部分横向截面轮廓线与所述工作带（8）的横向截面轮廓线相同，所述第二级空刀（11）至少有部分横向截面轮廓线与所述第一级空刀（12）的横向截面轮廓线相同。
10.一种航天L形截面高强铝合金弯曲型材成形方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的航天L形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具进行挤压成型，型材挤压过程中的加工参数如下：挤压工艺为正挤压，模具温度为450-500℃，坯料温度为420-460℃，挤压筒温度为400-460摄氏度，挤压速度为0.5mm/s，坯料材料采用7xxx铝合金。
...【技术特征摘要】
1.一种航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，包括：截面为圆形的模具本体（100），所述模具本体（100）上设置有横向截面形状呈l形截面的模孔（3），所述模孔（3）边缘具有用于形成型材的工作带（8），所述工作带（8）的横向截面轮廓线与型材的横向截面轮廓线相同；所述型材的截面不对称，包括短边和长边，所述长边截面呈5度倾斜的楔形；
2.根据权利要求1所述的航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述挤压腔（2）的横向截面轮廓线至少部分地与型材的横向截面轮廓线相同。
3.根据权利要求1所述的航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述挤压腔（2）端部的横向截面轮廓线所包覆的面积大于型材端部的横向截面轮廓线所包覆的面积。
4.根据权利要求1所述的航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述导流腔（1）和所述挤压腔（2）的轮廓线的拐角处均通过圆弧过渡。
5.根据权利要求1所述的航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述导流腔（1）的腔壁包括依次连接的第一圆面腔壁（5）、第一曲面腔壁（9）、第二曲面腔壁（10）、第三曲面腔壁（13）、第一半圆腔壁（7）、第一直腔壁（16）和第六曲面腔壁（18），所述第六曲面腔壁（18）与第一圆面腔壁（5）连接。
6.根据权利要求5所述的航天l形截面高强铝合金弯曲型材挤压模具，其特征在于，所述第一半圆腔壁（7）和第一圆面腔壁（5）外轮廓线与挤压腔（2）轮廓相同，且包覆大于挤压腔（2）面积，第一圆面腔壁（...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄元春，高显斌，刘宇，肖政兵，黄宇宽，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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