制造加强弯曲金属结构的工艺以及相应结构制造技术

本发明专利技术涉及制造加强弯曲金属结构的工艺以及相应结构。具体地，本发明专利技术涉及制造加强弯曲金属结构的工艺，所述金属结构由含钪铝合金的大规格或板规格片制成。所述工艺包括组合的成型步骤(200)和机加工步骤(300)，成型步骤(200)产生一个或多个结构弯曲，机加工步骤(300)产生用于加强所述结构的肋网。表面加工步骤(400)能够完成在前的步骤。这样的工艺使其能够简单且快速地获得具有良好机械性能的单体金属结构。其应用于飞机配件的加强弯曲金属结构的制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造加强或硬化的弯曲金属结构的工艺，还涉及通过进行该工艺而制成的结构。所述结构所谓被硬化或加强是由于它具有用于加强以防结构变形的肋(也被称作“加固件”)。
技术介绍
通常在以下的描述中，术语“薄片”表示厚度小于12. 7mm的片，厚度在12. 7和40mm 之间的片称为“大规格”，厚度大于40mm的片称为“板规格”。传统地，这种类型的结构是通过将铝合金形成的基体薄片进行轧制、在高温下熔融，继而硬化、牵拉并且老化或回火而制成。这一系列的处理允许片具有适于目标结构形态的曲率半径。然后片和加固件/加强件通过铆接组装而形成最终结构。因此，例如对于起落架箱(landing gear case)，片组装成铆接在一起的加强配件。通过对薄片的机械、化学或电化学加工，材料被从表面除去从而允许结构具有所需的表面状态。加强件也通过铆接加入从而将片加固为一个整体。因此，使得目标结构的尺寸需要将基体薄片进行组合并对这些片进行加强。当前的解决方案具有许多缺点涉及组装、铆接和加强件附接操作的长持续时间的大量制造周期，并且产生了较高的制造成本。此外，这种组装途径对于结构的设计和改造的自由度是不利的。而且，该途径在于由大规格片制造结构，所述片由一般基于Al-Si (AA7XXX)或 Al-Cu(AA2XXX)使用的合金制成，其导致产生的产品在热成型之后具有降低的机械性能。这个原因是高温会破坏片的微观结构，反映为有限的机械性能，例如在抗拉强度、弹性极限、 疲劳强度或抵抗外界压力方面。另一方面，在这些部件的冷成型过程中，产生了大的内应力，而这些应力不会或很难被再吸收。专利技术内容本专利技术涉及制造具有足够机械性能从而能够承受外界冲击和压力的整体金属结构。为此，本专利技术提出由含钪铝合金的大规格或板规格片制造这种类型的结构。明显地发现，通过保存微观结构并同时避免产生大的残余应力，由这种合金形成的大规格或板规格片能够经受高曲率半径的成形而同时保持满意的机械性能。更具体地，本专利技术的一个主题是以单体形式制造具有单轴或双轴弯曲的加强金属结构，其称作整体结构。该工艺包括，机加工含钪铝合金材料的大规格或板规格片，例如通过轧制或用于使这种材料成型为所述片的任何其他工艺，还包括所述片的成型和机加工的组合步骤，所述成型步骤产生了弯曲(一个或多个)，机加工步骤产生了加强肋网。在这些条件下，不再需要组装若干基体片，因为单体形式构成了整体结构。根据特定的实施例-机加工步骤在成型步骤之后进行；-机加工步骤在成型步骤之前；-机加工步骤是3D(三维)和5轴机加工；-成型为热成型；-热成型是以加热到与片相同温度的冲压和压膜工具而成形，此工具可能为空心的和/或由陶瓷材料制成的从而最小化其热导率并避免热损失；-模具和待成型片之间的热接触通过在模具边缘上的突起(dimpling)而最小化；-通过预热模子和/或冲头还可最小化热交换；-热成型是在325至350°C之间的温度下通过将冲压工具压到模具上一可变时间而进行，该可变时间例如可高达M小时，然后由蠕变产生变形；-通过收回压膜工具，随后是在户外或在适合的室中获得的缓慢冷却，完成了热成型，从而促进缓和内应力并使其残余最小化；-所述铝合金是一种Al-Mglc (铝，镁，钪)合金，其中镁和钪的比例分另小于8% 和 0. 5% ；-该工艺可通过修整的表面加工步骤而完成。本专利技术还涉及经由上述工艺产生的加强弯曲金属结构，尤其用于制造飞机配件， 具体为起落架箱、气密底板(位于前端)，飞机驾驶舱和飞机紧急出口。附图说明通过结合附图，阅读下面的描述，本专利技术的其他数据和优点将会浮现，所述附图分别表示-图1是根据本专利技术工艺的两个实施例的主要步骤的概括图；-图2是用于气密飞机底板的根据本专利技术板规格片的热成型的实施例子的示意性截面半视图；-图3是用于起落架箱的根据本专利技术的板规格片的3D(三维)-5轴机加工的实施例子的示意性截面视图；以及-图如至4(1示出了根据本专利技术通过实施所述工艺的弯曲和加强的金属结构的例子的透视图。具体实施例方式参照图1，根据本专利技术的工艺的第一步骤100包括轧制原始形状，该原始形状由大规划片(大于12. 7mm厚)，或者甚至是板规格片(例如40至250mm之间厚)制成，并且由基于Al-Mg-k的合金形成，在例子中，基于Al-Mg-k的合金包括0. 025%的钪。镁和钪的比例分别保持小于8%和0. 5%，优选地分别在2%至7%之间和0. 01%至0. 45%之间，甚至更优选的在3-6%和0.015-0. 4%的范围内。这种合金在专利EP 16拟688中公开。在图1所示的优选实施例中，第一制备步骤包括热成型(步骤200)由Al-Mglc 合金制成的原始形状，由此形成待制造结构的骨架。图2的截面示意图更具体地表示了根据本专利技术的用于制造起落架箱的板规格片的热成型的实施例子。70mm厚的轧制片2被放置在公冲头4和模具6之间。工具由陶瓷制成4来使其热导率最小化从而减小能量损失。工具被预加热至成型温度，即至大约330-340°C。 模具6在其边缘6b上具有突起(dimple)6C，该突起6c限制片和模具之间的热接触。可替换地，也可以插入隔离垫。成型然后包括以适当的力抵靠互补形状的模具6运动冲头4。那么冲头在片2上施加压力。在这种压力和温度的组合作用下，片2以凸构造开始变形并且匹配其外表面22 上的模具6的形状以及其内表面M上的冲头4的互补形状，所述内、外表面基本上平行。然后，片2被快速从成型工具移走。片2的相对自由边缘在成型后通过焊接条的插入而保持等距离，从而在冷却过程中保持结构的形状。该冷却是在户外中的缓慢冷却，从而通过缓慢缓和来使残余应力最小化。在一个变体中，冷却可在适合缓慢冷却的室中进行。在该冷却之后——并且再次参照图1，在成型步骤中弯曲的结构上进行机加工 (步骤300)，尤其是采用5轴工具进行三维铣削。这样的步骤使得能够在70mm厚度E的片 2中形成加强肋35，如图3所示，尤其是形成“等网格”型的三角网的肋。为了进行高质量的三维机加工循环，在5轴铣削机器10的控制面板上有利地进行程序设计。本专利技术的优点之一在于其能够减少步骤的冗余，所述步骤为片折叠的矫直和/或压制，步骤或者是弯曲的轧制。根据本专利技术工艺获得的片原则上在热成型之后被直接进行尺寸加工，并且设想的机加工不应改变此状态。机加工300之后可选择地跟随(如果需要的话)表面加工步骤400(参见图1)，表面加工步骤400通过修整从而获得目标结构的特定表面特征。矫直的步骤以及通过压制、通过喷丸、或通过任意其他成形装置的成形步骤可在例外情况下被想到。图如中的结构——根据本专利技术制成的起落架箱30在箱的侧壁36上具有“等网格”肋35a并在箱的顶38上具有肋35b，其平行于箱的对称平面1^。其他结构性肋35c形成平行于入口 31和出口 33拱形结构并垂直于对称平面I^s的拱形结构。加强、弯曲单体结构的其他例子分别在图4b至4d中示出-气密底板40(飞机前端)，其具有沿着两个正交平面Pl和P2双轴双重弯曲，并具有沿着这两个正交平面的平行肋41和42 ；-飞机驾驶舱50，其具有单轴弯曲的肋51，所述肋51基本上平行于飞机驾驶舱50 的对称平面I3S ；-具有双重弯曲的门框60，所述门框60具本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制造加强金属结构的工艺，所述加强金属结构以单体形式具有单轴（Ｐｓ）或双轴（Ｐ１，Ｐ２）弯曲，其特征在于，所述工艺包括使含钪铝合金材料成型为大规格片或板规格片，还包括所述片的成型（２００）和机加工（３００）的组合步骤，所述成型步骤（２００）产生了一个或多个弯曲，所述机加工步骤（３００）产生了加强肋（３５，４１，４２，５１，６１，６２）的网。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E·布歇，AL·拉弗利，S·范德维恩，
申请(专利权)人：空中客车运营简化股份公司，
类型：发明
国别省市：FR