[發明專利]一種拓撲結構壁板增材熱壓氣脹復合成形方法

有效

• 申請號: 202010614825.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111744983B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 秦中環;李保永;姚為;韓維群;劉奇;劉偉;肖瑞;徐柄桐;張天麟;丁科迪
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: B21C37/02
• 分類號: B21C37/02;B21D22/02;B21D37/16;B21D1/00;B21D26/021;B22F10/66;B33Y40/20
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 叢洪杰

本發明公開了一種拓撲結構壁板增材熱壓氣脹復合成形方法，屬于精密鈑金加工技術領域，解決了現有技術加工的零件整體性差、外形精度控制困難或成本較高的缺點。本發明成形方法，包括以下步驟：步驟1.確定出熱壓成形所需的拓撲結構壁板坯料的加強筋和拓撲結構位置；步驟2.通過增材制備出拓撲結構壁板坯料；步驟3.制作拓撲結構壁板熱壓成形模具；步驟4.拓撲結構壁板坯料放于熱壓成形模具的型腔內，拓撲結構壁板坯料熱壓成形；步驟5.拓撲結構壁板坯料與上模之間形成一個密閉型腔，通過通氣孔將密閉型腔與外界氣源連通，向密閉型腔通氣加壓校形，使拓撲結構壁板加強筋之間的曲面部位形成光滑曲面。本發明改善了零件的表面質量。

技術領域

本發明屬于精密鈑金加工技術領域，特別涉及一種拓撲結構壁板增材熱壓氣脹復合成形方法。

背景技術

鈦合金、鋁合金因具有優異的使用性能，在航空航天、軌道交通、武器裝備等領域應用十分廣泛。在航空航天領域，拓撲結構壁板類零部件產品的整體化、輕量化程度越來越高，制造精度要求也越來越高。在板料成形領域，拓撲結構壁板常用制造方法主要有冷壓成形、鑄造成形和直接增材成形。冷壓成形不但尺寸精度難以達到要求，型面精度也難以控制，通常后續需要大量的手工校形，成形周期長，并且容易產生回彈、起皺和開裂等缺陷。另外，在冷成形過程中，壁厚不均勻會導致加強筋之間壁薄部分下陷。鑄造成形方法受材料種類限制，拓撲結構壁板類零件鑄造困難，后續仍需要大量機械加工，加工成本高，制備周期長。直接增材成形，雖然能制造復雜拓撲結構，但成形效率低，型面控制難，加工成本高。

發明內容

鑒于以上分析，本發明旨在提供一種拓撲結構壁板增材熱壓氣脹復合成形方法，用以解決現有技術加工的零件整體性差、外形精度控制困難或成本較高的缺點。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種拓撲結構壁板增材熱壓氣脹復合成形方法，包括以下步驟：

步驟1.根據需要成形的拓撲結構壁板外形尺寸、加強筋位置和拓撲結構形式，確定出熱壓成形所需的拓撲結構壁板坯料的加強筋和拓撲結構位置；

步驟2.根據步驟1中確定的拓撲結構壁板坯料的加強筋和拓撲結構位置通過增材制備出拓撲結構壁板坯料；

步驟3.根據需要成形的拓撲結構壁板外形尺寸，制作拓撲結構壁板熱壓成形模具；

步驟4.將步驟3制作的熱壓成形模具加熱至熱壓成形溫度后，把步驟2制備的拓撲結構壁板坯料放于熱壓成形模具的型腔內，上模逐漸向下模運動，拓撲結構壁板坯料在熱壓成形模具型腔內逐漸變形，直至上模和下模閉合即合模完全，拓撲結構壁板坯料熱壓成形完畢；

步驟5.步驟4熱壓成形后拓撲結構壁板坯料與上模之間形成一個密閉型腔，上模設有通氣孔，通過通氣孔將密閉型腔與外界氣源連通，向密閉型腔通氣加壓校形，使拓撲結構壁板加強筋之間的曲面部位形成光滑曲面。

進一步的，步驟1中的拓撲結構形式為四面體結構、金字塔結構或金剛石結構。

進一步的，拓撲結構壁板材料為鋁合金或鈦合金。

進一步的，步驟2中的增材方法為選區熔化法、直接熔融沉積法或電弧增材法。

進一步的，步驟3中，對鋁合金拓撲結構壁板坯料熱壓成形模具的型腔進行適當放大加工，使熱壓成形模具型腔尺寸適當放大量為需要成形的拓撲結構壁板的外形尺寸的3‰～7‰。

進一步的，步驟3中，對鈦合金拓撲結構壁板坯料熱壓成形模具的型腔進行適當縮小加工，使熱壓成形模具型腔尺寸適當縮小量為需要成形的拓撲結構壁板的外形尺寸的3‰～7‰。

進一步的，步驟4中，鋁合金拓撲結構壁板坯料熱壓成形溫度為420～520℃，上模向下模運動速度為1～10mm/s。