[發(fā)明專利]一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質(zhì)壓力成形方法

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• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112246949A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑世劍;凡曉波
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B21D22/20
• 分類號: B21D22/20;B21D22/22;B21D37/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王富強(qiáng)

本發(fā)明公開一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質(zhì)壓力成形方法，利用增壓的超低溫介質(zhì)同時(shí)調(diào)控變形區(qū)的溫度和應(yīng)力狀態(tài)，使鋁合金在超低溫條件下成形出薄壁曲面件。具體步驟包括向凹模型腔內(nèi)充填超低溫介質(zhì)，令位于凹模區(qū)的鋁合金板材冷卻至低于?120℃的設(shè)定溫度，在施加壓邊力后，令超低溫介質(zhì)增壓，通過超低溫介質(zhì)加壓脹形改變懸空區(qū)應(yīng)力狀態(tài)，解決了薄壁曲面件成形起皺的難題；與此同時(shí)，超低溫介質(zhì)不僅用于加壓，同時(shí)用于冷卻，鋁合金板材在超低溫條件下發(fā)生變形，成形性能顯著提高，避免了加壓脹形極易開裂的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及板件成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質(zhì)壓力成形方法。

背景技術(shù)

薄壁曲面件是航空航天、新能源汽車和石油化工裝備的主體結(jié)構(gòu)，不僅量大面廣，還直接決定著裝備的氣動性能、承載能力和使用壽命。為滿足高可靠和輕量化發(fā)展需求，此類構(gòu)件逐漸由多塊分體拼焊結(jié)構(gòu)向整體結(jié)構(gòu)、由傳統(tǒng)材料向輕質(zhì)高強(qiáng)材料升級換代。結(jié)構(gòu)整體化使得這類構(gòu)件的特征尺寸超大、形狀復(fù)雜、腔深壁薄，再以輕質(zhì)高強(qiáng)材料難變形互相耦合，給其成形制造帶來極大挑戰(zhàn)。

以壓力容器封頭和運(yùn)載火箭貯箱箱底為例，其形狀通常采用球面或橢球面，在替換原有多塊拼焊結(jié)構(gòu)以后，特征尺寸(直徑)通常大于2m，是一類大尺寸新型薄壁曲面件。目前，拉深成形被廣泛用于整體成形薄壁曲面件。但是，由于整體化帶來的薄壁曲面件壁厚超薄，坯料厚度與構(gòu)件直徑之比小于甚至遠(yuǎn)小于3‰，直接采用拉深成形會引起嚴(yán)重的起皺缺陷。為防止起皺，發(fā)展出了充液拉深成形技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是以柔性的液體介質(zhì)充填在凹模型腔內(nèi)，通過液體介質(zhì)加壓使易起皺的懸空區(qū)發(fā)生脹形變形、調(diào)控應(yīng)力狀態(tài)。具體來看，就是把懸空區(qū)易起皺的一拉一壓應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)殡p拉應(yīng)力，從根本上解決起皺缺陷。但是，液室壓力脹形程度過大，又極易引起開裂缺陷發(fā)生，導(dǎo)致深腔薄壁曲面件無法順利成形；同時(shí)液體反力大，尺寸較大的構(gòu)件成形還需要大型設(shè)備和模具。并且，迫切需要的輕質(zhì)高強(qiáng)材料如鋁鋰合金、鋁鋅合金成形性往往更差，較小的反脹程度就會導(dǎo)致開裂缺陷發(fā)生。

因此，如何改變現(xiàn)有技術(shù)中，輕質(zhì)高強(qiáng)材料薄壁曲面件成形起皺和開裂缺陷并存的現(xiàn)狀，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質(zhì)壓力成形方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提高鋁合金薄壁曲面件成形性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質(zhì)壓力成形方法，利用增壓的超低溫介質(zhì)同時(shí)調(diào)控變形區(qū)的溫度和應(yīng)力狀態(tài)，使鋁合金在超低溫條件下成形出薄壁曲面件，包括如下步驟：

步驟一、將鋁合金板材放入模具，模具包括壓邊圈、凹模和凸模，閉合壓邊圈；

步驟二、向凹模型腔內(nèi)充填超低溫介質(zhì)，令位于凹模區(qū)的鋁合金板材冷卻至低于-120℃的設(shè)定溫度；

步驟三、壓邊圈施加設(shè)定壓邊力，繼續(xù)向凹模型腔內(nèi)充填超低溫介質(zhì)，使凹模型腔內(nèi)超低溫介質(zhì)增壓至1-20MPa的設(shè)定壓力；

步驟四、凸模下行，使鋁合金板材在模具和超低溫介質(zhì)壓力共同作用下成形出薄壁曲面件；

步驟五、打開模具，取出成形的薄壁曲面件。

優(yōu)選地，在進(jìn)行步驟二之前，將模具冷卻至低于-120℃的設(shè)定溫度，壓邊圈、凹模和凸模均具有循環(huán)通路，超低溫介質(zhì)在循環(huán)通路內(nèi)循環(huán)流動能夠?qū)δ＞呃鋮s降溫。

優(yōu)選地，在進(jìn)行步驟四之前，凸?；赝?，鋁合金板材自由脹形至設(shè)定形狀，優(yōu)化拉深坯料。

優(yōu)選地，在進(jìn)行步驟四之前，利用低溫涂料對凸模進(jìn)行隔熱處理。

優(yōu)選地，超低溫介質(zhì)為液氮、液氬或液氦。

優(yōu)選地，鋁合金板材壁厚與當(dāng)量直徑之比小于5‰。