[發明專利]一種蠕變時效成形復雜變曲率構件的工藝及模具裝置

有效

• 申請號: 202011269663.5
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112536358B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 張力文;王哲;孫劍偉;劉強;王溫棟;劉蕾;王博華
• 申請（專利權）人: 西安航空職業技術學院
• 主分類號: B21D22/20
• 分類號: B21D22/20;B21D37/10;G06F30/23;G06F30/17;C22F1/04;C21D1/18;C21D9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

本發明提供了一種蠕變時效成形復雜變曲率構件的新工藝及模具裝置，包括模架，模架上方從上到下依次設置有凸模和凹模，凸模的上方中心位置設置有壓力柱。采用傳統拉深成形工藝與蠕變時效成形技術相結合的新工藝，并設計相應的蠕變時效成形裝置以實現復雜變曲率構件高效、高精度、高可靠性成形成性的目的。首先使用傳統拉深工藝完成復雜變曲率構件成形，然后構件固溶處理后使用蠕變時效成形工藝及開發設計的大型成形模具對其進行校形，并通過時效硬化提高構件力學性能，從而使合金構件獲得較高的成形精度和較好的力學性能，且構件形狀性能具有較高的穩定性。

技術領域

本發明屬于鋁合金蠕變時效成形制造術領域，具體涉及一種蠕變時效成形復雜變曲率構件的工藝及模具裝置。

背景技術

傳統方法分別采用拉深成形、固溶淬火和人工時效制造瓜瓣變曲率構件以達到成形成性的目的，雖然構件力學性能能夠滿足要求，但由于發生回彈，成形精度往往達不到公差要求，因此后續需要進行人工錘擊校形，費時費力，且精度穩定性差。

蠕變時效成形技術是成形成性一體化的先進鈑金制造技術，通常采用熱壓罐設備提供壓力和時效溫度。其成形過程包括三個步驟。第一階段為加載階段，將經過固溶熱處理但未發生變形的鋁合金構件放置在成形模具上，并在構件與模具之間抽真空，使工件在上表面受到大氣壓的作用而被迫發生變形從而與模具型面貼合。通常航空航天構件曲率較小，在構件中引入的應變很大程度上是彈性應變。如果構件因強度大而難變形，可以使用能夠提供高壓的熱壓罐或機械夾緊裝置使構件與模具表面緊密貼合；第二階段即蠕變時效階段，構件與模具貼合后，將整個模具裝置放入高溫爐中，加熱構件與模具至鋁合金的時效溫度，并在高溫爐中保溫一定的時間，使構架內部的部分彈性應變轉化為蠕變應變，同時使合金因沉淀相析出的強化；第三階段即卸載回彈階段，保溫時間結束后，將構件溫度降低至室溫，并釋放構件上表面壓力，構件因加載階段內部產生的彈性應力不能完全轉變為蠕變應變而存在剩余彈性應力，剩余彈性應力驅使構件發生一定的回彈，最終構件形狀介于初始形狀與模具形狀之間。

上述蠕變時效成形技術能夠較好的成形具有簡單曲率的構件，對于雙曲率及更加復雜的變曲率構件如瓜瓣構件，由于其在不同方向曲率差異較大，往往難以實現貼模。一方面，在加載過程中材料會發生加工硬化，從而導致在某些曲率較大的區域彎曲抗力過大，通過抽真空使構件貼模較為困難，即使通過熱壓罐提供的成形壓力也不可能完全貼模，因此難以預測回彈和控制構件成形精度。另一方面，這種蠕變時效成形工藝雖然能夠同時實現構件成形成性的目標，但如果構件曲率較大、弦高過高，在抽真空過程中很容易導致真空袋破損，進而影響整個工藝過程。

發明內容

本發明的目的是提供一種蠕變時效成形復雜變曲率構件的模具裝置，具有能實現復雜變曲率構件高效、高精度、高可靠性成形的特點。

本發明的目的還在于提供一種蠕變時效成形復雜變曲率構件的工藝。

本發明采用的方案為，

一種蠕變時效成形復雜變曲率構件的模具裝置，包括模架，模架上方從上到下依次設置有凸模和凹模，凸模的上方中心位置設置有壓力柱。

凸模和凹模的四個角均設置有定位孔，凹模的定位孔內設置有內螺紋。

定位孔內設置有定位柱，定位柱直徑30mm,長80mm，定位柱一端設置有長25mm的螺紋，與凹模的內螺紋相匹配。

凹模和凸模厚度設置為20-25mm，凹模和凸模大小端設置有若干螺栓孔。

壓力柱距凸模大端邊界1100mm。

螺栓孔中依次設置有螺栓、墊圈、鎖緊螺母用來緊固模具。

螺栓孔的直徑在30-50mm，螺栓的高度設置為60-100mm。

凸模四個角設置有高度一致的吊耳。