[發明專利]一種鋁鋰合金復雜薄壁結構件的超低溫柔性成形方法

有效

• 申請號: 202011435530.0
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112676459B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 許愛軍;寧旭東;代國寶;張斌;賴小明;崔超;劉淑芬
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: B21D37/10
• 分類號: B21D37/10;B21D37/16;B21D22/20;B21D22/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

1.一種鋁鋰合金薄壁結構件的超低溫柔性成形方法，其特征在于步驟包括：

步驟一，讀取鋁鋰合金薄壁結構件三維設計模型，根據該三維設計模型得到鋰合金薄壁結構件的板料材料、曲面的曲率和板料的厚度，再根據得到的鋁鋰合金薄壁結構件的板料材料、曲面的曲率和板料的厚度通過有限元分析將復雜鋁鋰合金薄壁結構件三維設計模型展開為二維平面模型；

步驟二，對步驟一得到的二維平面模型進行修正，根據修正后的二維平面模型通過激光切割的方式切割鋁鋰合金薄壁結構件展開料；

步驟三，對步驟二的激光切割完的展開料進行固溶處理；

步驟四，將第三隔冷保溫層放置在凹模座上，將凹模座墊塊B放置在第三隔冷保溫層上，然后將雙層耐低溫密封圈放置到凹模座墊塊B開有的雙層密封溝槽中，然后將低溫成形凹模墊塊A放置到凹模座墊塊B上，然后在低溫成形凹模墊塊A上放置鋁鋰合金板；安裝完成后將凹模座放在液壓機的下工作平臺上，然后用壓板將凹模座固定在液壓機的下工作平臺上；

步驟五，將超低溫周向密封圈用第一螺釘安裝在第二壓邊內圈上形成一組合體E，將第一隔冷保溫層放置在超低溫周向密封圈和第二壓邊內圈形成的組合體E上，并用第二螺釘緊固，然后將第一隔冷保溫層和該組合體E安裝在第一壓邊圈上，形成大組合體F，大組合體F通過與雙動液壓機的壓邊缸連接的接口直接安裝到雙動液壓機的壓邊缸上；

步驟六，利用第一高壓轉接接頭將獨立低溫液體介質系統源A和凹模座連接起來，利用第二高壓轉接接頭將獨立低溫液體介質系統源B和低溫成形凹模墊塊A連接起來；

步驟七，將步驟三制造完成的鋁鋰合金板，放置在低溫成形凹模墊塊A上，壓邊時采用定間隙的方法，壓邊間隙通過旁邊加半圓形墊環的形式實現；

步驟八，成形凸模(20)由多點凸模本體(10)和多個多點凸模頭(8)組成，將不同形狀的多點凸模頭通過多點凸模頭上的螺紋直接連接在多點凸模本體上的螺紋孔中，然后將成形凸模的多點凸模本體通過與雙動液壓機的主缸連接的接口直接連接到雙動液壓機的主缸上；雙動液壓機的主缸控制多點凸模本體向下移動；

步驟九，利用壓邊缸控制大組合體F向下移動使第二壓邊內圈的下表面與鋁鋰合金板接觸并施加壓邊力；

步驟十，獨立低溫液體介質系統源B通過第一充液接口向低溫成形凹模墊塊A充入第一高壓低溫液體介質，第一高壓低溫液體介質通過第一進液通道進入低溫成形凹模墊塊A開有的第一低溫液體介質通道中，低溫成形凹模墊塊A逐步填滿第一高壓低溫液體介質；

步驟十一，雙動液壓機的主缸控制多點凸模本體向下移動，隨之帶動多點凸模頭向下移動，當多點凸模頭的下表面與鋁鋰合金板的上表面之間距離為設定值時，獨立低溫液體介質系統源A按照初始液室壓力曲線通過第二充液接口向高壓低溫充液室充入第二高壓低溫液體介質，第二高壓低溫液體介質通過第二進液通道進入凹模座和凹模套開有的第二低溫液體介質通道，從而進入高壓低溫充液室中；

步驟十二，多點凸模本體繼續向下移動，隨之帶動多點凸模頭繼續向下移動，下移過程中壓邊力保持不變，此時，繼續通過第二充液接口向高壓低溫充液室充入第二高壓低溫液體介質，提高高壓低溫充液室內部第二高壓低溫液體介質的壓力至0.3σs～0.6σsMPa，σ_s為鋁鋰合金板材的屈服強度，單位為MPa；

步驟十三，當高壓低溫充液室(3)內部建立起0.3σs～0.6σsMPa的液室壓力，鋁鋰合金板的溫度達到-100℃～-196℃，多點凸模本體繼續下行，鋁鋰合金板逐漸流入高壓低溫充液室，直至成形結束，成形出鋁鋰合金薄壁結構件；

步驟十四，多點低溫充液成形結束后，卸載高壓低溫充液室內的壓力以及低溫成形凹模墊塊A中的壓力，多點凸模本體回程，然后雙動液壓機壓邊缸帶動大組合體F上行，卸載壓邊力，使模具處于打開狀態，取出成形完成的鋁鋰合金薄壁結構件；

該方法所使用的成形裝置包括凹模座、凹模套、雙層耐低溫密封圈、第一隔冷保溫層、超低溫周向密封圈、多點凸模頭、凸模本體、第一壓邊圈、第二壓邊內圈、第二隔冷保溫層、低溫成形凹模墊塊A、凹模座墊塊B、第三隔冷保溫層和第四隔冷保溫層；

凹模座為整體圓柱形結構，中間留有圓柱形的內腔，即凹模座為敞口帶底的空心圓柱體；

凹模套為敞口帶底的空心圓柱體，即凹模套帶有空腔；

凹模套的外徑與凹模座的內徑相匹配，凹模套放置在凹模座的內腔中；凹模套的外表面與凹模座的內表面之間有第四隔冷保溫層；

多點凸模本體為一頂端帶有手柄的圓柱，多點凸模本體的底端帶有螺紋孔；

多點凸模頭包括多個鋼柱，鋼柱的一端帶有外螺紋，鋼柱的另一端為半球型結構，鋼柱帶有外螺紋的一端與多點凸模本體的底端通過螺紋連接；

多點凸模頭位于凹模套的空腔內；多個鋼柱均布緊密排列；

多個多點凸模頭和多點凸模本體組成成形凸模；

第二壓邊內圈為圓環結構；

第一隔冷保溫層為圓環結構；

第一壓邊圈為圓環結構；

第二壓邊內圈、第一隔冷保溫層、第一壓邊圈從下到上依次套裝在成形凸模上，即首先將第二壓邊內圈套裝在成形凸模上，然后將第一隔冷保溫層套裝在成形凸模上，最后將第一壓邊圈套裝在成形凸模上；

凹模座墊塊B為圓環結構；

低溫成形凹模墊塊A為圓環結構，低溫成形凹模墊塊A固定連接在凹模座墊塊B上面，且低溫成形凹模墊塊A和凹模座墊塊B之間通過雙層耐低溫密封圈進行密封，低溫成形凹模墊塊A和凹模座墊塊B固定連接后一起套裝在凹模套(2)上，凹模座墊塊B與凹模座之間通過第三隔冷保溫層進行隔冷保溫；

第二壓邊內圈位于低溫成形凹模墊塊A的上方；

超低溫周向密封圈套裝在第二壓邊內圈的外表面；

第二隔冷保溫層套裝在低溫成形凹模墊塊A和凹模座墊塊B的外表面，用于對低溫成形凹模墊塊A和凹模座墊塊B進行隔冷保溫。