[发明专利]一种基于热压罐的铝合金高筋整体壁板蠕变时效成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属材料加工工程技术领域，特别涉及一种适用于航空航天用铝合金壁板类构件的基于热压罐的铝合金高筋整体壁板蠕变时效成形方法。

背景技术

整体带筋结构壁板是在航空航天与交通运输等制造行业中广泛应用的高效率结构，带筋一侧提高结构强度，无筋一侧则构成飞机的气动外形。这种结构具有减轻构件重量，提高构件的综合性能，提高其气动表面与外形的装配质量，以及降低生产成本与装配工作量等明显优势。因而也受到了世界各国制造行业的高度重视。在一些飞机的重要承力位置上，需要采用带高筋的整体壁板（高度一般大于30mm）以获得更高的强度和稳定性，例如机翼壁板、机身壁板、尾翼壁板等。

蠕变时效成形是一种针对大型整体壁板而发展起来的一种制造方法，其结合了金属蠕变和铝合金时效强化特性，利用时效温度进行蠕变变形，可同步实现零件形状与性能要求。其主要优势在于：①成形应力低，因而产生加工裂纹几率低；②残余应力水平低，可改善耐疲劳和抗应力腐蚀能力；③加工流程简单，制造周期和成本低；④成形效率高，工艺重复性好；⑤成形表面质量高，外形一致性好，提高装配质量。

带有较高筋条的铝合金整体壁板在蠕变时效成形时，由于筋条参与变形，变形抗力大，很容易产生局部失稳产生扭曲变形，破坏成形精度与构件性能。这种成形问题大大限制了铝合金整体带筋壁板的筋条高度，这同时也是限制整体结构壁板制造与应用发展的瓶颈。

发明内容

为突破带筋整体壁板成形的筋高限制，本发明提供一种可用于热压罐内铝合金高筋整体壁板的蠕变时效一次成形方法，在牺牲少量局部刚度的情况下，消除筋条扭曲的不利影响，可保证成形精度的同时提高性能均匀性。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种基于热压罐的铝合金高筋整体壁板蠕变时效成形方法，包括以下步骤：将需要进行蠕变时效的带筋板坯固定于模具上，然后在真空条件下置于热压罐中进行蠕变时效，在进行蠕变时效之前，在带筋板坯需蠕变成形出曲率部分所对应的筋条上切出“V”型开口。

所述的方法，所述的曲率部分所对应的筋条的正中处结构与筋条的其他部分结构相同，筋条上“V”型开口的位置处于筋条的正中处。

所述的方法，所述的曲率部分所对应的筋条的正中处设有筋条结构，筋条上“V”型开口的位置处于筋条结构至少一侧且距筋条结构10～100mm。

所述的方法，所述的筋条结构为孔、槽、增厚或弯折结构中的一种。

所述的方法，所述的曲率部分所对应的筋条在距筋条的正中处±15mm之外设有至少一个筋条结构，筋条上“V”型开口的位置处于筋条的正中处。

所述的方法，“V”型开口尖端距筋根部距离h使用公式获得，式中R为壁板弯曲半径，t为弯曲筋的厚度，k₁为与筋条构造相关的参数，取值范围为0.1～0.6。

所述的方法，“V”型开口最大开口长度d使用公式d=k₂·H/(n·R)获得，式中H为筋条高度，n为同一条筋条上的开口个数，n取值为1或2，筋条上若无特殊的筋条结构，则n取1，若具有特殊的筋条结构，且在筋条结构两侧均开口，则n取2；k₂为与筋条构造相关的参数，取值范围为100～200。参数k₁和k₂可通过等筋高的单筋小样件成形试验确定。

所述的方法，“V”型开口的尖端为圆角，这是为了防止在成形时尖端发生开裂，圆角半径r为1mm～5mm。

所述的方法，能够在最高工作压力不小于10Bar，使用温度范围可满足100℃～200℃，且有足够容量的热压罐内实施，实现构件的一次成形。

本发明在结构设计中有以下考虑：在热压罐所能提供的压力和温度范围内，通过在发生弯曲变形的筋条上布置“V”型开口，预先去除多余的材料，可有效改善筋条变形的材料流动，避免了因材料流动受阻造成的筋条扭曲、畸变等失稳现象；通过合理地设计“V”型开口的位置与尺寸，可以尽量少地减小整体构件的刚度损失，并在成形结束时使得”V”型开口完全合拢，以便后期有必要时进行焊接或者铆接加固；此外，在板坯带筋侧覆盖有垫板可使筋条受力均匀，特别对于“工”型、“Γ”型或“T”型截面的筋条能够起到防止筋上部边缘被压塌，还可以防止真空膜进入壁板内腔以及筋上的“V”型开口内而破裂。考虑到一般常用的热压罐内容量限制，成形板坯弯曲方向的筋条高/厚比（高度与厚度的比值）为4～200，筋条厚度为1mm～20mm。