[发明专利]一种大曲率铝合金整体壁板构件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金薄板领域，具体涉及一种大曲率铝合金整体壁板构件的制备方法。

背景技术

航空航天运载器使用大曲率薄壁高筋铝合金整体壁板构件(如飞机机身壁板、火箭贮箱壁板和汽车车身薄板等)成形曲率大，因而先对其进行如滚弯、压弯等冷成形的机械塑性形变过程，再对其蠕变校形或手工校形得到目标产品。但滚弯、压弯等冷成型工艺易导致构件成形精度低，产生局部应力集中，且易发生筋条裂纹或断裂。在这样的方案中，应用蠕变校形(也称应力松弛时效)时壁板构件需要初步完成塑性形变，因而难以用单一的成形工装实现高强度、高精度及高稳定性的构件大曲率成形。

对铝合金壁板构件应力松弛时效成形的已有方案包括：授权的发明专利CN200810017544中提出了一种纯弯曲时效成形模具，该结构采用了蜗杆传动结构。其加工较复杂，成本高，传动效率低，且仅能实现待成形件的单曲率纯弯曲成形，难以实现待成形件的复杂大曲率蠕变时效成形。授权的发明专利CN 101774274B公开一种基于热压罐的蠕变时效成形柔性工装，以解决现有卡板式工装存在的缺陷，该工装主要用于基于热压罐的小曲率构件的蠕变时效成形，加工中通过调节螺栓达到其目的。其构造待成形件曲面的过程相当繁琐，操作困难，且难以保证所构造待成形件曲面的精度。同时，由于该工装必须和热压罐配套使用，并不适用于常规的仅需要机械加载就可以达到要求的待成形件的蠕变时效成形。授权的发明专利CN102266887B提出一种形板式机械加载蠕变时效成形装置，采用点阵式机械加载实现对具有复杂曲率曲面和纯弯曲常规目标零件的蠕变时效成形，该装置调节过程繁重，同样无法完全保证所构造待成形件曲面的精度。发明专利申请CN102978549A披露一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法，并配套研制了授权的实用新型专利CN 202921725U所述一种金属板材蠕变时效成形装置。该方法对构件先进行弯曲成形，其调节精度不可控，而后再进行蠕变时效增加了一道弯曲工艺、延长了整体成形时间。专利申请CN201310711973中也提供了一种基于热压罐的可时效强化铝合金整体壁板一次成型方法，其中依然要用到热压罐进行成型，具体地，利用热压罐提供铝合金时效所需温度与构件贴模所需压力，使大曲率部位材料达到屈服极限而发生塑性变形后保持贴模状态进入蠕变时效阶段，该专利将构件放入热压罐后再加压贴膜，因热压罐属密闭容器，构件在加压后是否完全贴膜难以获知。

因此，本领域需要提供一种更优的大曲率铝合金整体壁板构件的制备方法。

发明内容

本发明提供一种成形精度高、残余应力低、尺寸一致性和确定性好的大曲率铝合金整体壁板构件的制备方法。本发明方法中省去了对大曲率铝合金壁板构件先进行如滚弯、压弯等冷成形的机械塑性形变过程，因而不会因损坏壁板结构而降低疲劳强度与寿命；此外，以气体作为施载介质，可提高对薄壁高筋构件的成形极限；同样在本发明中也可以不使用热压罐等庞大压力容器。

本发明将传统的滚弯冷成型+校形+时效热处理用“真空处理”+原位蠕变应力松弛时效步骤代替，通过控制真空处理步骤的特定范围的压力和温度，使得壁板不需先经过机械塑性形变的过程即可一次性完成塑性形变、得到成形精度高、残余应力低、尺寸一致性和确定性好的大曲率铝合金整体壁板构件。

因此，本发明提供一种大曲率铝合金整体壁板构件的制备方法，包括，步骤A，将铝合金壁板固溶淬火；步骤B，真空处理：将步骤A得到的壁板置于由薄膜覆盖层21和成形模具22共同构成的密封环境中，在抽真空条件下壁板先后发生弹性形变和塑性形变得到变形壁板；壁板所处密封环境中温度为15～35℃、真空度为－0.1MPa～－0.05MPa、处理时间为5～60min；步骤C，蠕变应力松弛时效：将步骤B中得到的变形壁板在温度为150～200℃、真空度为条件a或条件b下原位蠕变应力松弛时效，蠕变应力松弛时效时间为2h以上，条件a，密封空间内真空度保持为－0.1MPa，且不对所述变形壁板施加其他压力，条件b，密封空间内真空度为－0.1MPa～－0.01MPa，且使用热压罐对所述变形壁板施加压力，其中热压罐内气压为0.2～4MPa；步骤D，卸载：步骤C中得到的变形壁板经温度和压力的卸载处理得到所述大曲率铝合金整体壁板构件。