[发明专利]中部不连续薄壁金属构件的叠层板成形方法

说明书

本发明属于薄壁金属构件成形制造技术领域，提供了一种中部不连续薄壁金属构件的叠层板成形方法，步骤如下：构建特征分析；工艺方案确定；原始坯料及模具工装设计；覆层板坯的确定和制备；原始坯料上预冲孔；叠层板坯的组合；叠层板坯的成形；叠层板坯的分解；薄壁金属构件后处理。本发明对冲孔设备的要求较低，避免采用CNC数控切割或激光切割加工成形后的复杂形状中间坯料时，需要采用专用的数控机床及与之配套的在线测量和反馈系统的问题。另外，本发明在制备异形孔时，不需要数控机床，避免了因采用数控方法在复杂形状的中间坯料上切割三维空间中的异形孔时因中间坯料上残余应力的释放而使中间坯料产生不可控的变形的问题。

技术领域

本发明属于薄壁金属构件成形制造技术领域，特别是涉及一种中部不连续薄壁金属构件的叠层板成形方法。

背景技术

薄壁金属构件在航空航天、汽车、高铁等领域非常常见，其既可以承受复杂的外部载荷，也可以起到屏蔽、隔热、保温等作用。根据使用、服役条件的不同，需要选用相应的金属结构材料，如铝合金、镁合金、钛合金、不锈钢等。为了承受复杂的外部载荷，或者为了与相邻的其他零部件实现连接，薄壁金属构件常设计成非常复杂的三维形状，并在局部区域设置圆形、方形或更一般形状的连接装配用异形孔。

带有异形孔的薄壁金属构件，其成形制造目前主要包括两个步骤：(1)外部整体形状的成形；(2)局部异形孔的加工。局部异形孔的加工一般都是在获得外部整体形状后的中间坯料上进行。当异形孔的形状比较规则且位于中间坯料的开放侧面或底面上时，可以采用传统的冲裁等方法进行加工。对于这种简单情况，往往可以将外部整体形状的成形和局部异形孔的加工在同一套模具上依次完成以提高生产效率。但是，更多的异形孔是位于薄壁金属构件的非开放的部位，难以或无法采用传统的冲孔方法和冲压设备来加工。此时，就需要采用数控加工方法如CNC数控切削、激光切割等来进行三维空间中异形孔的加工。

在采用数控方法进行三维空间中异形孔的加工时，将会出现如下问题或困难：(1)CNC数控切割或激光切割需要采用专用的数控机床及与之配套的在线测量、反馈系统，对设备要求很高；(2)为了保证切割时构件的外部形状不会因为局部切割力、局部热胀冷缩等的作用而发生变化，需要制作专用的切割工装来固定构件，切割工装的加工及使用将大大降低加工效率、提高生产成本；(3)当中间坯料上的多个侧面和底面上都存在异形孔时，需要对切割工装和中间坯料进行多次翻转和空间定位，导致生产效率降低、工装精度要求大幅提高；(4)原始坯料在成形为复杂形状的中间坯料时会因局部变形不均匀而存在复杂的残余应力，在切割异形孔时将会因残余应力的释放而使中间坯料产生不可控的变形；(5)中间坯料的形状尺寸精度必然存在一定的偏差或不一致性，在切割三维空间中的异形孔时将会出现异形孔的精度不足甚至切割不充分的情况。

为解决目前在制造带有异形孔的薄壁金属构件时，因为采用了相互独立的两个步骤来成形外部整体形状和局部异形孔，导致对设备、模具工装提出很高要求，导致生产效率降低、生产成本明显提高，而且还常出现构件的外形形状发生复杂变化、切割的异形孔质量不满足要求等严重质量问题，需要开发一种新的薄壁金属构件成形方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有异形孔的中部不连续薄壁金属构件的成形方法，能够解决现有的成形技术因为采用了相互独立的两个步骤来成形外部整体形状和局部异形孔，导致对设备、模具工装提出很高要求，导致生产效率降低、生产成本明显提高，而且还常出现构件的外形形状发生复杂变化、切割的异形孔质量不满足要求等严重质量问题。

本发明的技术方案：

中部不连续薄壁金属构件的叠层板成形方法，步骤如下：

步骤一、构件特征分析：对带有异形孔的薄壁金属构件的特征进行分析，获得外部整体形状和局部异形孔的几何特征、工艺性及相互关系；

步骤二、工艺方案确定：根据步骤一的特征分析结果，初步确定薄壁金属构件外形和局部异形孔的叠层板成形工艺；