[发明专利]一种蠕变时效成形复杂变曲率构件的工艺及模具装置

说明书

本发明提供了一种蠕变时效成形复杂变曲率构件的新工艺及模具装置，包括模架，模架上方从上到下依次设置有凸模和凹模，凸模的上方中心位置设置有压力柱。采用传统拉深成形工艺与蠕变时效成形技术相结合的新工艺，并设计相应的蠕变时效成形装置以实现复杂变曲率构件高效、高精度、高可靠性成形成性的目的。首先使用传统拉深工艺完成复杂变曲率构件成形，然后构件固溶处理后使用蠕变时效成形工艺及开发设计的大型成形模具对其进行校形，并通过时效硬化提高构件力学性能，从而使合金构件获得较高的成形精度和较好的力学性能，且构件形状性能具有较高的稳定性。

技术领域

本发明属于铝合金蠕变时效成形制造术领域，具体涉及一种蠕变时效成形复杂变曲率构件的工艺及模具装置。

背景技术

传统方法分别采用拉深成形、固溶淬火和人工时效制造瓜瓣变曲率构件以达到成形成性的目的，虽然构件力学性能能够满足要求，但由于发生回弹，成形精度往往达不到公差要求，因此后续需要进行人工锤击校形，费时费力，且精度稳定性差。

蠕变时效成形技术是成形成性一体化的先进钣金制造技术，通常采用热压罐设备提供压力和时效温度。其成形过程包括三个步骤。第一阶段为加载阶段，将经过固溶热处理但未发生变形的铝合金构件放置在成形模具上，并在构件与模具之间抽真空，使工件在上表面受到大气压的作用而被迫发生变形从而与模具型面贴合。通常航空航天构件曲率较小，在构件中引入的应变很大程度上是弹性应变。如果构件因强度大而难变形，可以使用能够提供高压的热压罐或机械夹紧装置使构件与模具表面紧密贴合；第二阶段即蠕变时效阶段，构件与模具贴合后，将整个模具装置放入高温炉中，加热构件与模具至铝合金的时效温度，并在高温炉中保温一定的时间，使构架内部的部分弹性应变转化为蠕变应变，同时使合金因沉淀相析出的强化；第三阶段即卸载回弹阶段，保温时间结束后，将构件温度降低至室温，并释放构件上表面压力，构件因加载阶段内部产生的弹性应力不能完全转变为蠕变应变而存在剩余弹性应力，剩余弹性应力驱使构件发生一定的回弹，最终构件形状介于初始形状与模具形状之间。

上述蠕变时效成形技术能够较好的成形具有简单曲率的构件，对于双曲率及更加复杂的变曲率构件如瓜瓣构件，由于其在不同方向曲率差异较大，往往难以实现贴模。一方面，在加载过程中材料会发生加工硬化，从而导致在某些曲率较大的区域弯曲抗力过大，通过抽真空使构件贴模较为困难，即使通过热压罐提供的成形压力也不可能完全贴模，因此难以预测回弹和控制构件成形精度。另一方面，这种蠕变时效成形工艺虽然能够同时实现构件成形成性的目标，但如果构件曲率较大、弦高过高，在抽真空过程中很容易导致真空袋破损，进而影响整个工艺过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种蠕变时效成形复杂变曲率构件的模具装置，具有能实现复杂变曲率构件高效、高精度、高可靠性成形的特点。

本发明的目的还在于提供一种蠕变时效成形复杂变曲率构件的工艺。

本发明采用的方案为，

一种蠕变时效成形复杂变曲率构件的模具装置，包括模架，模架上方从上到下依次设置有凸模和凹模，凸模的上方中心位置设置有压力柱。

凸模和凹模的四个角均设置有定位孔，凹模的定位孔内设置有内螺纹。

定位孔内设置有定位柱，定位柱直径30mm,长80mm，定位柱一端设置有长25mm的螺纹，与凹模的内螺纹相匹配。

凹模和凸模厚度设置为20-25mm，凹模和凸模大小端设置有若干螺栓孔。

压力柱距凸模大端边界1100mm。

螺栓孔中依次设置有螺栓、垫圈、锁紧螺母用来紧固模具。

螺栓孔的直径在30-50mm，螺栓的高度设置为60-100mm。

凸模四个角设置有高度一致的吊耳。