一种封闭异形气动构件高温推胀复合成形方法与流程

本发明属于精密钣金加工领域，涉及一种封闭异形气动构件高温推胀复合成形方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的铝合金封闭异形气动构件。

背景技术：

铝合金因具有优异的使用性能，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域应用十分广泛。在航空航天领域，铝合金封闭异形气动构件类零部件产品的整体化、轻量化程度越来越高，制造精度要求也越来越高。在管材成形领域，铝合金封闭异形气动构件常用制造方法主要有冷成形和铸造成形两种。由于铝合金延伸率不高、回弹较大，冷成形制备的铝合金封闭异形气动构件容易开裂，产生较大回弹，尺寸精度和型面精度难以保证。铸造成形壁厚较厚，内型面难以进行加工，表面质量不高，减重效果较差。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：提供一种封闭异形气动构件高温推胀复合成形方法，它能克服现有技术加工的零件外形精度控制困难、表面质量差等缺点，能有效地保证铝合金封闭异形气动构件的精密成形，成形出的铝合金封闭异形气动构件零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高，并且成形周期较短，加工成本较低。

本发明要解决的技术问题通过以下方案实现：一种封闭异形气动构件高温推胀复合成形方法，步骤如下：

(1)根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，选择成形所需铝合金原料管材，所选取的铝合金原料管材直径小于铝合金封闭异形气动构件最小直径，即左气道和右气道的直径，所选取的铝合金原料管材壁厚大于成形后的铝合金封闭异形气动构件要求的最小壁厚；

(2)根据需要成形的铝合金封闭异形气动构件尺寸，制作超塑成形所需模具，然后对超塑成形所需模具的型腔按照铝合金封闭异形气动构件尺寸进行适当放大加工；制作完成后的超塑成形模具在左气道和右气道的位置有能够进给左、右顶杆的入口；

(3)根据铝合金封闭异形气动构件的左气道和右气道的形状，进行铝合金管材预弯，将预弯后的铝合金管材应放入步骤(2)制作的模具型腔内；

(4)对步骤(2)制作的超塑成形模具进行加热，到达超塑成形温度后，将步骤(3)预弯后的铝合金管材放入超塑成形模具内，左、右顶杆进给至超塑成形模具在左气道和右气道的入口，左、右顶杆与铝合金管材形成密闭腔，右顶杆上设有通气孔，通过右顶杆上的通气孔，连通密闭腔与外界的气源，按照设定的随时间变化的压力向铝合金管材通氩气加压成形，同时左、右顶杆向缓冲气体的密封腔方向运动，即将左气道和右气道向缓冲气体的密封腔进行补料，完成超塑成形；

(5)对步骤(4)完成超塑成形的铝合金封闭异形气动构件采用机械加工方式去除余量，然后采用碱洗、酸洗进行表面清洁。

步骤(1)所述的铝合金原料管材为型号为5083或5A06变形铝合金管材。

步骤(2)所述对超塑成形所需模具按照铝合金封闭异形气动构件尺寸进行适当放大加工的超塑模具尺寸放大量为3‰～7‰。

步骤(3)所述的预弯后的铝合金管材放入步骤(2)所制作的模具型腔后，铝合金管材与模具型腔间隙为0.1～5mm。

步骤(3)根据铝合金封闭异形气动构件的左气道和右气道的形状，采用数控弯管进行铝合金管材预弯。

步骤(4)所述的超塑成形温度为420～520℃，左右顶杆进给速度为0.1～5mm/s，外界的气源为氩气，氩气压力为0.1～3MPa。

所述超塑成形所需模具的材质为45号钢或304不锈钢。

本发明相对于现有技术的有益效果：

(1)本发明所成形的铝合金封闭异形气动构件，整体性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；

(2)本发明采用超塑成形可以有效控制壁厚局部减薄，起到明显减重效果；

(3)本发明采用超塑成形可以实现零件的近净成形，能有效减少后续加工量，提高效率，降低成本；另外，可有效避免回弹、开裂等缺陷的产生。

附图说明

图1为铝合金封闭异形气动构件示意图；

图2为原材料铝管材示意图；

图3为铝管材预弯后示意图；

图4为铝合金封闭异形气动构件超塑成形模具示意图；

图5为铝合金封闭异形气动构件超塑成形后示意图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：一种封闭异形气动构件高温推胀复合成形方法，①根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，选择成形所需铝合金管材；②根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，制作超塑成形所需模具；③根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，采用数控弯管进行铝合金管材预弯；④进行超塑成形，超塑成形过程中，左右顶杆进给补料；⑤超塑成形完毕取出零件后，去除余量，进行表面处理，获得铝合金封闭异形气动构件。本发明采用超塑成形方法成形铝合金封闭异形气动构件，可有效避免回弹、开裂等缺陷的产生；可有效控制壁厚分布，起到明显减重效果；采用超塑成形方法制备的铝合金封闭异形气动构件在零件尺寸精度、型面精度、表面质量、加工效率以及制造成本等方面有显著优势。

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。

本发明属于精密钣金加工领域，涉及到一种封闭异形气动构件高温推胀复合成形方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的铝合金封闭异形气动构件。该方法如下：①根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，选择成形所需铝合金管材；②根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，制作超塑成形所需模具；③根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，采用数控弯管进行铝合金管材预弯；④进行超塑成形，超塑成形过程中，左右顶杆进给补料；⑤超塑成形完毕取出零件后，去除余量，进行表面处理，获得铝合金封闭异形气动构件。

本发明采用超塑成形方法成形铝合金封闭异形气动构件，与冷成形相比，可有效避免回弹、开裂等缺陷的产生；与铸造相比，可有效控制壁厚分布，起到明显减重效果；采用超塑成形方法制备的铝合金封闭异形气动构件在零件尺寸精度、型面精度、表面质量、加工效率以及制造成本等方面有显著优势。

本发明要成形做的铝合金封闭异形气动构件，包括：缓冲气体的密封腔，左气道、右气道，缓冲气体的密封腔的两端有开口，缓冲气体的密封腔的一端开口与左气道的一端相连，缓冲气体的密封腔的另一端开口与右气道的一端相连，左气道的另一端可以连接外部，右气道的另一端也可以连接外部；气体能够从左气道进入至缓冲气体的密封腔缓冲后，从右气道排出；气体也能够从右气道进入至缓冲气体的密封腔缓冲后，从右左气道排出；气体也能够从左气道、右气道同时进入至缓冲气体的密封腔缓冲后，从左气道和右左气道同时排出。左气道、右气道的形状为弯曲的管状(中空)，为金属材质；缓冲气体的密封腔为中空腔体，截面为圆形或类圆形的非规则形状，由模具型腔决定，也为金属材质；缓冲气体的密封腔的截面积大于左气道和右气道的截面积(条件为截面平行时)。

以某铝合金封闭异形气动构件作为优选方案，其形状尺寸见图1，零件材料为5083铝合金，圆端截面直径为55mm，壁厚2mm，长度为600mm，要求零件壁厚不小于2mm。

具体的优选方案按如下工艺步骤进行：

第一步计算原材料尺寸：根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，选择成形所需铝合金管材，铝合金封闭异形气动构件最小直径部位在圆端，截面直径为55mm，零件壁厚不小于2mm，所选取的原料管材直径应小于铝合金封闭异形气动构件最小直径，壁厚大于铝合金封闭异形气动构件要求的最小壁厚。因此，选取直径为45mm～50mm，壁厚为2.5mm～3mm的铝合金管材，长度为700mm～800mm，如图2所示。

第二步设计超塑成形模具：根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，设计超塑成形所需模具，要按照零件尺寸进行适当放大，放大系数选取5‰。

第三步进行铝合金管材预弯：根据铝合金封闭异形气动构件尺寸，采用数控弯管进行铝合金管材预弯，如图3所示，预弯后的铝合金管材应可放入步骤二所设计的模具型腔内，铝合金管材与模具型腔间隙为0.1～4mm。

第四步进行超塑成形：对步骤二的超塑成形模具进行加热，如图4所示，超塑成形温度选取460℃～480℃。到达超塑成形温度后，将步骤三预弯后的铝合金管材3放入超塑成形模具上模2和下模5内，左顶杆1和右顶杆4进给，左顶杆1和右顶杆4与铝合金管材形3成密闭腔，通过右顶杆4上的通气孔连通密闭腔与外界的气源，按照设定的时间压力加载曲线向铝合金管材通氩气加压成形，氩气压力为0.8Mpa～1Mpa，同时左右顶杆相向运动，进给速度为0.5mm/s～1.5mm/s，进行补料，最终，成形出铝合金封闭异形气动构件，如图5所示；

第五步去除余量表面清理：采用数控铣方式去除余量，而后采用碱洗、酸洗进行表面清洁。

采用此方法制备的铝合金封闭异形气动构件尺寸精度为±0.1mm，型面精度±0.3mm，表面粗糙度Ra3.2，壁厚可控制在比现有技术成本节约20％，效率提高15％，减重10％。

本发明还有一种优选方案，在步骤(3)所述的预弯后的铝合金管材放入步骤(2)所制作的模具型腔后，铝合金管材与模具型腔间隙优选为0.1～2.5mm，成形后壁厚可控制在提高了铝合金封闭异形气动构件有效进气量，可保证航天飞行器的正常工作。

本发明还有一种优选方案，在步骤(4)所述的超塑成形温度为420～460℃，可使铝合金封闭异形气动构件成形成本比现有技术降低25％。

本发明还有一种优选方案，在步骤(4)所述左右顶杆进给速度为2～5mm/s，外界的气源为氩气，氩气压力为1～3MPa，可使铝合金封闭异形气动构件成形效率比现有技术提高20％。