一种大型薄壁构件蠕变时效成形方法与流程

本发明涉及薄壁构件制造技术领域，具体涉及到一种大型薄壁构件蠕变时效成形方法。

背景技术：

大型复杂曲面薄壁构件被广泛应用于航空航天工业中，其质量及性能优劣直接影响到相关产品的可靠性。为了使该双曲结构的薄壁构件同时获得优良的形性性能，国内外开发了形性协同制造的蠕变时效成形技术。蠕变时效成形技术主要基于材料蠕变和时效特性，具有安全性和可重复性且能够在生产壁板零件时同时满足成形性要求。首先，在常温下通过一定的加载方式使制件产生弹性变形，并保持这种变形；然后将其与工装一起放入加热设备中保温一段时间，使其内部组织和性能发生改变从而使部分弹性变形转化为塑性变形。

在大型薄壁双曲结构构件的实际生产中发现，当要制作的构件厚度小于一定尺寸时，构件板料在弯曲蠕变时效成形过程中会发生局部屈曲失稳现象，且屈曲失稳具有变形大和突然性，不能形成所需要的具有双曲结构的构件。同时，大曲率椭球构件在蠕变时效成形加载过程拉压应力、弹塑性变形并存，目前已有的时效成形方法难以适用这类构件。

因此，亟须针对大型薄壁构件提出一种新的蠕变时效成形方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大型薄壁构件蠕变时效成形方法，以解决背景技术中提出的大型薄壁构件在弯曲蠕变时效成形过程中会发生局部屈曲失稳现象的问题。

本发明的技术方案是一种大型薄壁构件蠕变时效成形方法，所述方法包括：先将铝合金胚料裁剪成包含构件展开体的构件板料，所述构件板料中构件展开体之外的板料为余量板；将另一块金属板裁剪出与构件板料外轮廓一致但二者厚度可以相同或不同的辅助板；所述金属板的材质或成份与所述铝合金胚料的材质或成份不完全相同，将构件板料和辅助板在厚度方向上紧密贴合并固定在一起形成加强板；将加强板置于模具型面上，其中加强板的构件板料置于加强板的辅助板和模具型面之间，且用透气毡将加强板完全包覆；在模具的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具共同形成封闭空间；真空袋上设置有与真空泵相连的真空嘴，通过真空嘴对封闭空间抽真空，使加强板与模具型面尽可能地趋近贴合或保持贴合；将加强板与模具放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将构件板料、辅助板以及模具分离；铣削掉成形后构件板料的余量板，即完成大型薄壁构件的制作。

在一种具体的实施方式中，所述铝合金胚料裁剪成构件板料时，对构件板料的厚度方向的一侧面中构件展开体所在区域内进行铣削，铣削形成的区域即为减薄区，形成所述减薄区以使得所述构件板料的重量降低，减薄区与构件展开体的外边缘之间留出一圈具有一定宽度且用于构件之间焊接的外网格区，外网格区之外即为余量板对应的余量区；所述构件板料进行了铣削的侧面即为减薄面，构件板料未进行铣削的侧面即为非减薄面；构件板料的非减薄面与辅助板进行紧密贴合；在将构件板料和辅助板紧密贴合之前，将硅胶填充在构件板料的减薄面对应的减薄区被铣削掉的位置，并用热敏胶带沿填充的硅胶位置的四周固定。

在一种具体的实施方式中，所述外网格区的宽度为20～100mm；所述减薄区铣削后的构件板料厚度为铣削前的构件板料厚度的30％～50％；所述硅胶的填充厚度设置为跟外网格区与减薄区的厚度差值有关。

在一种具体的实施方式中，所述构件板料和辅助板紧密贴合并固定在一起是通过在构件板料的余量板上钻螺纹孔、在辅助板上与构件板料螺纹孔对应的位置钻通孔，并使用与螺纹孔对应的螺栓穿过通孔与螺纹孔螺纹连接来进行固定，且固定后的螺栓不凸出至构件板料外。

在一种具体的实施方式中，在真空袋粘贴在密封胶上之前，先用硅胶将螺栓所在位置覆盖，并用热敏胶带固定，再用透气毡包裹住硅胶覆盖的区域。

在一种具体的实施方式中，所述螺栓为强度等级大于等于8.8的螺栓。

在一种具体的实施方式中，所述螺栓长度等于构件板料和辅助板的厚度之和。

在一种具体的实施方式中，所述构件板料的厚度为2～10mm；所述辅助板的厚度为2～10mm，且辅助板的厚度与构件板料的厚度之和大于6mm。

在一种具体的实施方式中，所述辅助板为铝合金板。

本发明的有益效果包括：

本发明所述方法能够实现大型薄壁构件的精确形性一体化成形，有效抑制了弱刚度的构件在蠕变时效成形过程中出现的局部屈曲失稳状况。

本发明构件采用了减薄区与外网格区配合的方式，减薄区能降低构件整体的重量，而外网格区又能保证不影响后期构件成形后的焊接。

本发明采用硅胶填充减薄区能有效防止真空蠕变时效成形过程中减薄区产生不需要的变形，保障了构件的整体形状不受影响。

本发明采用螺栓与螺纹孔连接的方式对构件板料和辅助板进行紧固，既满足了紧固连接的需要又不会对构件的性能产生其他影响。

本发明采用透气毡包裹构件板料、并用硅胶将螺栓所在位置覆盖，充分保护真空袋在真空蠕变时效成形过程中不受破坏，从而使成形工艺顺利进行。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明中构件板料的示意图。

图2为本发明中加强板置于模具上的示意图。

其中，1、构件板料；2、辅助板；3、模具；4、硅胶；5、螺栓；11、构件展开体；12、余量板；111、减薄区；112、外网格区；1a、减薄面；1b、非减薄面；3a、模具型面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本发明提供一种大型薄壁构件蠕变时效成形方法，以一种大型薄壁双曲率构件为例进行说明。

s1、先对出厂的厚度为5mm、牌号为2219的铝合金板胚料进行裁剪，裁剪出的构件板料1能包含构件展开体11，优选裁剪成上底为743mm、下底为1419mm、高为1394mm的等腰梯形板。如图1所示。在构件板料1内标识出构件展开体11的区域，沿构件展开体11的区域边缘向内预留一圈50mm宽的外网格区112，对构件展开体外网格区112以内的区域进行铣削，铣削去3mm形成2mm厚的减薄区111。构件板料1进行了铣削的侧面即为减薄面1a，构件板料1未进行铣削的侧面即为非减薄面1b。所述构件板料整体面积大而厚度薄，呈现弱刚度的特性。且构件板料1通过在构件展开体11的区域设置减薄区111和外网格区112，使得最终成形的构件将具有变刚度的特性，减薄区111能减轻构件的整体重量，而外网格区112又能保证不影响后期构件成形后的焊接。

s2、采用厚度为6mm、牌号为2a12的铝合金板，裁剪成与构件板料1外轮廓一致的板料作为辅助板2。

s3、在构件板料1上的构件展开体11之外的板料即余量板12上钻螺纹孔。

s4、在辅助板2上与构件板料螺纹孔对应的位置钻与构件板料螺纹孔相配合的通孔。

s5、将硅胶4填充在构件板料1的减薄面1a对应的减薄区被铣削掉的位置，并用热敏胶带沿填充的硅胶位置的四周固定。所述硅胶4为耐高温硅胶，所耐受的高温温度高于热压罐进行真空热压蠕变时效成形的温度。所述硅胶4的填充厚度设置为跟外网格区112与减薄区111的厚度差值有关。当所述外网格区厚度为5mm、减薄区厚度为2mm，则二者厚度的差值为3mm，设硅胶的线膨胀系数为α，则需要填充硅胶的厚度为3/(α+1)mm。

s6、将辅助板2和构件板料1的非减薄面1b紧密贴合，并用与螺纹孔对应的螺栓5穿过通孔与螺纹孔螺纹连接紧固成一体。所述螺栓5为强度等级大于等于8.8的螺栓。所述螺栓5长度等于构件板料1和辅助板2的厚度之和，该长度的螺栓5能确保固定后的螺栓5不凸出至构件板料1外，从而不会对后期的热压罐内真空蠕变时效成形产生影响。辅助板2和构件板料1紧固成一体即为加强板。构件板料1与辅助板2的紧密贴合并固定的方式优选螺纹连接的方式；不优选焊接是因为构件板料1与辅助板2均非常薄，而焊接的温度能达到2000℃，会使构件板料1与辅助板2变形，且还会影响构件的性能；不优选高温金属胶粘接是因为粘接不够牢，而此处对构件板料1与辅助板2之间连接强度要求较高。

s7、将加强板置于模具型面3a上，其中加强板的构件板料减薄面1a一侧与模具型面3a相对，且用透气毡将加强板完全包覆。

s8、用条状硅胶将螺栓5所在位置覆盖，并用热敏胶带固定，再用透气毡包裹住硅胶覆盖的区域，使硅胶不会与真空袋接触。

s9、在模具3的边缘部粘贴至少一圈密封胶，并将真空袋粘贴在密封胶上以使真空袋与模具共同形成封闭空间。真空袋会完全覆盖加强板的上方，并与模具3共同形成封闭空间。用透气毡将加强板完全包覆以及用条状硅胶将螺栓所在位置覆盖均是为了保护真空袋在热压罐内真空蠕变时效成形时不被破坏。

s10、真空袋上设置有与真空泵相连的真空嘴，通过真空嘴对封闭空间抽真空，使加强板与模具型面3a尽可能地趋近贴合或保持贴合。

s11、将加强板与模具3放入热压罐内进行真空蠕变时效成形，时效完成后将构件板料1、辅助板2以及模具3分离。真空蠕变时效成形过程中，热压罐外的真空泵仍通过管道对封闭空间抽真空。

s12、铣削掉成形后构件板料1的余量板12，即完成大型薄壁构件的制作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。