专利名称：一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具的制作方法
技术领域：
本发明是一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具，属于金属材料热处 理技术领域。
背景技术：
铝锂合金焊接结构壁板一般用于飞机机身、机翼等高承载或交变载荷环境，为了保证使用寿命内的安全性，需要部件具有较高的强度、断裂韧性，以及良好的耐腐蚀性能。为了满足这些要求，铝锂合金焊接结构壁板一般采用T8态。但是T8态的铝锂合金，强度较高，延伸率较小，很难满足大曲率的成形要求；同时耐损伤、高寿命的设计目标对铝锂合金焊接结构壁板提出了更高的要求，现有的冷成形已经基本无法满足。另外，为实现减重需求，飞机机翼、机身等部位采用焊接结构替代铆接结构，但受生产设备条件限制，壁板需要先进行焊接，然后才能再进行零件的成形加工。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具，其目的是使成形的铝锂合金焊接结构壁板的强度、断裂韧度达到T8态要求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:本发明技术方案提供了一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法，其特征在于，该方法的步骤为:⑴根据铝锂合金焊接结构壁板(5)需成形的形状设计模具，该模具的成型面(4)与铝锂合金焊接结构壁板(5)需成形的形状不相同，需包含“过弯量”，过弯量需根据焊接结构壁板(5)形面进行设计；⑵通过机械加载的方式使铝锂合金焊接结构壁板(5)完全贴附并固定在模具的成型面⑷上，两者间隙小于0.05_，铝锂合金焊接结构壁板(5)各处的弯曲程度应在弹性变形范围内；⑶将装卡固定好的铝锂合金焊接结构壁板(5)和模具整体置于热环境(7)中，该热环境(7)的温度为100 120° C，热透后保温I 5小时，随后将热环境(7)温度提高至150 200° C，保温时间6 20小时后，空冷，温度降低至80° C后，对铝锂合金焊接结构壁板(5)进行卸载，使铝锂合金焊接结构壁板(5)自由回弹。本发明技术方案还提供了一种用于所述铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法的模具，其特征在于:该模具包括一个上模体(I)和下模体(2)，铝锂合金焊接结构壁板(5)安装在上模体⑴和下模体⑵之间，下模体⑵的内腔中设置有模块(3)，模块(3)的上表面为根据铝锂合金焊接结构壁板(5)形状设计的成型面(4)，上模体(I)上设置有多个用于实现机械加载的加载螺栓(6)，加载螺栓(6)的下端顶压在铝锂合金焊接结构壁板(5)的上表面，使之与模块(3)的成型面(4)贴合。
本发明技术方案利用同时持续加热加压的方法，使铝锂合金焊接结构壁板发生应力时效效应，从而促进强化相的析出，提高整体壁板的强度、断裂韧度等性能；同时，使铝锂合金焊接结构壁板发生应力松弛，从而产生永久的变形。在时效成形过程中，合金材料的时效过程是在有应力及应变的条件下进行，合金中的储能、空位浓度、位错分布因此而改变，因此时效成形的温度范围选取需要精确控制。保温时间不仅要保证合金时效充分，也要给合金材料足够的变形时间。时效成形后，检查成形后的铝锂合金焊接结构壁板曲面变形情况，进行局部校形。本发明的优点是:1、实现了铝锂合金焊接结构大曲率整体壁板的成形，其原因在于，在整个成形过程中整体壁板的内部载荷一直低于铝锂合金的屈服强度，，而且永久变形是通过内部载荷在一定温度下发生的蠕变效应获得，这就有效的避免了通过冷塑性变形方式成形大曲率整体壁板过程中因T8态铝锂合金成形能力较弱而带来的整体壁板开裂等问题，实现了焊接结构大曲率整体壁板的成形。2、保证了成形后零件力学性能、断裂韧度达到T8态要求，本发明方法适用性广，所涉及工艺操作简单，可直接用于工业化生产。
图1为本发明技术方案所述模具的结构示意图
图2为本发明技术方案所述模具对铝锂合金焊接结构壁板进行加载的示意3为本发明技术方案所述模具完成时效工艺后对铝锂合金焊接结构壁板卸载后的不意图
具体实施例方式以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述:参见附图1 3所示，该种用于铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法的模具包括一个上模体I和下模体2，下模体2的内腔中设置有模块3，铝锂合金焊接结构壁板5安装在模块3的上方，位于上模体I和下模体2之间，模块3的上表面为根据铝锂合金焊接结构壁板5形状设计的成型面4，上模体I上设置有多个用于实现机械加载的加载螺栓6，将上模体I安装在下模体2上，加载螺栓6的下端顶压在铝锂合金焊接结构壁板5的上表面，通过机械加载的方式使铝锂合金焊接结构壁板5完全贴附并固定在模具的成型面4上，两者间隙小于0.05mm，铝锂合金焊接结构壁板5各处的弯曲程度应在弹性变形范围内；使之与模块3的成型面4贴合。时效成形方法是:将装卡固定好的铝锂合金焊接结构壁板5和模具整体置于热环境7中，该热环境7的温度为100 120° C，热透后保温I 5小时，随后将热环境7的温度提高至150 200° C，保温时间6 20小时后，空冷，温度降低至80° C后，对铝锂合金焊接结构壁板5进行卸载，使铝锂合金焊接结构壁板5自由回弹。参见附图3所示。随后检查成形后的铝锂合金焊接结构壁板5的曲面变形情况，进行局部校形。通过上述方法成形的铝锂合金焊接结构壁板5的力学性能、断裂韧度通过达到T8态要求。某形状如图1所示的带筋的铝锂合金焊接结构带筋壁板，成形后其形面为单曲率形面，曲率半径应为1000mm，根据该铝锂合金焊接结构带筋壁板形状设计的模具成型面曲率半径为895mm，时效成形工艺为100° C/5h，150° C/20h，经冷却、卸载、回弹、局部校形后其曲率半径为1000mm，其力学性能及断裂韧性如表I所示。试验结果说明，采用本专利方法，可以满足铝锂合金焊接结构带筋壁板的曲面成形，成形后其力学性能及断裂韧性能达到T8态铝锂合金典型性能。表I铝锂合金焊接结构带筋壁板处理后和铝锂合金T8态典型性能数据
权利要求
1.一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法，其特征在于，该方法的步骤为: ⑴根据铝锂合金焊接结构壁板(5)需成形的形状设计模具，该模具的成型面(4)与铝锂合金焊接结构壁板(5)需成形的形状相吻合； ⑵通过机械加载的方式使铝锂合金焊接结构壁板(5)完全贴附并固定在模具的成型面(4)上，两者间隙小于0.05_，铝锂合金焊接结构壁板(5)各处的弯曲程度应在弹性变形范围内； ⑶将装卡固定好的铝锂合金焊接结构壁板(5)和模具整体置于热环境(7)中，该热环境(7)的温度为100 120° C，热透后保温I 5小时，随后将热环境(7)温度提高至150 200° C，保温时间6 20小时后，空冷，温度降低至80° C后，对铝锂合金焊接结构壁板(5)进行卸载，使铝锂合金焊接结构壁板(5)自由回弹。
2.用于权利要求1所述铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法的模具，其特征在于:该模具包括一个上模体(I)和下模体(2)，铝锂合金焊接结构壁板(5)安装在上模体(I)和下模体(2)之间，下模体(2)的内腔中设置有模块(3)，模块(3)的上表面为与铝锂合金焊接结构壁板(5)形状吻合的成 型面(4)，上模体(I)上设置有多个用于实现机械加载的加载螺栓￠)，加载螺栓￠)的下端顶压在铝锂合金焊接结构壁板(5)的上表面，使之与模块(3)的成型面⑷贴合。
全文摘要
本发明是一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具，涉及对铝锂合金焊接结构整体壁板的成形及确保力学性能、断裂韧度达到T8态要求。其特征在于利用同时持续加热加压的方法，使铝锂合金焊接结构整体壁板发生应力时效效应，从而促进强化相的析出，提高整体壁板的强度、断裂韧度等性能，同时使铝锂合金焊接结构整体壁板发生应力松弛，从而产生永久的变形。其制备步骤为1)成形模具形面的设计；2)零件的装卡；3)时效成形；4)局部校形。采用本发明所提出的成形方法，具有成形过程简单，操作方便、重复性好的特点，有效克服铝锂合金T8态难成形的问题，同时具有可以提高整体壁板制成形精度，缩短生产周期。
文档编号C22F1/04GK103194699SQ20131008496
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者李超, 李国爱, 冯朝辉, 陆政, 汝继刚 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院