1.本发明属于轻质高强材料成形技术领域，具体涉及到一种复杂结构大曲率构件精确复合成形方法。
背景技术：
2.随着蠕变时效成形技术由小曲率蒙皮类构件应用到高筋、大曲率复杂结构薄壁件，已有的由蠕变单一形变方式实现构件整体一次成形的方法难以满足此类构件大变形量的需求。目前，通过真空热压罐法进行大型构件蠕变时效精确成形时，其成形精度主要依靠模具型面、时效时间、时效温度和加载压力共同作用保证。但是部分构件由于具有厚度大、筋条高的复杂结构特征导致在前期真空密封加载时难度较大，加压后贴膜区域较小，导致成形精度较差；一些难变形材料自身蠕变变形量较低，工艺窗口窄，所需时效时间较长，导致成形效率降低，甚至部分材料还会发生过时效情况，提升变形量的同时牺牲性能，形性难以协同；一些超薄曲面构件在真空加载贴膜时易发生局部失稳屈曲，导致成形困难。
3.因此，需要设计一种复杂结构大曲率构件精确复合成形方法。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种复杂结构大曲率构件精确复合成形方法，以解决背景技术中提出的目前部分构件由于具有厚度大、筋条高的复杂结构特征导致在前期真空密封加载时难度较大，加压后贴膜区域较小，导致成形精度较差；一些难变形材料自身蠕变变形量较低，工艺窗口窄，所需时效时间较长，导致成形效率降低，甚至部分材料还会发生过时效情况，提升变形量的同时牺牲性能，形性难以协同；一些超薄曲面构件在真空加载贴膜时易发生局部失稳屈曲，导致成形困难的问题。
5.本发明的技术方案是，
6.一种复杂结构大曲率构件精确复合成形方法，包括以下步骤：
7.步骤1、在构件材料的坯料中裁剪出坯料小样进行时效硬度实验，确定构件材料经过时效处理后满足构件性能要求的最短时效处理时间和最佳时效处理温度；
8.步骤2、基于现有模具，按照步骤1所确定的最短时效处理时间和最佳时效处理温度，通过有限元仿真的方式建立构件模型并模拟蠕变时效成形过程；
9.步骤3、在构件模型上每隔一段距离选取一个节点，提取模拟蠕变时效成形过程回弹后构件模型各节点的塑变量与蠕变量，相加之后设为矩阵1；
10.步骤4、将矩阵1与标准构件的对应节点变形量相减，得到偏差变形量矩阵2；
11.步骤5、根据矩阵2中塑变量数据分布特征，按照分布频率选定相应若干个特征塑变量，开展所选特征塑变量为初始状态下的蠕变时效试验，蠕变时效试验的时间与温度按照步骤1所确定的最短时效处理时间和最佳时效处理温度；
12.步骤6、分析步骤5中不同初始塑变量下构件板料最终蠕变量大小的变化规律；并根据分析得到的变化规律确定各节点需要引入的塑变量大小，得到补充变形量矩阵3；
13.步骤7、根据步骤6中所确定的各节点最终补充的塑变量大小，通过有限元仿真的方式，得到相应的预成形工艺与预成形工艺参数；
14.步骤8、在构件材料的坯料中裁剪出包含构件展开平面的构件板料；将构件板材按照步骤7得到的工艺方法和工艺参数进行预成形处理，得到预成形构件；
15.步骤9、对预成形构件进行真空蠕变时效成形，得到目标构件。
16.在一种具体的实施方式中，所述步骤6中，将分析得到的变化规律，拟合为函数f
creep
(ε
p
)，函数f
creep
(ε
p
)表示引入塑变之后经过时效时间后的蠕变量。
17.在一种具体的实施方式中，所述步骤6中，确定各节点需要引入的塑变量大小ε
p
时，需使其满足公式：
18.y(ε
p
)+f
creep
(ε
p
)＝s
p
19.式中，y(ε
p
)表示预成形引入的塑变量，s
p
表示标准构件变形量。
20.在一种具体的实施方式中，所述步骤1中的时效硬度实验为：对坯料小样在不同温度下进行的不同时效处理时间的多次硬度测试；步骤1中时效硬度实验的时效处理是采用油浴时效炉。
21.在一种具体的实施方式中，所述步骤2中，建立有限元仿真构件模型的相关参数包括构件材料的弹性模量、构件材料在不同应力下的蠕变特性、构件材料的密度和泊松比。
22.在一种具体的实施方式中，所述步骤7中的预成形工艺优选采用滚弯工艺或冲压工艺。
23.在一种具体的实施方式中，所述步骤9中，对预成形构件进行真空蠕变时效成形的过程为：
24.对预成形构件表面进行清洗，包裹透气毡，防止划伤真空密封袋，然后置于步骤2中模具上；
25.在模具四周黏贴密封胶，覆盖真空密封袋，通过真空嘴将预成形构件与模具之间抽成真空，然后保持真空度放入热压罐中进行蠕变时效成形过程；
26.时效完成后取出，拆去包覆的真空密封袋与透气毡，即得到目标构件。
27.在一种具体的实施方式中，预成形构件置于步骤2中模具上时，定位方式与摆放位置均与步骤2的有限元仿真过程相同。
28.在一种具体的实施方式中，所述构件模型中的相邻节点之间的距离为15～25mm。
29.在一种具体的实施方式中，节点取样密度按照成形精度要求确定。
30.本发明的有益效果包括：
31.1、本发明能够实现难变形材料复杂结构特征构件的成形问题，有效补充了蠕变单一形变方式变形量不足的问题。
32.2、本发明采用塑变-蠕变复合成形工艺手段，给出了预成形工艺的选用方法和工艺参数的具体确定方法。
33.3、本发明中确定工艺参数的步骤能实现一次性高精度成形，无需在仿真中反复试错调整参数。
34.4、本发明适用范围不受构件展开后形状限制，对于任意曲面构件均能适用，而且大大缩短了时效时间，拓宽了工艺窗口，提升了材料的成形能力与构件生产效率，节约了时间和成本。
35.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。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
36.以下对本发明的实施例进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
37.实施例1
38.所需产品构件厚度为10mm，为一椭球面双曲率曲面构件，材料为2195铝锂合金。
39.步骤1、将2195铝锂合金坯料板材切成5*5mm方形试样，在油浴时效炉中进行人工时效，选择多个温度点进行测试，且每个温度点每间隔一小时取出一次测试其硬度，最终确定是达到所需性能的最短时效处理时间为16h，最佳时效处理温度为180℃。
40.步骤2、将2195铝锂合金的弹性模量、不同应力下的蠕变特性、密度、泊松比等相关参数输入到有限元仿真模型中，基于现有模具，按照步骤1所确定的最短时效处理时间和最佳时效处理温度开展仿真蠕变时效成形过程；优选的，将构件模型划分为10000个单元。
41.步骤3、将构件模型在仿真中蠕变时效成形过程回弹后的结果文件提取出，优选的，在构件模型表面均匀取样64个(8*8)特征节点，将各个节点的加载塑变量与蠕变量进行相加，得到矩阵1如下：
42.0.000020.004640.03410.041580.039130.023990.005110.000120.00220.008220.005810.018650.021410.009180.004240.00010.030250.010330.010510.002880.002910.004120.005330.003070.054380.008760.000990.002740.005890.002740.003990.008980.054380.008760.000990.002740.005890.002740.003990.008980.030250.010330.010510.002880.002910.004120.005330.003070.00220.008220.005810.018650.021410.009180.004240.00010.000020.004640.03410.041580.039130.023990.005110.00012
43.步骤4、将矩阵1与冲压仿真后得到的标准构件的对应节点变形量相减，得到偏差变形量矩阵2如下；
[0044]-0.00540.00190.00890.00320.0045-0.0587-0.00020.00010.0009-0.00030.00190.00700.00890.00390.0016-0.00010.00210.00160.00030.00050.00180.00120.0013-0.00030.00720.0062-0.0031-0.0015-0.0002-0.00060.0021-0.00620.00720.0062-0.0031-0.0015-0.0002-0.00060.0021-0.00620.00210.00160.00030.00050.00180.00120.0013-0.00030.0009-0.00030.00190.00700.00890.00390.0016-0.0001-0.00540.00190.00890.00320.0045-0.0587-0.00020.0001
[0045]
步骤5、根据矩阵2中塑变量数据分布特征，按照分布频率选定0.3％、0.6％、0.9％、1.5％作为特征塑变量，在这四种不同初始塑变量下，构件材料在180℃+16h的情况下开展蠕变时效试验，与无初始塑变量的蠕变变形量做对比。
[0046]
步骤6、分析步骤5中不同初始塑变量下构件板料最终蠕变量大小的变化规律，拟
合函数为：
[0047][0048]
按照公式y(ε
p
)+f
creep
(ε
p
)＝s
p
，计算确定各节点需要引入的塑变量大小，式中，y(ε
p
)表示预成形引入的塑变量，s
p
表示标准构件变形量，得到补充变形量矩阵3如下；
[0049]-0.00540.00260.01090.00590.0069-0.03870.00080.00010.00130.00200.00310.00970.01130.00540.00240.00000.00570.00420.00330.00120.00210.00210.00250.00060.01120.0069-0.0019-0.00030.00160.00040.0027-0.00400.01120.0069-0.0019-0.00030.00160.00040.0027-0.00400.00570.00420.00330.00120.00210.00210.00250.00060.00130.00200.00310.00970.01130.00540.00240.0000-0.00540.00260.01090.00590.0069-0.03870.00080.0001
[0050]
步骤7、由于构件厚度大、长度小，优选的，采用局部单曲率滚弯方法进行预成形处理，根据步骤6中所确定的各节点最终补充的塑变量大小，即根据矩阵3补充变形量矩阵，沿构件板料垂直长度方向取平均值，确定对构件长度方向前5/7区域引入0.7％补充塑变量，通过有限元仿真确定工艺参数：上辊下压量为25mm，旋转8.4周完成滚弯预成形。
[0051]
步骤8、将目标曲面构件进行平面展开，预留出余量后设计出坯料板材形状，在构件材料的坯料中裁剪出包含构件展开平面的构件板料；将构件板材按照步骤7得到的工艺方法和工艺参数进行预成形处理，得到预成形构件。
[0052]
步骤9、将经过预成形构件表面进行清洗，包裹透气毡，防止划伤真空密封袋，然后将预成形构件放置于模具上，在端部进行定位；
[0053]
在模具四周黏贴至少一层高温密封胶，在模具面上方包覆真空密封袋，通过热压罐自带真空嘴将预成形构件与模具之间抽成真空，使预成形构件在气压作用下尽可能贴合模具，然后保持真空度将预成形构件与模具放入热压罐中进行蠕变时效成形过程；出热压罐后拆去包覆的真空密封袋和透气毡，取出构件，即完成构件的成形。
[0054]
塑变量即塑性变形量，蠕变量即蠕变变形量。通过塑变-蠕变复合成形引入预成形增加变形量的工艺手段，在一定程度上解决高筋、大曲率构件精确成形面临的以上难题。但针对复杂结构大曲率构件的塑变与蠕变复合工艺过程中预成形的研究大部分停留在单曲率滚弯阶段，缺乏具体的匹配方法，而不合理的预成形引入，反而会降低构件最终整体成形精度。本发明明确给出了预成形工艺的选用方法和工艺参数的具体确定方法，使得塑变-蠕变复合成形的过程更为合理，进而提升了构件最终整体成形精度，也让塑变-蠕变复合成形方法的可操作性更强。
[0055]
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。