專利名稱：制造加強(qiáng)彎曲金屬結(jié)構(gòu)的工藝以及相應(yīng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造加強(qiáng)或硬化的彎曲金屬結(jié)構(gòu)的工藝，還涉及通過進(jìn)行該工藝而制成的結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)所謂被硬化或加強(qiáng)是由于它具有用于加強(qiáng)以防結(jié)構(gòu)變形的肋(也被稱作“加固件”)。
背景技術(shù)：
通常在以下的描述中，術(shù)語“薄片”表示厚度小于12. 7mm的片，厚度在12. 7和40mm 之間的片稱為“大規(guī)格”，厚度大于40mm的片稱為“板規(guī)格”。傳統(tǒng)地，這種類型的結(jié)構(gòu)是通過將鋁合金形成的基體薄片進(jìn)行軋制、在高溫下熔融，繼而硬化、牽拉并且老化或回火而制成。這一系列的處理允許片具有適于目標(biāo)結(jié)構(gòu)形態(tài)的曲率半徑。然后片和加固件/加強(qiáng)件通過鉚接組裝而形成最終結(jié)構(gòu)。因此，例如對(duì)于起落架箱(landing gear case)，片組裝成鉚接在一起的加強(qiáng)配件。通過對(duì)薄片的機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)加工，材料被從表面除去從而允許結(jié)構(gòu)具有所需的表面狀態(tài)。加強(qiáng)件也通過鉚接加入從而將片加固為一個(gè)整體。因此，使得目標(biāo)結(jié)構(gòu)的尺寸需要將基體薄片進(jìn)行組合并對(duì)這些片進(jìn)行加強(qiáng)。當(dāng)前的解決方案具有許多缺點(diǎn)涉及組裝、鉚接和加強(qiáng)件附接操作的長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的大量制造周期，并且產(chǎn)生了較高的制造成本。此外，這種組裝途徑對(duì)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改造的自由度是不利的。而且，該途徑在于由大規(guī)格片制造結(jié)構(gòu)，所述片由一般基于Al-Si (AA7XXX)或 Al-Cu(AA2XXX)使用的合金制成，其導(dǎo)致產(chǎn)生的產(chǎn)品在熱成型之后具有降低的機(jī)械性能。這個(gè)原因是高溫會(huì)破壞片的微觀結(jié)構(gòu)，反映為有限的機(jī)械性能，例如在抗拉強(qiáng)度、彈性極限、 疲勞強(qiáng)度或抵抗外界壓力方面。另一方面，在這些部件的冷成型過程中，產(chǎn)生了大的內(nèi)應(yīng)力，而這些應(yīng)力不會(huì)或很難被再吸收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及制造具有足夠機(jī)械性能從而能夠承受外界沖擊和壓力的整體金屬結(jié)構(gòu)。為此，本發(fā)明提出由含鈧鋁合金的大規(guī)格或板規(guī)格片制造這種類型的結(jié)構(gòu)。明顯地發(fā)現(xiàn)，通過保存微觀結(jié)構(gòu)并同時(shí)避免產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力，由這種合金形成的大規(guī)格或板規(guī)格片能夠經(jīng)受高曲率半徑的成形而同時(shí)保持滿意的機(jī)械性能。更具體地，本發(fā)明的一個(gè)主題是以單體形式制造具有單軸或雙軸彎曲的加強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)，其稱作整體結(jié)構(gòu)。該工藝包括，機(jī)加工含鈧鋁合金材料的大規(guī)格或板規(guī)格片，例如通過軋制或用于使這種材料成型為所述片的任何其他工藝，還包括所述片的成型和機(jī)加工的組合步驟，所述成型步驟產(chǎn)生了彎曲(一個(gè)或多個(gè))，機(jī)加工步驟產(chǎn)生了加強(qiáng)肋網(wǎng)。在這些條件下，不再需要組裝若干基體片，因?yàn)閱误w形式構(gòu)成了整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)特定的實(shí)施例
-機(jī)加工步驟在成型步驟之后進(jìn)行；-機(jī)加工步驟在成型步驟之前；-機(jī)加工步驟是3D(三維)和5軸機(jī)加工；-成型為熱成型；-熱成型是以加熱到與片相同溫度的沖壓和壓膜工具而成形，此工具可能為空心的和/或由陶瓷材料制成的從而最小化其熱導(dǎo)率并避免熱損失；-模具和待成型片之間的熱接觸通過在模具邊緣上的突起(dimpling)而最小化；-通過預(yù)熱模子和/或沖頭還可最小化熱交換；-熱成型是在325至350°C之間的溫度下通過將沖壓工具壓到模具上一可變時(shí)間而進(jìn)行，該可變時(shí)間例如可高達(dá)M小時(shí)，然后由蠕變產(chǎn)生變形；-通過收回壓膜工具，隨后是在戶外或在適合的室中獲得的緩慢冷卻，完成了熱成型，從而促進(jìn)緩和內(nèi)應(yīng)力并使其殘余最小化；-所述鋁合金是一種Al-Mglc (鋁，鎂，鈧)合金，其中鎂和鈧的比例分另小于8% 和 0. 5% ；-該工藝可通過修整的表面加工步驟而完成。本發(fā)明還涉及經(jīng)由上述工藝產(chǎn)生的加強(qiáng)彎曲金屬結(jié)構(gòu)，尤其用于制造飛機(jī)配件， 具體為起落架箱、氣密底板(位于前端)，飛機(jī)駕駛艙和飛機(jī)緊急出口。


通過結(jié)合附圖，閱讀下面的描述，本發(fā)明的其他數(shù)據(jù)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)浮現(xiàn)，所述附圖分別表示-圖1是根據(jù)本發(fā)明工藝的兩個(gè)實(shí)施例的主要步驟的概括圖；-圖2是用于氣密飛機(jī)底板的根據(jù)本發(fā)明板規(guī)格片的熱成型的實(shí)施例子的示意性截面半視圖；-圖3是用于起落架箱的根據(jù)本發(fā)明的板規(guī)格片的3D(三維)-5軸機(jī)加工的實(shí)施例子的示意性截面視圖；以及-圖如至4(1示出了根據(jù)本發(fā)明通過實(shí)施所述工藝的彎曲和加強(qiáng)的金屬結(jié)構(gòu)的例子的透視圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的工藝的第一步驟100包括軋制原始形狀，該原始形狀由大規(guī)劃片(大于12. 7mm厚)，或者甚至是板規(guī)格片(例如40至250mm之間厚)制成，并且由基于Al-Mg-k的合金形成，在例子中，基于Al-Mg-k的合金包括0. 025%的鈧。鎂和鈧的比例分別保持小于8%和0. 5%，優(yōu)選地分別在2%至7%之間和0. 01%至0. 45%之間，甚至更優(yōu)選的在3-6%和0.015-0. 4%的范圍內(nèi)。這種合金在專利EP 16擬688中公開。在圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例中，第一制備步驟包括熱成型(步驟200)由Al-Mglc 合金制成的原始形狀，由此形成待制造結(jié)構(gòu)的骨架。圖2的截面示意圖更具體地表示了根據(jù)本發(fā)明的用于制造起落架箱的板規(guī)格片的熱成型的實(shí)施例子。70mm厚的軋制片2被放置在公沖頭4和模具6之間。工具由陶瓷制成
4來使其熱導(dǎo)率最小化從而減小能量損失。工具被預(yù)加熱至成型溫度，即至大約330-340°C。 模具6在其邊緣6b上具有突起(dimple)6C，該突起6c限制片和模具之間的熱接觸?？商鎿Q地，也可以插入隔離墊。成型然后包括以適當(dāng)?shù)牧Φ挚炕パa(bǔ)形狀的模具6運(yùn)動(dòng)沖頭4。那么沖頭在片2上施加壓力。在這種壓力和溫度的組合作用下，片2以凸構(gòu)造開始變形并且匹配其外表面22 上的模具6的形狀以及其內(nèi)表面M上的沖頭4的互補(bǔ)形狀，所述內(nèi)、外表面基本上平行。然后，片2被快速?gòu)某尚凸ぞ咭谱?。?的相對(duì)自由邊緣在成型后通過焊接條的插入而保持等距離，從而在冷卻過程中保持結(jié)構(gòu)的形狀。該冷卻是在戶外中的緩慢冷卻，從而通過緩慢緩和來使殘余應(yīng)力最小化。在一個(gè)變體中，冷卻可在適合緩慢冷卻的室中進(jìn)行。在該冷卻之后——并且再次參照?qǐng)D1，在成型步驟中彎曲的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行機(jī)加工 (步驟300)，尤其是采用5軸工具進(jìn)行三維銑削。這樣的步驟使得能夠在70mm厚度E的片 2中形成加強(qiáng)肋35，如圖3所示，尤其是形成“等網(wǎng)格”型的三角網(wǎng)的肋。為了進(jìn)行高質(zhì)量的三維機(jī)加工循環(huán)，在5軸銑削機(jī)器10的控制面板上有利地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一在于其能夠減少步驟的冗余，所述步驟為片折疊的矯直和/或壓制，步驟或者是彎曲的軋制。根據(jù)本發(fā)明工藝獲得的片原則上在熱成型之后被直接進(jìn)行尺寸加工，并且設(shè)想的機(jī)加工不應(yīng)改變此狀態(tài)。機(jī)加工300之后可選擇地跟隨(如果需要的話)表面加工步驟400(參見圖1)，表面加工步驟400通過修整從而獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)的特定表面特征。矯直的步驟以及通過壓制、通過噴丸、或通過任意其他成形裝置的成形步驟可在例外情況下被想到。圖如中的結(jié)構(gòu)——根據(jù)本發(fā)明制成的起落架箱30在箱的側(cè)壁36上具有“等網(wǎng)格”肋35a并在箱的頂38上具有肋35b，其平行于箱的對(duì)稱平面1^。其他結(jié)構(gòu)性肋35c形成平行于入口 31和出口 33拱形結(jié)構(gòu)并垂直于對(duì)稱平面I^s的拱形結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)、彎曲單體結(jié)構(gòu)的其他例子分別在圖4b至4d中示出-氣密底板40(飛機(jī)前端)，其具有沿著兩個(gè)正交平面Pl和P2雙軸雙重彎曲，并具有沿著這兩個(gè)正交平面的平行肋41和42 ；-飛機(jī)駕駛艙50，其具有單軸彎曲的肋51，所述肋51基本上平行于飛機(jī)駕駛艙50 的對(duì)稱平面I3S ；-具有雙重彎曲的門框60，所述門框60具有肋61和62，分別地，肋61平行于雙重彎曲中的一個(gè)，肋62平行于雙重彎曲中的另一個(gè)，所述門框60還具有對(duì)角線肋63。可替換地，在另一實(shí)施例中，圖1的機(jī)加工步驟300 (包括機(jī)加工第一步驟100得到的軋制的原始形狀)在成型步驟200之前。進(jìn)行機(jī)加工和成型的條件適于以下順序其中這些操作一個(gè)緊隨著另一個(gè)，尤其是成型之后的冷卻條件以及當(dāng)片已經(jīng)被機(jī)加工時(shí)成型工具的冷卻條件。本發(fā)明不限于描述和示出的生產(chǎn)例子。例如，根據(jù)更大或更小的尺寸、將要得到的肋網(wǎng)密度或曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行適于待制成結(jié)構(gòu)的任意類型的成型和機(jī)加工是可行的。此外，本發(fā)明不限于航空領(lǐng)域，并且可應(yīng)用到任意領(lǐng)域，例如，應(yīng)用到船運(yùn)或陸運(yùn)領(lǐng)域，或者應(yīng)用到建筑領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種制造加強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)的工藝，所述加強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)以單體形式具有單軸(Ps)或雙軸(Pl，P2)彎曲，其特征在于，所述工藝包括使含鈧鋁合金材料成型為大規(guī)格片或板規(guī)格片，還包括所述片的成型(200)和機(jī)加工(300)的組合步驟，所述成型步驟(200)產(chǎn)生了一個(gè)或多個(gè)彎曲，所述機(jī)加工步驟(300)產(chǎn)生了加強(qiáng)肋(35,41,42,51,61,62)的網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其中所述機(jī)加工步驟(300)在所述成型步驟 (200)之后進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其中所述機(jī)加工步驟(300)在所述成型步驟 (200)之前。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中所述機(jī)加工步驟(300)是三維、5 軸機(jī)加工。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中所述成型(200)是熱成型。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中所述熱成型步驟是以加熱至與所述片相同溫度的沖壓(4)和壓膜(6)工具成形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)工藝，其中所述工具為空心的和/或以陶瓷材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中模具(6)和待成型片( 之間的熱接觸通過在所述模具(6)的邊緣(6c)的突起(6c)而最小化。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中所述熱成型(200)是在325至 350°C之間的溫度下通過將所述沖壓工具壓到所述模具上而進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中通過收回壓膜工具0，6)，隨后是獲得形狀的緩慢冷卻，完成了所述熱成型步驟(200)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中所述鋁合金是Al-Mg-k合金， 其中鎂和鈧的比例分別小于8%和0. 5%，優(yōu)選地分別在2%至7%之間和0. 01%至0. 45% 之間，甚至更優(yōu)選地在3-6%和0. 015-0. 4%的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其中所述工藝以表面加工步驟 (400)而完成。
13.一種飛機(jī)配件的加強(qiáng)彎曲金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，其通過進(jìn)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝而制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造加強(qiáng)彎曲金屬結(jié)構(gòu)的工藝以及相應(yīng)結(jié)構(gòu)。具體地，本發(fā)明涉及制造加強(qiáng)彎曲金屬結(jié)構(gòu)的工藝，所述金屬結(jié)構(gòu)由含鈧鋁合金的大規(guī)格或板規(guī)格片制成。所述工藝包括組合的成型步驟(200)和機(jī)加工步驟(300)，成型步驟(200)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)彎曲，機(jī)加工步驟(300)產(chǎn)生用于加強(qiáng)所述結(jié)構(gòu)的肋網(wǎng)。表面加工步驟(400)能夠完成在前的步驟。這樣的工藝使其能夠簡(jiǎn)單且快速地獲得具有良好機(jī)械性能的單體金屬結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用于飛機(jī)配件的加強(qiáng)彎曲金屬結(jié)構(gòu)的制造。
文檔編號(hào)B23P17/00GK102211275SQ20111007175
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者A-L·拉弗利, E·布歇, S·范德維恩 申請(qǐng)人:空中客車運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)化股份公司