板型模，預(yù)成形下模1具有與預(yù)成形上模 1通孔配合的帶圓頭的圓柱臺(tái)，圓柱臺(tái)與預(yù)成形坯料6的形狀相同，其高度比帶有加工余量 的預(yù)成形坯料6大出10_的可調(diào)空間，該可調(diào)空間可以選擇0~30_，以方便調(diào)整預(yù)成形 坯料尺寸。將板材3置于壓邊2和預(yù)成形上模4之間，壓邊2和預(yù)成形上模4向下移動(dòng)使 板材3貼合預(yù)成形下模1，得到預(yù)成形坯料6。冷拉深時(shí)表面涂覆潤滑油，增加的150mm單 邊工藝余量部位可允許1. 5_以下高度的輕微起皺，避免拉裂缺陷。工藝余量可以選擇大 于 100mm〇
[0027] 第四步設(shè)計(jì)制作超塑成形模具并進(jìn)行超塑成形：設(shè)計(jì)超塑成形模具時(shí)，要按照零 件尺寸進(jìn)行放大4%。~6%。，如圖4所示。超塑成形模具的上模7為帶有通氣孔的平板狀蓋 板，上膜7上具有通氣孔8,下模5帶有零件形狀大小均相同的凹腔。對(duì)預(yù)成形坯料6進(jìn)行 加熱，到達(dá)超塑成形溫度480~520°C后，將預(yù)成形坯料6置于上模7和下模5之間，壓緊合 模，通過上通氣孔8按照設(shè)定的時(shí)間壓力加載曲線通氬氣加壓成形，在20min之內(nèi)將氣體壓 力加載至IMPa。
[0028] 第五步切除余量后進(jìn)行表面處理：采用數(shù)控車方式去除余量，而后采用堿洗、酸 洗進(jìn)行表面清潔。采用此方法制備的鋁合金薄壁球形封頭尺寸精度為±0. 3mm，型面精度 ±0. 5臟，表面粗糙度Ra3. 2,壁厚可控制在1.20'
[0029] 改進(jìn)措施：對(duì)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行優(yōu)化，使壁厚分布更加均勻，對(duì)第四步進(jìn)行改進(jìn)， 其它步驟相同。第四步設(shè)計(jì)上模7時(shí)，根據(jù)預(yù)成形坯料6隨型設(shè)計(jì)，如圖5所示，上模7為 帶有預(yù)成形坯料形狀和大小的凸頭的蓋板，在所述凸頭的根部，具有一圈預(yù)減薄槽9,在上 模7具有開口位于預(yù)減薄槽9處的通氣孔8,下模5也具有通氣孔10,預(yù)成形坯料6外表面 與下模5凹腔之間的最小間隙在5mm以上。對(duì)預(yù)成形坯料6加溫到達(dá)480~520°C后，將預(yù) 成形坯料6置于上模7和下模5之間，壓緊合模。先通過下模通氣孔10按照設(shè)定的時(shí)間壓 力加載曲線通氬氣加壓成形，在15min之內(nèi)將氣體壓力加載至1. 2MPa，進(jìn)行法蘭附近部位 預(yù)減薄。再通過上模通氣孔8按照設(shè)定的時(shí)間壓力加載曲線通氬氣加壓成形，在20min之 內(nèi)將氣體壓力加載至IMPa。通過此改進(jìn)措施可將壁厚控制在·另外，若壁厚分布要求 較高，還可定制稍薄非標(biāo)板材，以使整體壁厚降低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：包括： 步驟一，計(jì)算并選取板材：根據(jù)零件尺寸，計(jì)算出零件球面外表面面積和圓端截面積， 通過等體積法計(jì)算出所需板材厚度，選取厚度相近的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格板材，并增加一定工藝余 量； 步驟二，設(shè)計(jì)預(yù)成形坯料：按照預(yù)成形坯料外表面積小于最終零件外表面積方式設(shè)計(jì) 預(yù)成形坯料尺寸，并留有工藝余量； 步驟三，設(shè)計(jì)制作預(yù)成形模具并進(jìn)行冷拉深預(yù)成形：預(yù)成形模具根據(jù)預(yù)成形坯料尺寸 進(jìn)行設(shè)計(jì)，拉深深度具有一定調(diào)節(jié)空間，將步驟一選取板材放入制成的預(yù)成形模具中進(jìn)行 冷拉伸，冷拉深時(shí)注意潤滑以及表面保護(hù)，避免拉裂缺陷，法蘭部位可允許輕微起皺； 步驟四，設(shè)計(jì)制作超塑成形模具并進(jìn)行超塑成形：設(shè)計(jì)制作超塑成形模具時(shí)，要按照零 件尺寸進(jìn)行適當(dāng)放大而制作，將步驟三制成預(yù)成形坯料放入制成的超塑成形模具內(nèi)后進(jìn)行 加溫，對(duì)預(yù)成形坯料進(jìn)行加熱，到達(dá)超塑成形溫度后，將其夾合于超塑成形模具的上模和下 模之間，形成密閉腔，通過塑成形模具上的通氣孔連通密閉腔與外界的氣源，按照設(shè)定的時(shí) 間壓力加載曲線向超塑成形模具通氬氣加壓成形； 步驟五，切除余量后進(jìn)行表面處理：采用數(shù)控車或者數(shù)控銑方式去除余量，而后采用堿 洗、酸洗進(jìn)行表面清潔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：步驟一所 述的所需板材厚度=零件球面外表面面積X零件厚度/圓端截面積，增加工藝余量為單邊 大于100mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：所述預(yù)成 形模具包括預(yù)成形上模和預(yù)成形下模，所述預(yù)成形上模是帶有直徑與所述零件的遠(yuǎn)端截面 的直徑相同的通孔的板型模具，所述預(yù)成形下模具有與所述預(yù)成形上模通孔配合的帶圓頭 的圓柱臺(tái)，所述圓柱臺(tái)與所述預(yù)成形坯料的形狀相同，其高度比帶有加工余量的所述預(yù)成 形還料大出0~30mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：所述超塑 成形模具包括帶有零件形狀和大小凹腔的下模和作為蓋板的上模。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：所述超塑 成形模具的上模為帶有通氣孔的平板狀蓋板，所述步驟四的氬氣直接從所述上膜的通氣孔 送進(jìn)所述密閉腔進(jìn)行加壓成形。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：所述超塑 成形模具的上模為帶有預(yù)成形坯料形狀和大小的凸頭的蓋板，在所述凸頭的根部，具有一 圈預(yù)減薄槽，在所述上模具有開口位于所述凹槽處的通氣孔，所述下模也具有通氣孔，所述 步驟四的氬氣首先從下模的通氣孔輸入密閉腔，在15min之內(nèi)將氣體壓力加載至1. 2MPa 后，再從所述上模的通氣孔輸入氬氣，在20min之內(nèi)將氣體壓力加載至IMPa。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：當(dāng)將步驟 三制成的所述預(yù)成形坯料放入配置在所述上模和下模之間時(shí)，所述預(yù)成形坯料外表面與所 述凹腔之間的最小間隙在5mm以上。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在 于：步驟四所述的超塑模具尺寸適當(dāng)放大量為4%。~6%。，超塑成形溫度為480~520°C。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，包括：步驟一，計(jì)算并選取板材；步驟二，設(shè)計(jì)預(yù)成形坯料；步驟三，設(shè)計(jì)制作預(yù)成形模具并進(jìn)行冷拉深預(yù)成形；步驟四，設(shè)計(jì)制作超塑成形模具并進(jìn)行超塑成形；步驟五，切除余量后進(jìn)行表面處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：采用冷拉深預(yù)成形+超塑成形組合工藝成形鋁合金薄壁球形封頭，解決了此類零件在常規(guī)的沖壓、機(jī)械加工中尺寸精度和型面精度難以控制的問題，改善了零件的表面質(zhì)量，避免了分體制造后焊接變形控制難題；先采用冷拉深預(yù)成形，可以有效控制壁厚局部減薄，起到明顯減重效果；后采用超塑成形，可以有效避免回彈、起皺和開裂等缺陷的產(chǎn)生，保證了零件尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量要求。
【IPC分類】B21D22/20, B21D26/031, B23P15/00
【公開號(hào)】CN105344790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510931440
【發(fā)明人】秦中環(huán), 李保永, 徐凱, 劉奇, 李信
【申請(qǐng)人】北京航星機(jī)器制造有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日