一種蠕變時效成形工藝方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及蠕變時效成形技術(shù)，尤指一種蠕變時效成形工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蠕變時效成形（CAF)是以應力松弛原理為基礎，成形構(gòu)件利用專用模具蠕變成形 的同時進行時效熱處理，其成形樣品加載時所受的應力通常在彈性范圍內(nèi)，這種成形工藝 適合成形曲率小、塑性應變小的大型復雜雙曲率壁板，如飛機機翼壁板。該方法是基于金屬 材料蠕變/應力松弛特性，進行人工時效處理，同時獲得工件復雜構(gòu)件的形狀和優(yōu)良的綜 合性能。
[0003] 目前，CAF作為航空航天領域里大型整體壁板構(gòu)件的重要成形方法，己得到廣泛的 研宄，并取得顯著成果，成功應用于美國Textron航空公司B-1B，長程戰(zhàn)斗機以及空客A380 等的機翼壁板中。
[0004] CAF是集成形與成性于一體的工藝，成形效率高，零件材料性能好，相比于傳統(tǒng)冷 加工成形，有很多優(yōu)點，但同時也存在不足，由于應力松弛后存在殘余應力，蠕變時效成形 后零件必然存在回彈，使成形后零件與其設計形狀之間產(chǎn)生偏差，并將影響后續(xù)的裝配。為 了能夠更好得獲得零件外形與模具型面之間的關系，國外學者通常將數(shù)值模擬技術(shù)引入到 蠕變時效成形技術(shù)的研宄中，利用向前回彈法、偏差調(diào)節(jié)法和響應面法等算法，對模具型面 進行補償計算，預測模具型面，并成功用于工程實踐中。
[0005] 蠕變時效成形技術(shù)通常用于大型壁板類零件制造加工當中，該類零件具有展向曲 率和弦向曲率的雙曲率特征，且零件表面各半徑均不相同，構(gòu)件在低于其屈服強度的應力 下成形，降低了加工過程裂紋、塑性失穩(wěn)甚至斷裂形成的可能性。但是，大型飛機的前機身 和后機身壁板曲率半徑較大，變形劇烈，單純靠蠕變成形方法，即使構(gòu)件達到彈性極限，也 無法成形出最終型面。
[0006] 本專利提出一種大曲率復雜整體壁板塑性蠕變時效復合成形工藝方法，采用先滾 彎預成形再蠕變時效成形的方法，實現(xiàn)大曲率復雜型面壁板類構(gòu)件的成形，使蠕變時效成 形的應用不再受零件曲率大小的限制。
[0007] 板料滾彎后，材料存在塑性應變，對后續(xù)的蠕變時效成形存在較大影響，現(xiàn)有的有 限元模擬技術(shù)及模具回彈補償算法不適于本專利的成形過程，因此，本專利提出一種考慮 預彎半徑影響的基于試驗的模具回彈補償構(gòu)造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明目的在于提出一種大曲率復雜整體壁板塑性蠕變時效復合成形工藝方法， 采用先滾彎預成形再蠕變時效成形的方法，實現(xiàn)大曲率復雜型面壁板類構(gòu)件的成形，使蠕 變時效成形的應用不再受零件曲率大小的限制。
[0009] 鑒于板料滾彎后，材料存在塑性應變，對后續(xù)的蠕變時效成形存在較大影響，現(xiàn)有 的有限元模擬技術(shù)及模具回彈補償算法不適于本發(fā)明的成形過程，因此，本發(fā)明提出一種 考慮預彎半徑影響的基于試驗的模具回彈補償構(gòu)造方法。該蠕變時效成形工藝方法，具體 方法如下：
[0010] 步驟1 :獲取目標零件4的型面特征數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟2 :根據(jù)所述型面特征數(shù)據(jù)對初始板料1進行預彎，獲得預彎試件2 ;
[0012] 步驟3 :將所述預彎試件2的型面對應與時效成形模具3型面放置后，共同封裝并 對所述預彎試件2與時效成形模具3之間空隙做真空處理；
[0013] 步驟4 :將所述預彎試件2與所述時效成形模具3放入熱壓罐內(nèi)，改變所述熱壓罐 內(nèi)環(huán)境參數(shù)，使所述預彎試件2緊貼所述時效成形模具3的型面上；
[0014] 步驟5 :將所述預彎試件2與所述時效成形模具3分離；
[0015] 步驟6 :所述預彎試件2回彈形成所述目標零件4。
[0016] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述根據(jù)所述型面特征數(shù)據(jù)對初始板料1進行 預彎包含：根據(jù)所述型面特征數(shù)據(jù)中弦向或展向最大曲率半徑對初始板料1進行預彎。
[0017] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述改變所述熱壓罐內(nèi)環(huán)境參數(shù)包含對所述預 彎試件2進行加壓、加熱處理。
[0018] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述步驟4與步驟5之間還包含：在所述預彎試 件2緊貼所述時效成形模具3的型面上后，保溫特定時間，將所述預彎試件2與所述時效成 形模具3取出熱壓罐。
[0019] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述保溫特定時間包含：根據(jù)所述預彎試件2 的材料特性，設置保溫時間。
[0020] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述時效成形模具3通過所述目標零件4的型 面特征數(shù)據(jù)獲得，具體方法如下：
[0021] 通過目標零件4的弦向或展向半徑獲得所述時效成形模具3的弦向或展向半徑；
[0022] 根據(jù)所述時效成形模具3的弦向或展向半徑獲得所述時效成形模具3的弦向或展 向的弧尚值；
[0023] 根據(jù)所述時效成形模具3的弧高值獲得所述時效成形模具3弦向或展向型面。
[0024] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述通過目標零件4的弦向或展向半徑獲得所 述時效成形模具3的弦向或展向半徑包含：
[0025] 通過以下公式獲得所述時效成形模具3的弦向或展向半徑：
[0026] Ri= A+BR !^+CRliR2I+DR2i2;
[0027] 其中Ri為所求模具某一節(jié)點的弦向（展向）半徑，Rli為目標零件4該節(jié)點的弦向 或展向半徑，R 2i為滾彎半徑，A、B、C、D為根據(jù)初始板料1的材料特性獲得的已知常數(shù)值。
[0028] 在上述蠕變時效成形工藝方法中，所述根據(jù)所述時效成形模具3的弦向或展向半 徑獲得所述時效成形模具3的弦向或展向的弧高值包含：
[0029] 通過以下公式獲得所述時效成形模具3的弦向或展向的弧高值：
【主權(quán)項】
1. 一種懦變時效成形工藝方法，其特征在于，所述工藝方法包含： 步驟1 :獲取目標零件（4)的型面特征數(shù)據(jù)； 步驟2 :根據(jù)所述型面特征數(shù)據(jù)對初始板料（1)進行預彎，獲得預彎試件（2); 步驟3 :將所述預彎試件（2)的型面對應與時效成形模具（3)型面放置后，共同封裝并 對所述預彎試件（2)與時效成形模具（3)之間空隙做真空處理； 步驟4 :將所述預彎試件（2)與所述時效成形模具（3)放入熱壓罐內(nèi)，改變所述熱壓罐 內(nèi)環(huán)境參數(shù)，使所述預彎試件（2)緊貼所述時效成形模具（3)的型面上； 步驟5 :將所述預彎試件（2)與所述時效成形模具（3)分離； 步驟6:所述預彎試件（2)回彈形成所述目標零件（4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述根據(jù)所述型面特 征數(shù)據(jù)對初始板料（1)進行預彎包含：根據(jù)所述型面特征數(shù)據(jù)中弦向或展向最大曲率半徑 對初始板料（1)進行預彎。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述改變所述熱壓罐 內(nèi)環(huán)境參數(shù)包含對所述預彎試件（2)進行加壓、加熱處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述步驟4與步驟5之 間還包含：在所述預彎試件（2)緊貼所述時效成形模具3的型面上后，保溫特定時間，將所 述預彎試件（2)與所述時效成形模具（3)取出熱壓罐。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述保溫特定時間包 含：根據(jù)所述預彎試件（2)的材料特性，設置保溫時間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述時效成形模具（3) 通過所述目標零件（4)的型面特征數(shù)據(jù)獲得，具體方法如下： 通過目標零件（4)的弦向或展向半徑獲得所述時效成形模具（3)的弦向或展向半徑； 根據(jù)所述時效成形模具（3)的弦向或展向半徑獲得所述時效成形模具（3)的弦向或展 向的弧尚值； 根據(jù)所述時效成形模具（3)的弧高值獲得所述時效成形模具（3)弦向或展向型面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述通過目標零件（4) 的弦向或展向半徑獲得所述時效成形模具（3)的弦向或展向半徑包含： 通過以下公式獲得所述時效成形模具（3)的弦向或展向半徑： Rj=A+BRli2+CRliR2i+DR2i2； 其中氏為所求模具某一節(jié)點的弦向或展向半徑，Ru為目標零件（4)該節(jié)點的弦向或展 向半徑，R2i為滾彎半徑，A、B、C、D為根據(jù)初始板料⑴的材料特性獲得的已知常數(shù)值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述根據(jù)所述時效成 形模具（3)的弦向或展向半徑獲得所述時效成形模具（3)的弦向或展向的弧高值包含： 通過以下公式獲得所述時效成形模具（3)的弦向或展向的弧高值：
其中Li為模具型面零件某截面線兩端點的間距；Si為所述時效成形模具（3)上對應 該節(jié)點的弧高值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蠕變時效成形工藝方法，其特征在于，所述根據(jù)所述時效成 形模具（3)的弧高值獲得所述時效成形模具（3)弦向或展向型面包含：將獲得的多個節(jié)點 連線擬合，獲得所述時效成形模具（3)弦向或展向型面。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種蠕變時效成形工藝方法，所述工藝方法包含：獲取目標零件的型面特征數(shù)據(jù)；根據(jù)所述型面特征數(shù)據(jù)對初始板料進行預彎，獲得預彎試件；將所述預彎試件的型面對應與時效成形模具型面放置后，共同封裝并對所述預彎試件與時效成形模具之間空隙做真空處理；將所述預彎試件與所述時效成形模具放入熱壓罐內(nèi)，改變所述熱壓罐內(nèi)環(huán)境參數(shù)，使所述預彎試件緊貼所述時效成形模具的型面上；將所述預彎試件與所述時效成形模具分離；所述預彎試件回彈形成所述目標零件。以此，成形出型面復雜材料綜合性能好的零件，拓寬蠕變時效成形技術(shù)的應用領域，增加復雜型面壁板類構(gòu)件成形工藝的靈活性，提高零件成形精度。
【IPC分類】C22F1-00, C21D8-00
【公開號】CN104561848
【申請?zhí)枴緾N201410829364
【發(fā)明人】吳為, 張榮霞
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日