[发明专利]一种铝合金异形管件超低温介质压力成形方法

说明书

本发明公开了一种铝合金异形管件超低温介质压力成形方法，利用铝合金管材在超低温条件下成形性能大幅提高的特性，在模具内通过超低温介质对管材进行冷却和加压，使管材在超低温下成形出异形管件。本发明的铝合金异形管件超低温介质压力成形方法中超低温介质用于冷却模具和管材，同时增压实现管材的柔性加载，有利于成形复杂异形变截面管件；利用铝合金管材在超低温条件下成形性能大幅提高的特性，通过超低温介质冷却加压，管材在超低温条件下发生变形，成形性能显著提高，避免了大截面差的铝合金异形管件液压成形时开裂的难题；拼焊管焊缝区域和母材成形性能均大幅提高，塑性系数相近，避免了大直径铝合金异形管件焊缝区域开裂的难题。

技术领域

本发明涉及管件成形的技术领域，特别是涉及一种铝合金异形管件超低温介质压力成形方法。

背景技术

铝合金作为一种轻量化材料，具有比强度高和良好的耐腐蚀性能，广泛应用于航空、航天和汽车领域。随着新一代运载火箭、飞机和新能源汽车等运载装备对高可靠、长寿命、轻量化要求的进一步提高，整体结构代替多块分体拼焊结构的需求越来越多。例如：飞机异形进气道、电动汽车底盘构件和车身框架，这类构件为复杂异形管件，其截面形状复杂、截面差大，还存在局部小圆角，这些几何特征与高强铝合金难变形相互耦合，使得这类异形管件成形难度极大。

目前，内高压成形(或液压成形)是制造空心变截面异形管件较为先进的成熟技术，已在航空航天、汽车行业得到广泛应用，适用于具有良好室温塑性的材料，如低碳钢、不锈钢等。对于简单形状的铝合金异形管件，内高压成形也逐渐得到应用，如汽车仪表盘支架等。然而，抗拉强度大于400MPa的高强铝合金由于受到其成形性能低、易产生橘皮等问题的限制，对于形状相对简单的构件需要多道次预成形和中间退火等复杂工艺才能形成，而又存在成品率低、成品质量差的问题；对于复杂形状整体管件，当截面差大和圆角半径与厚度比小于3时，就超过了高强铝合金内高压成形的极限。

因挤压工艺无法制得大直径薄壁无缝铝合金管坯，对于大直径的铝合金薄壁整体管件内高压成形时，需要通过板材卷焊来获得预制管坯。例如，飞机异形进气道管坯直径超过1米，而壁厚仅为几毫米，需要通过薄板卷曲和搅拌摩擦焊来获得预制管坯。然而，拼焊接头强度和塑性相对母材通常要降低，搅拌摩擦焊管焊缝强度系数小于0.8，在内高压成形时极易引起焊缝区开裂，导致成形无法完成，限制了大直径铝合金异形管件的应用。

而研究发现，高强铝合金母材和搅拌摩擦焊缝在超低温条件下成形性能均大幅提高，且焊缝塑性与母材相近。例如：2219铝合金在77K超低温条件下的成形性能比室温提高了70％。在超低温条件下，铝合金及焊缝成形性能提高，有利于成形复杂形状异形管件。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金异形管件超低温介质压力成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，使铝合金管材、搅拌摩擦焊管的焊缝区域成形性能大幅提高，有利于复杂异形变截面管件的成形，实现大截面差铝合金管件顺利成形，避免大直径铝合金异形管件焊缝开裂。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种铝合金异形管件超低温介质压力成形方法，利用铝合金管材在超低温条件下成形性能大幅提高的特性，在模具内通过超低温介质对管材进行冷却和加压，使管材在超低温下成形出异形管件，具体步骤如下：

步骤一，将管材放入模具，闭合模具，左冲头、右冲头对管材两端进行封堵，实现管材的有效密封；

步骤二，向管材内部填充超低温介质，使管材冷却至低于123K的设定温度；

步骤三，增加管材内部超低温介质的压力，使管材在超低温介质的压力作用下，贴靠模具进行成形；

步骤四，打开模具，退出所述左冲头和所述右冲头，回收管材内部的超低温介质，取出成形好的异形管件。