[发明专利]一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具装置及设计方法

说明书

本发明具体提出了一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具装置及设计方法，该方法包括以下步骤：步骤S1：设计变厚度模具型面；步骤S2：设计模具型面支撑底座，并将变厚度模具型面设置于模具型面支撑底座上；步骤S3：设计构件定位组件：在设计的变厚度模具型面上确定定位位置并开设螺纹孔，在构件上开设与螺纹孔相配合的腰形通孔，将定位螺柱插入腰形通孔并与螺纹孔相连接；步骤S4：采用热压罐成型后切割去除还有腰形通孔的部分，进而获得有目标曲率和尺寸的复杂曲率构件。所加工出的模具型面具有变厚度特征，且定位组件有利于防止铝合金构件在加载过程中由于受力不均而偏移，实现复杂曲率构件精确成形。

技术领域

本发明属于涉及铝合金蠕变时效成形制造技术领域，具体涉及一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具装置及设计方法。

背景技术

蠕变时效成形技术是利用铝合金的蠕变变形和时效强化效应，同时获得具有高精度形状和高性能构件的先进钣金成形技术，广泛应用于航空航天领域如飞机机翼、机舱，火箭燃油贮箱等。与传统喷丸，滚弯成形工艺相比，蠕变时效成形技术具有成形构件残余应力低、生产周期短、成本低等优点，是大型复杂壁板精确成形的理想技术。一方面，针对大型复杂变曲率及高成形应力的铝合金构件，其在不同位置处曲率变化较大，精确成形这种复杂变曲率构件较为困难。

为实现构件精确成形，模具型面设计时需要进行回弹补偿以确定最终的设计模具型面。而对于简单或复杂曲率小型模具型面的制造通常采用铣削工艺在实体坯料上加工出回弹补偿后的设计型面，对于大型复杂曲率型面制造，这种方法由于弦高过大会造成严重的材料浪费，且成本较高。

此外，现有技术中模具底座筋板支撑区域的轮廓曲线曲率也是不断变化的，这也增加了筋板制造难度和成本。因此，现有技术中需要一种能够减小材料浪费且制造成本较低，适合大型变曲率复杂构件的模具型面设计制造方法。另一方面，蠕变时效成形技术在制造复杂曲率构件时由于模具型面不同位置曲率相差较大而导致气压加载过程中构件会发生较大的偏移，甚至移出模具型面，不能完全贴合在成形目标区域内，因此加载成形过程中有必要对构件进行精确定位，使构件在成形区域贴模具，从而实现所需的构件精度要求。

发明内容

本发明针对大型复杂曲率构件蠕变时效成形，提供一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具装置及设计方法。

本发明采用的技术方案是：

一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：设计变厚度模具型面；

步骤S2：设计模具型面支撑底座，并将变厚度模具型面设置于模具型面支撑底座上；

步骤S3：设计构件定位组件：在设计的变厚度模具型面上确定定位位置并开设螺纹孔，在构件上开设与螺纹孔相配合的腰形通孔，将定位螺柱插入腰形通孔并与螺纹孔相连接；

步骤S4：采用热压罐成型后切割去除还有腰形通孔的部分，进而获得有目标曲率和尺寸的复杂曲率构件。

优选的，在上述步骤S1中，变厚度模具型面的设计过程包括：

(1)使用三维软件绘制出大型复杂曲率目标型面，以目标型面四个顶点中的任一三点建立平面D，再通过小端弧线中点A和大端弧线中点B建立与平面D垂直的平面C；

(2)在平面C上投影目标型面S₀，获得投影后的目标型面S₀的轮廓线，使用三维软件确定包络目标型面S₀投影轮廓线的两条平行的固定曲率半径R_j的轮廓线；

(3)在构件原材料及蠕变时效有限元几何模型的基础上，以目标型面作为初始模具型面B₀，使用有限元模拟软件以及几何重构模型进行蠕变时效回弹补偿模拟，获得节点最大回弹量δ及回弹补偿后的设计型面B_i；