[发明专利]一种铝合金薄壁曲面零件外环约束无模深冷旋压成形方法

说明书

本发明公开了一种铝合金薄壁曲面零件外环约束无模深冷旋压成形方法。该方法的步骤如下：(1)将铝合金板材进行固溶时效强化处理；(2)对板材旋压加工区域持续喷液氮，使其处于深冷环境，对板材进行外环约束无模深冷旋压成形，将板材旋压为锥形件；(3)在深冷环境中，再通过1～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，旋压方向为反向旋压。本发明提出的外环约束无模深冷压工艺，能够降低旋压过程的残余应力，提高旋压件变形的稳定性，可以获得成形精度高、性能优异的高径厚比薄壁曲面零件，而且旋压过程中不产生起皱、破裂等缺陷。

技术领域

本发明属于旋压技术领域，涉及一种铝合金薄壁曲面零件外环约束无模深冷旋压成形方法。

背景技术

金属板材旋压是一种近净成形技术，通常用于回转体构件的整体成形制造。因其具有设备简单、加工柔性强、产品开发周期短并且能够改善材料性能等诸多优势，在诸如航空、航天、兵器等军用及汽车厨具等民用制造领域中均占有重要地位。相比传统旋压工艺，外环约束无芯模旋压工艺通过对外环施加约束，设计旋轮的进给轨迹曲线就能加工出不同目标形状的成品。无芯模旋压解除了对特定芯模的依靠，增强了旋压成形的柔性。但是在旋压变形中，构件中会产生较大的残余应力，导致变形失稳，产生起皱、开裂等缺陷，无法满足航空航天等领域的高精度制造要求。

现有研究表明深冷处理对铝合金有预时效的作用，提高其强度和硬度，还能消除合金的内应力，提高尺寸的稳定性。在旋压变形中采用深冷处理能够促进晶粒择优取向，有利于材料的稳定变形，可显著提高材料力学性能和变形稳定性。

目前，在已公开的发明专利中，尚未有学者提出在保障无模旋压中成形工件尺寸精度的同时又能提高材料性能的旋压工艺。因此，有必要提出一种易于设定和实施的深冷旋压工艺，以获得较高尺寸精度的高径厚比曲面零件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金薄壁曲面零件外环约束无模深冷旋压成形方法，该方法可以通过在深冷环境下实现铝合金薄壁曲面零件的外环约束无模旋压成形，有效降低旋压过程中的残余应力和提高旋压件变形的稳定性，并保证薄壁曲面零件的几何精度，解决了超大径厚比曲面构件成形精度不高、易产生起皱和破裂等缺陷的难题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：将铝合金板材进行固溶时效处理，固溶温度为535℃，固溶时间为25分钟～55分钟，时效温度为120℃～180℃，时效时间为6小时～12小时；

步骤2：对板材旋压加工区域持续喷液氮，使其处于-80℃～-150℃深冷环境，对板材进行外环约束无模深冷旋压成形，将板材旋压为锥形件，其可成形角度为20°～60°，旋轮安装角度为30°～50°，旋轮圆角半径为6mm～18mm，进给比为1.2mm/r～3.6mm/r，转速为5rpm/min～50rpm/min；

步骤3：在-80℃～-150℃的深冷环境中，再通过1～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，旋压方向为反向旋压，其轮廓曲率可为1200mm～2400mm，旋轮安装角度为30°～50°，旋轮圆角半径为6mm～18mm，进给比为1.2mm/r～3.6mm/r，转速为5rpm/min～20rpm/min。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了深冷处理在消除残余应力和提高尺寸稳定性方面的作用。能够及时地削减旋压过程中产生的残余应力，并且提高旋压件的尺寸稳定性。在深冷的环境下，旋压能够稳定进行，不会因为残余应力过大产生破裂导致加工失败。再结合调控旋压参数能够获得高精度的大型曲面构件。

附图说明

图1外环约束无模深冷旋压原理图:(a)第一步旋压；(b)第二步旋压；

图2实施例1获得的成形工件；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。