[发明专利]一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法

说明书

本发明公开了一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法。该方法的步骤如下：(1)将轧制的铝合金板材进行固溶时效强化处理，然后采用搅拌摩擦焊接技术拼焊铝合金板材；(2)对焊接板材进行外环约束无模旋压成形，将板材旋压为锥形件；(3)再通过2～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件。本发明提出的基于铝合金焊接板材的外环约束无模压方法，能够快速整体成形大规格曲面零件，解决现有轧制板材宽度有限的难题。同时，该方法可以保证焊接板材焊缝各区域材料的变形协调，获得成形精度高、性能优异的大规格薄壁曲面零件，而且旋压件表面光滑，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，涉及一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法。

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。外环约束无芯模旋压方法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。

目前，轧制板材生产的宽度在4m～5m范围，对于8m～10m的大型薄壁曲面的加工制造供应不足，限制了大型薄壁曲面零件的制造。对于超大径厚比薄壁曲面的加工制造，采用焊接+旋压的复合成形方法具有较大的柔性，能够方便快捷的制造超大尺寸薄壁曲面。相比于均质板材旋压，基于焊接板材的旋压技术成形难度较高，焊缝各区域材料的差异性会导致旋压变形过程中各区域材料的变形不一致，可能导致整个旋压件变形失稳，产生起皱、开裂等缺陷。

目前，在已公开的发明专利中，尚未有学者提出在焊接板材上开展无模旋压方法。因此，有必要提出一种易于设定和实施的加工成形方法，以获得较高尺寸精度的大径厚比曲面零件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法，该方法可以通过搅拌摩擦焊接技术将小尺寸薄板拼焊成大型薄板，在焊接板上开展外环约束无模旋压工艺，通过设计焊接参数获得塑性性能较好的拼焊板材，再通过调控旋压工艺参数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，解决了现有轧制板材宽度有限，大尺寸薄壁曲面整体成形的难题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：将轧制的铝合金板材进行固溶时效强化处理，然后通过搅拌摩擦焊接技术将铝合金小尺寸板材拼焊成大型板材，焊接速度为100～300mm/min，转速为400～800mm/r；

步骤2：对焊接板材进行外环约束无模旋压成形，将板材旋压为锥形件，其可成形角度为25°～55°，旋轮安装角度为25°～50°，旋轮圆角半径为3mm～15mm，进给比为0.8mm/r～3.0mm/r，转速为100rpm/min～450rpm/min；

步骤3：再通过2～3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100mm～500mm，旋轮安装角度为25°～50°，旋轮圆角半径为3mm～15mm，进给比为0.8mm/r～3.0mm/r，转速为100rpm/min～450rpm/min。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了搅拌摩擦焊接拼焊板材优异的焊缝质量。通过合理地调控旋压参数能够确保旋压过程中焊缝各区域能够协调变形，旋压能够稳定进行，不会因为各区域材料变形差异过大产生破裂导致加工失败。通过焊接+旋压复合成形技术制造高质量大径厚比薄壁曲面。

附图说明

表1铝合金化学成分

图1外环约束无模旋压原理图:(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；

图3实施例1获得的旋压件稳旋段壁厚分布；

具体实施方式