[发明专利]一种大曲率金属厚板精确预成型方法

说明书

本发明公开了一种大曲率金属厚板精确预成型方法，包括以下步骤：1）设计模具；2）将热压零件展开，形成毛坯料，并将毛坯料放置于模具内；3）通过Abqus有限元仿真；4）铸造模具；5）安装模具；6）根据模具设计预留的零件外形余量的展开数模，并根据厚度方向余量选择毛坯料规格；7）热压毛坯，进行零件的预成型过程，得到成型零件。本发明提出了一整套一种大曲率金属厚板精确预成型方法，能够整体成型厚度尺寸大的invar钢模板毛坯，且制造精度达到±2mm，大幅度提高了复材模具模板的厚度均匀性及保证了后期模板的气密性，从而满足了复材零件的热均匀性及孔隙率，大幅度降低了制造成本及生产制造周期。

技术领域

本发明涉及航空设备制造技术领域，具体是指一种大曲率金属厚板精确预成型方法。

背景技术

先进复合材料零件因轻量化、耐腐蚀、可设计性强等优点被广泛应用于新一代战机的生产制造。在复材模具制造过程中，模具型面受零件外形决定，随着复材零件可设计性的提高，零件外形趋向于大曲率、深型腔等特征。为保证复材零件的整体质量，复材模具模板通常具有热均匀性及气密性的要求。为保证整体的结构强度，复材模具成型零件的模板厚度一般为12-16mm，且为保证复材零件成型过程的热均匀性，要求复材模具模板厚度的公差通常为±2mm，为保证复材模具气密性的要求，要求模具模板尽量采用整体成型，尽量避免焊接工艺，减少焊接缺陷导致的气密风险。

为保证复材零件的成型精度（复材零件热膨胀系数较低约3*10^-6/℃），Invar钢由于其在-80℃~230℃具有很小的热膨胀系数1.6*10^-6/℃（普通钢为1.2*10^-5/℃），故在大型、重要、复杂的复材模具制造中得到广泛使用。目前国内的Invar钢基本均为国外进口，受国外公司生产尺寸限制，通常的Invar钢原材料厚度为9-30mm，且价格非常昂贵为150元/kg。

在以往的复材模具制造过程中通常采用局部压弯加分块焊接的方式成形曲率变化较小的模板，且预成型后的模板与理论差距大于±5-6mm，但对于较厚的大曲率Invar钢模板成型尚无有效的成型方案，尤其针对大曲率、深型腔的复材模具模板成型在国内均无有效高精度成型的先例。由于该技术瓶颈限制，导致我国某型飞机某部件多年来未实现复材零件的装机应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高了型面板预成型精度，减少了数控加工量，确保了后期复材模具成型过程的气密性及壁厚均匀性，特别适合于复杂曲面的Invar材料复材模具型面板的预成型的大曲率金属厚板精确预成型方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种大曲率金属厚板精确预成型方法，包括以下步骤：

（1）设计模具：利用需要成形的零件外形，零件型面留3-5mm余量，零件非工作面留2-4mm余量，四周外形留40-80mm余量；

（2）将热压零件展开，形成毛坯料，并将毛坯料放置于模具内；

（3）通过Abqus有限元仿真，对零件热压后的损伤值及贴模度、压力进行仿真，并根据仿真结果修正压模；

（4）铸造模具，铸件表面留30mm余量，制造完成后测量型面，公差±0.1mm方可使用；

（5）安装模具；

（6）根据模具设计预留的零件外形余量的展开数模，并根据厚度方向余量选择毛坯料规格；

（7）热压毛坯，进行零件的预成型过程，得到成型零件。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（1）设计的模具包括上模和下模，所述上模上部固定连接有通用模座，所述上模和下模之间两侧设置有导柱、导滑块、以及零件成型时固定毛坯零件的挡料块。