本發(fā)明屬于精密鈑金加工領(lǐng)域，涉及一種封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件高溫推脹復(fù)合成形方法，它適用于成形尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量要求較高的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件。

背景技術(shù)：

鋁合金因具有優(yōu)異的使用性能，在航空航天、軌道交通、武器裝備等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。在航空航天領(lǐng)域，鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件類零部件產(chǎn)品的整體化、輕量化程度越來越高，制造精度要求也越來越高。在管材成形領(lǐng)域，鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件常用制造方法主要有冷成形和鑄造成形兩種。由于鋁合金延伸率不高、回彈較大，冷成形制備的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件容易開裂，產(chǎn)生較大回彈，尺寸精度和型面精度難以保證。鑄造成形壁厚較厚，內(nèi)型面難以進(jìn)行加工，表面質(zhì)量不高，減重效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：提供一種封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件高溫推脹復(fù)合成形方法，它能克服現(xiàn)有技術(shù)加工的零件外形精度控制困難、表面質(zhì)量差等缺點(diǎn)，能有效地保證鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件的精密成形，成形出的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件零件質(zhì)量穩(wěn)定，整體性好，減重效果明顯，尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量較高，并且成形周期較短，加工成本較低。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下方案實(shí)現(xiàn)：一種封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件高溫推脹復(fù)合成形方法，步驟如下：

(1)根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，選擇成形所需鋁合金原料管材，所選取的鋁合金原料管材直徑小于鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件最小直徑，即左氣道和右氣道的直徑，所選取的鋁合金原料管材壁厚大于成形后的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件要求的最小壁厚；

(2)根據(jù)需要成形的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，制作超塑成形所需模具，然后對(duì)超塑成形所需模具的型腔按照鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸進(jìn)行適當(dāng)放大加工；制作完成后的超塑成形模具在左氣道和右氣道的位置有能夠進(jìn)給左、右頂桿的入口；

(3)根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件的左氣道和右氣道的形狀，進(jìn)行鋁合金管材預(yù)彎，將預(yù)彎后的鋁合金管材應(yīng)放入步驟(2)制作的模具型腔內(nèi)；

(4)對(duì)步驟(2)制作的超塑成形模具進(jìn)行加熱，到達(dá)超塑成形溫度后，將步驟(3)預(yù)彎后的鋁合金管材放入超塑成形模具內(nèi)，左、右頂桿進(jìn)給至超塑成形模具在左氣道和右氣道的入口，左、右頂桿與鋁合金管材形成密閉腔，右頂桿上設(shè)有通氣孔，通過右頂桿上的通氣孔，連通密閉腔與外界的氣源，按照設(shè)定的隨時(shí)間變化的壓力向鋁合金管材通氬氣加壓成形，同時(shí)左、右頂桿向緩沖氣體的密封腔方向運(yùn)動(dòng)，即將左氣道和右氣道向緩沖氣體的密封腔進(jìn)行補(bǔ)料，完成超塑成形；

(5)對(duì)步驟(4)完成超塑成形的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件采用機(jī)械加工方式去除余量，然后采用堿洗、酸洗進(jìn)行表面清潔。

步驟(1)所述的鋁合金原料管材為型號(hào)為5083或5A06變形鋁合金管材。

步驟(2)所述對(duì)超塑成形所需模具按照鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸進(jìn)行適當(dāng)放大加工的超塑模具尺寸放大量為3‰～7‰。

步驟(3)所述的預(yù)彎后的鋁合金管材放入步驟(2)所制作的模具型腔后，鋁合金管材與模具型腔間隙為0.1～5mm。

步驟(3)根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件的左氣道和右氣道的形狀，采用數(shù)控彎管進(jìn)行鋁合金管材預(yù)彎。

步驟(4)所述的超塑成形溫度為420～520℃，左右頂桿進(jìn)給速度為0.1～5mm/s，外界的氣源為氬氣，氬氣壓力為0.1～3MPa。

所述超塑成形所需模具的材質(zhì)為45號(hào)鋼或304不銹鋼。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果：

(1)本發(fā)明所成形的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件，整體性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量較高；

(2)本發(fā)明采用超塑成形可以有效控制壁厚局部減薄，起到明顯減重效果；

(3)本發(fā)明采用超塑成形可以實(shí)現(xiàn)零件的近凈成形，能有效減少后續(xù)加工量，提高效率，降低成本；另外，可有效避免回彈、開裂等缺陷的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件示意圖；

圖2為原材料鋁管材示意圖；

圖3為鋁管材預(yù)彎后示意圖；

圖4為鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件超塑成形模具示意圖；

圖5為鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件超塑成形后示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的基本思路為：一種封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件高溫推脹復(fù)合成形方法，①根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，選擇成形所需鋁合金管材；②根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，制作超塑成形所需模具；③根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，采用數(shù)控彎管進(jìn)行鋁合金管材預(yù)彎；④進(jìn)行超塑成形，超塑成形過程中，左右頂桿進(jìn)給補(bǔ)料；⑤超塑成形完畢取出零件后，去除余量，進(jìn)行表面處理，獲得鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件。本發(fā)明采用超塑成形方法成形鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件，可有效避免回彈、開裂等缺陷的產(chǎn)生；可有效控制壁厚分布，起到明顯減重效果；采用超塑成形方法制備的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件在零件尺寸精度、型面精度、表面質(zhì)量、加工效率以及制造成本等方面有顯著優(yōu)勢(shì)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明屬于精密鈑金加工領(lǐng)域，涉及到一種封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件高溫推脹復(fù)合成形方法，它適用于成形尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量要求較高的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件。該方法如下：①根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，選擇成形所需鋁合金管材；②根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，制作超塑成形所需模具；③根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，采用數(shù)控彎管進(jìn)行鋁合金管材預(yù)彎；④進(jìn)行超塑成形，超塑成形過程中，左右頂桿進(jìn)給補(bǔ)料；⑤超塑成形完畢取出零件后，去除余量，進(jìn)行表面處理，獲得鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件。

本發(fā)明采用超塑成形方法成形鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件，與冷成形相比，可有效避免回彈、開裂等缺陷的產(chǎn)生；與鑄造相比，可有效控制壁厚分布，起到明顯減重效果；采用超塑成形方法制備的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件在零件尺寸精度、型面精度、表面質(zhì)量、加工效率以及制造成本等方面有顯著優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明要成形做的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件，包括：緩沖氣體的密封腔，左氣道、右氣道，緩沖氣體的密封腔的兩端有開口，緩沖氣體的密封腔的一端開口與左氣道的一端相連，緩沖氣體的密封腔的另一端開口與右氣道的一端相連，左氣道的另一端可以連接外部，右氣道的另一端也可以連接外部；氣體能夠從左氣道進(jìn)入至緩沖氣體的密封腔緩沖后，從右氣道排出；氣體也能夠從右氣道進(jìn)入至緩沖氣體的密封腔緩沖后，從右左氣道排出；氣體也能夠從左氣道、右氣道同時(shí)進(jìn)入至緩沖氣體的密封腔緩沖后，從左氣道和右左氣道同時(shí)排出。左氣道、右氣道的形狀為彎曲的管狀(中空)，為金屬材質(zhì)；緩沖氣體的密封腔為中空腔體，截面為圓形或類圓形的非規(guī)則形狀，由模具型腔決定，也為金屬材質(zhì)；緩沖氣體的密封腔的截面積大于左氣道和右氣道的截面積(條件為截面平行時(shí))。

以某鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件作為優(yōu)選方案，其形狀尺寸見圖1，零件材料為5083鋁合金，圓端截面直徑為55mm，壁厚2mm，長度為600mm，要求零件壁厚不小于2mm。

具體的優(yōu)選方案按如下工藝步驟進(jìn)行：

第一步計(jì)算原材料尺寸：根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，選擇成形所需鋁合金管材，鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件最小直徑部位在圓端，截面直徑為55mm，零件壁厚不小于2mm，所選取的原料管材直徑應(yīng)小于鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件最小直徑，壁厚大于鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件要求的最小壁厚。因此，選取直徑為45mm～50mm，壁厚為2.5mm～3mm的鋁合金管材，長度為700mm～800mm，如圖2所示。

第二步設(shè)計(jì)超塑成形模具：根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，設(shè)計(jì)超塑成形所需模具，要按照零件尺寸進(jìn)行適當(dāng)放大，放大系數(shù)選取5‰。

第三步進(jìn)行鋁合金管材預(yù)彎：根據(jù)鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸，采用數(shù)控彎管進(jìn)行鋁合金管材預(yù)彎，如圖3所示，預(yù)彎后的鋁合金管材應(yīng)可放入步驟二所設(shè)計(jì)的模具型腔內(nèi)，鋁合金管材與模具型腔間隙為0.1～4mm。

第四步進(jìn)行超塑成形：對(duì)步驟二的超塑成形模具進(jìn)行加熱，如圖4所示，超塑成形溫度選取460℃～480℃。到達(dá)超塑成形溫度后，將步驟三預(yù)彎后的鋁合金管材3放入超塑成形模具上模2和下模5內(nèi)，左頂桿1和右頂桿4進(jìn)給，左頂桿1和右頂桿4與鋁合金管材形3成密閉腔，通過右頂桿4上的通氣孔連通密閉腔與外界的氣源，按照設(shè)定的時(shí)間壓力加載曲線向鋁合金管材通氬氣加壓成形，氬氣壓力為0.8Mpa～1Mpa，同時(shí)左右頂桿相向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給速度為0.5mm/s～1.5mm/s，進(jìn)行補(bǔ)料，最終，成形出鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件，如圖5所示；

第五步去除余量表面清理：采用數(shù)控銑方式去除余量，而后采用堿洗、酸洗進(jìn)行表面清潔。

采用此方法制備的鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件尺寸精度為±0.1mm，型面精度±0.3mm，表面粗糙度Ra3.2，壁厚可控制在比現(xiàn)有技術(shù)成本節(jié)約20％，效率提高15％，減重10％。

本發(fā)明還有一種優(yōu)選方案，在步驟(3)所述的預(yù)彎后的鋁合金管材放入步驟(2)所制作的模具型腔后，鋁合金管材與模具型腔間隙優(yōu)選為0.1～2.5mm，成形后壁厚可控制在提高了鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件有效進(jìn)氣量，可保證航天飛行器的正常工作。

本發(fā)明還有一種優(yōu)選方案，在步驟(4)所述的超塑成形溫度為420～460℃，可使鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件成形成本比現(xiàn)有技術(shù)降低25％。

本發(fā)明還有一種優(yōu)選方案，在步驟(4)所述左右頂桿進(jìn)給速度為2～5mm/s，外界的氣源為氬氣，氬氣壓力為1～3MPa，可使鋁合金封閉異形氣動(dòng)構(gòu)件成形效率比現(xiàn)有技術(shù)提高20％。