專利名稱：一種鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法及模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法及模具，屬于金屬材料熱處 理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板一般用于飛機機身、機翼等高承載或交變載荷環(huán)境，為了保證使用壽命內(nèi)的安全性，需要部件具有較高的強度、斷裂韌性，以及良好的耐腐蝕性能。為了滿足這些要求，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板一般采用T8態(tài)。但是T8態(tài)的鋁鋰合金，強度較高，延伸率較小，很難滿足大曲率的成形要求；同時耐損傷、高壽命的設(shè)計目標(biāo)對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板提出了更高的要求，現(xiàn)有的冷成形已經(jīng)基本無法滿足。另外，為實現(xiàn)減重需求，飛機機翼、機身等部位采用焊接結(jié)構(gòu)替代鉚接結(jié)構(gòu)，但受生產(chǎn)設(shè)備條件限制，壁板需要先進行焊接，然后才能再進行零件的成形加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計提供了一種鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法及模具，其目的是使成形的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的強度、斷裂韌度達到T8態(tài)要求。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法，其特征在于，該方法的步驟為:⑴根據(jù)鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)需成形的形狀設(shè)計模具，該模具的成型面(4)與鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)需成形的形狀不相同，需包含“過彎量”，過彎量需根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)形面進行設(shè)計；⑵通過機械加載的方式使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)完全貼附并固定在模具的成型面⑷上，兩者間隙小于0.05_，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)各處的彎曲程度應(yīng)在彈性變形范圍內(nèi)；⑶將裝卡固定好的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)和模具整體置于熱環(huán)境(7)中，該熱環(huán)境(7)的溫度為100 120° C，熱透后保溫I 5小時，隨后將熱環(huán)境(7)溫度提高至150 200° C，保溫時間6 20小時后，空冷，溫度降低至80° C后，對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)進行卸載，使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)自由回彈。本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種用于所述鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法的模具，其特征在于:該模具包括一個上模體(I)和下模體(2)，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)安裝在上模體⑴和下模體⑵之間，下模體⑵的內(nèi)腔中設(shè)置有模塊(3)，模塊(3)的上表面為根據(jù)鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)形狀設(shè)計的成型面(4)，上模體(I)上設(shè)置有多個用于實現(xiàn)機械加載的加載螺栓(6)，加載螺栓(6)的下端頂壓在鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)的上表面，使之與模塊(3)的成型面(4)貼合。
本發(fā)明技術(shù)方案利用同時持續(xù)加熱加壓的方法，使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板發(fā)生應(yīng)力時效效應(yīng)，從而促進強化相的析出，提高整體壁板的強度、斷裂韌度等性能；同時，使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板發(fā)生應(yīng)力松弛，從而產(chǎn)生永久的變形。在時效成形過程中，合金材料的時效過程是在有應(yīng)力及應(yīng)變的條件下進行，合金中的儲能、空位濃度、位錯分布因此而改變，因此時效成形的溫度范圍選取需要精確控制。保溫時間不僅要保證合金時效充分，也要給合金材料足夠的變形時間。時效成形后，檢查成形后的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板曲面變形情況，進行局部校形。本發(fā)明的優(yōu)點是:1、實現(xiàn)了鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)大曲率整體壁板的成形，其原因在于，在整個成形過程中整體壁板的內(nèi)部載荷一直低于鋁鋰合金的屈服強度，，而且永久變形是通過內(nèi)部載荷在一定溫度下發(fā)生的蠕變效應(yīng)獲得，這就有效的避免了通過冷塑性變形方式成形大曲率整體壁板過程中因T8態(tài)鋁鋰合金成形能力較弱而帶來的整體壁板開裂等問題，實現(xiàn)了焊接結(jié)構(gòu)大曲率整體壁板的成形。2、保證了成形后零件力學(xué)性能、斷裂韌度達到T8態(tài)要求，本發(fā)明方法適用性廣，所涉及工藝操作簡單，可直接用于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明技術(shù)方案所述模具的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明技術(shù)方案所述模具對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板進行加載的示意3為本發(fā)明技術(shù)方案所述模具完成時效工藝后對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板卸載后的不意圖
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步地詳述:參見附圖1 3所示，該種用于鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法的模具包括一個上模體I和下模體2，下模體2的內(nèi)腔中設(shè)置有模塊3，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5安裝在模塊3的上方，位于上模體I和下模體2之間，模塊3的上表面為根據(jù)鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5形狀設(shè)計的成型面4，上模體I上設(shè)置有多個用于實現(xiàn)機械加載的加載螺栓6，將上模體I安裝在下模體2上，加載螺栓6的下端頂壓在鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5的上表面，通過機械加載的方式使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5完全貼附并固定在模具的成型面4上，兩者間隙小于0.05mm，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5各處的彎曲程度應(yīng)在彈性變形范圍內(nèi)；使之與模塊3的成型面4貼合。時效成形方法是:將裝卡固定好的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5和模具整體置于熱環(huán)境7中，該熱環(huán)境7的溫度為100 120° C，熱透后保溫I 5小時，隨后將熱環(huán)境7的溫度提高至150 200° C，保溫時間6 20小時后，空冷，溫度降低至80° C后，對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5進行卸載，使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5自由回彈。參見附圖3所示。隨后檢查成形后的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5的曲面變形情況，進行局部校形。通過上述方法成形的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板5的力學(xué)性能、斷裂韌度通過達到T8態(tài)要求。某形狀如圖1所示的帶筋的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)帶筋壁板，成形后其形面為單曲率形面，曲率半徑應(yīng)為1000mm，根據(jù)該鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)帶筋壁板形狀設(shè)計的模具成型面曲率半徑為895mm，時效成形工藝為100° C/5h，150° C/20h，經(jīng)冷卻、卸載、回彈、局部校形后其曲率半徑為1000mm，其力學(xué)性能及斷裂韌性如表I所示。試驗結(jié)果說明，采用本專利方法，可以滿足鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)帶筋壁板的曲面成形，成形后其力學(xué)性能及斷裂韌性能達到T8態(tài)鋁鋰合金典型性能。表I鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)帶筋壁板處理后和鋁鋰合金T8態(tài)典型性能數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法，其特征在于，該方法的步驟為: ⑴根據(jù)鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)需成形的形狀設(shè)計模具，該模具的成型面(4)與鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)需成形的形狀相吻合； ⑵通過機械加載的方式使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)完全貼附并固定在模具的成型面(4)上，兩者間隙小于0.05_，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)各處的彎曲程度應(yīng)在彈性變形范圍內(nèi)； ⑶將裝卡固定好的鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)和模具整體置于熱環(huán)境(7)中，該熱環(huán)境(7)的溫度為100 120° C，熱透后保溫I 5小時，隨后將熱環(huán)境(7)溫度提高至150 200° C，保溫時間6 20小時后，空冷，溫度降低至80° C后，對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)進行卸載，使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)自由回彈。
2.用于權(quán)利要求1所述鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法的模具，其特征在于:該模具包括一個上模體(I)和下模體(2)，鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)安裝在上模體(I)和下模體(2)之間，下模體(2)的內(nèi)腔中設(shè)置有模塊(3)，模塊(3)的上表面為與鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)形狀吻合的成 型面(4)，上模體(I)上設(shè)置有多個用于實現(xiàn)機械加載的加載螺栓￠)，加載螺栓￠)的下端頂壓在鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板(5)的上表面，使之與模塊(3)的成型面⑷貼合。
全文摘要
本發(fā)明是一種鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)壁板的時效成形方法及模具，涉及對鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)整體壁板的成形及確保力學(xué)性能、斷裂韌度達到T8態(tài)要求。其特征在于利用同時持續(xù)加熱加壓的方法，使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)整體壁板發(fā)生應(yīng)力時效效應(yīng)，從而促進強化相的析出，提高整體壁板的強度、斷裂韌度等性能，同時使鋁鋰合金焊接結(jié)構(gòu)整體壁板發(fā)生應(yīng)力松弛，從而產(chǎn)生永久的變形。其制備步驟為1)成形模具形面的設(shè)計；2)零件的裝卡；3)時效成形；4)局部校形。采用本發(fā)明所提出的成形方法，具有成形過程簡單，操作方便、重復(fù)性好的特點，有效克服鋁鋰合金T8態(tài)難成形的問題，同時具有可以提高整體壁板制成形精度，縮短生產(chǎn)周期。
文檔編號C22F1/04GK103194699SQ20131008496
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者李超, 李國愛, 馮朝輝, 陸政, 汝繼剛 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院