一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法專利背景

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，鋁合金曲面加強(qiáng)筋板類零部件產(chǎn)品的整體化、輕量化程度越來(lái)越高，制造精度要求也越來(lái)越高。在板料成形領(lǐng)域，鋁合金曲面加強(qiáng)筋板常用制造方法主要有冷壓成形和鑄造成形兩種。冷壓成形不但尺寸精度難以達(dá)到要求，型面精度也難以控制，通常后續(xù)需要大量的手工校形，成形周期長(zhǎng)，并且容易產(chǎn)生回彈、起皺和開(kāi)裂等缺陷。另外，在冷成形過(guò)程中，壁厚不均勻會(huì)導(dǎo)致加強(qiáng)筋之間壁薄部分下陷。鑄造成形方法受材料種類限制，鋁合金曲面加強(qiáng)筋板類零件鑄造困難，后續(xù)仍需要大量機(jī)械加工，加工成本高，制備周期長(zhǎng)。

一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法專利目的

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》的技術(shù)解決問(wèn)題：提供一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法，它能克服2017年3月相關(guān)技術(shù)加工的零件整體性差、外形精度控制困難或成本較高的缺點(diǎn)，能有效地保證鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的精密成形。成形出的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板零件質(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。

一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法技術(shù)方案

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》步驟如下：

（1）根據(jù)需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板外形尺寸和加強(qiáng)筋位置，確定出熱壓成形所需的平面板材厚度、板材尺寸以及加強(qiáng)筋在平面板材上的位置；

（2）根據(jù)加強(qiáng)筋在平面板材上的位置，在平面板材上制備出相應(yīng)加強(qiáng)筋，并根據(jù)需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的平面展開(kāi)圖加工出成形所需板材外形；

（3）根據(jù)需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的外形尺寸，制作鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形模具，然后按照鋁合金曲面加強(qiáng)筋板尺寸對(duì)熱壓成形模具的型腔進(jìn)行適當(dāng)放大加工；

（4）將步驟（3）制作的熱壓成形模具加熱至熱壓成形溫度后，把步驟（2）制備的板材放于熱壓成形模具的型腔內(nèi)即上模和下模之間，上模逐漸向下模運(yùn)動(dòng)，板材在熱壓成形模具型腔內(nèi)逐漸變形，直至上模和下模閉合即合模完全，板材熱壓成形完畢；

（5）步驟（4）完成后，步驟（4）熱壓成形后板材與上模之間形成一個(gè)密閉型腔，上模設(shè)有通氣孔，通氣孔連接型腔內(nèi)和外界，通過(guò)上模的通氣孔將密閉型腔與外界氣源連通，按照設(shè)定的隨時(shí)間變化的壓力向密閉型腔通氣加壓校形，使鋁合金曲面加強(qiáng)筋板加強(qiáng)筋之間的曲面部位形成光滑曲面。

步驟（1）所述的熱壓成形所需平面板材厚度不小于鋁合金曲面加強(qiáng)筋板最大壁厚。

步驟（2）所述在平面板材上制備出相應(yīng)加強(qiáng)筋的制備方法為化銑加工或者機(jī)械銑加工。

步驟（3）所述對(duì)熱壓成形模具的型腔進(jìn)行適當(dāng)放大加工，使熱壓成形模具型腔尺寸適當(dāng)放大量為需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的外形尺寸的3‰～7‰。

步驟（4）所述熱壓成形溫度為420～520攝氏度，上模向下模運(yùn)動(dòng)速度為1～10毫米/秒。

步驟（5）所述加載的氣體壓力為0.1～3兆帕。

一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法有益效果

（1）《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》所成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板，整體性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量較高；

（2）《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》采用熱壓成形，可有效避免回彈、起皺和開(kāi)裂等缺陷的產(chǎn)生；

（3）《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》采用充氣校形可以實(shí)現(xiàn)零件的近凈成形，能有效減少后續(xù)加工量，避免后續(xù)手工校形，提高效率，降低成本。

圖1為鋁合金曲面加強(qiáng)筋板示意圖；

圖2為熱壓成形鋁合金曲面加強(qiáng)筋板所需板材示意圖；

圖3為鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形模具示意圖；

圖4為鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓、充氣過(guò)程示意圖。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》屬于精密鈑金加工領(lǐng)域，涉及一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法，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曲面加強(qiáng)筋板。

1.一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法，其特征在于步驟如下：（1）根據(jù)需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板外形尺寸和加強(qiáng)筋位置，確定出熱壓成形所需的平面板材厚度、板材尺寸以及加強(qiáng)筋在平面板材上的位置；所述的熱壓成形所需平面板材厚度不小于鋁合金曲面加強(qiáng)筋板最大壁厚；（2）根據(jù)加強(qiáng)筋在平面板材上的位置，在平面板材上制備出相應(yīng)加強(qiáng)筋，并根據(jù)需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的平面展開(kāi)圖加工出成形所需板材外形；（3）根據(jù)需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的外形尺寸，制作鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形模具，然后按照鋁合金曲面加強(qiáng)筋板尺寸對(duì)熱壓成形模具的型腔進(jìn)行適當(dāng)放大加工；所述對(duì)熱壓成形模具的型腔進(jìn)行適當(dāng)放大加工，使熱壓成形模具型腔尺寸適當(dāng)放大量為需要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板的外形尺寸的3‰～7‰；（4）將步驟（3）制作的熱壓成形模具加熱至熱壓成形溫度后，把步驟（2）制備的板材放于熱壓成形模具的型腔內(nèi)即上模和下模之間，上模逐漸向下模運(yùn)動(dòng)，板材在熱壓成形模具型腔內(nèi)逐漸變形，直至上模和下模閉合即合模完全，板材熱壓成形完畢；所述熱壓成形溫度為420～520攝氏度，上模向下模運(yùn)動(dòng)速度為1～10毫米/秒；（5）步驟（4）完成后，步驟（4）熱壓成形后板材與上模之間形成一個(gè)密閉型腔，上模設(shè)有通氣孔，通氣孔連接型腔內(nèi)和外界，通過(guò)上模的通氣孔將密閉型腔與外界氣源連通，按照設(shè)定的隨時(shí)間變化的壓力向密閉型腔通氣加壓校形，使鋁合金曲面加強(qiáng)筋板加強(qiáng)筋之間的曲面部位形成光滑曲面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法，其特征在于：步驟（2）所述在平面板材上制備出相應(yīng)加強(qiáng)筋的制備方法為化銑加工或者機(jī)械銑加工。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法，其特征在于：步驟（5）所述加載的氣體壓力為0.1～3兆帕。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》屬于精密鈑金加工領(lǐng)域，涉及到一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法，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曲面加強(qiáng)筋板。該方法如下：①對(duì)鋁合金曲面加強(qiáng)筋板進(jìn)行平面展開(kāi)；②根據(jù)加強(qiáng)筋在平面展開(kāi)圖中的位置在板材上制備出相應(yīng)加強(qiáng)筋；③設(shè)計(jì)并加工鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形模具；④對(duì)鋁合金曲面加強(qiáng)筋板進(jìn)行熱壓成形；⑤對(duì)鋁合金曲面加強(qiáng)筋板進(jìn)行充氣校形。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》的采用熱壓成形 充氣校形組合工藝成形鋁合金曲面加強(qiáng)筋板，解決了此類零件在常規(guī)的冷沖壓或機(jī)械加工中尺寸精度和型面精度難以控制的問(wèn)題，改善了零件的表面質(zhì)量，避免了鑄造加工中超重問(wèn)題；先采用熱壓成形，可以有效避免冷成形工藝中回彈、起皺和開(kāi)裂等缺陷的產(chǎn)生；后采用充氣校形，保證了零件尺寸精度、型面精度以及表面質(zhì)量要求。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》要成形的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板，包括曲面鋁合金板以及曲面鋁合金板一面上的加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋縱橫交替且均勻分布，鋁合金板的另一面為光滑曲面。

以某鋁合金曲面加強(qiáng)筋板為優(yōu)選的方案示例，其形狀尺寸見(jiàn)圖1，零件材料為5A06鋁合金，外型面為錐形面，外形尺寸656毫米，小端圓弧R400，大端圓弧R500毫米。最厚部位在邊緣與加強(qiáng)筋，厚度為9毫米，最薄部位在加強(qiáng)筋之間厚度為3毫米。優(yōu)選的加強(qiáng)筋寬度5毫米-10毫米，高度4毫米～6毫米，橫縱各有3條，均勻分布。

具體的優(yōu)選方案按如下工藝步驟進(jìn)行：

步驟一，進(jìn)行平面展開(kāi)：根據(jù)鋁合金曲面加強(qiáng)筋板外形尺寸和加強(qiáng)筋相對(duì)位置，設(shè)計(jì)出熱壓成形所需板材厚度為10毫米～12毫米，根據(jù)弧長(zhǎng)464毫米（小圓端弧長(zhǎng)）和574毫米（大圓端弧長(zhǎng)）相等，板材尺寸為656毫米（下料長(zhǎng)度,即大圓端和小圓端的距離）、R2762毫米（R代表弧形幾何形狀，坯料小圓端的半徑是2762毫米）、R3417（R代表弧形幾何形狀，坯料大圓端的半徑是3417毫米），同理設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋在平面展開(kāi)圖中的位置，如圖2所示；

步驟二，加強(qiáng)筋的制備：如圖2所示，將板材銑成9毫米，而后根據(jù)加強(qiáng)筋在平面展開(kāi)圖中的位置在厚板上制備出相應(yīng)加強(qiáng)筋，并根據(jù)平面展開(kāi)圖加工出熱壓成形所需板材外形；

步驟三，設(shè)計(jì)成形模具：設(shè)計(jì)制作鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形模具時(shí)，要按照鋁合金曲面加強(qiáng)筋板尺寸進(jìn)行放大加工，放大系數(shù)選取為5‰；

步驟四，板材熱壓成形：將步驟三設(shè)計(jì)制備的熱壓成形模具加熱至460攝氏度～490攝氏度，把步驟二制備的板材放于熱壓成形模具上模1、下模4之間，如圖3所示。上模1上有通氣孔2與外界的氣源連接。上模1逐漸向下運(yùn)動(dòng)，速度為1毫米/秒～5毫米/秒，板材3在熱壓成形模具中逐漸變形，直至上模1和下模4合模完全，即板材3熱壓成形完畢；

步驟五，板材充氣校形：步驟四完成后，板材3與上模1之間形成一個(gè)密閉型腔，如圖4所示。通過(guò)上模1的通氣孔2將密閉型腔與外界氣源連通，按照設(shè)定的時(shí)間壓力加載曲線向密閉型腔通氣加壓校形，氣體壓力為0.8兆帕～1.2兆帕，使加強(qiáng)筋之間可能下陷的薄壁部位逐漸恢復(fù)。

采用此方法制備的鋁合金曲面加強(qiáng)筋板尺寸精度為±0.3毫米，型面精度±0.5毫米，表面粗糙度Ra3.2以下，比截至2017年3月相關(guān)方法制造成本降低10％以上，加工效率提高20％以上。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》還有一種優(yōu)選方案，在步驟（1）所述的熱壓成形所需平面板材厚度等于鋁合金曲面加強(qiáng)筋板最大壁厚，鋁合金曲面加強(qiáng)筋板加工效率比2017年3月相關(guān)方法提高30％以上。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》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攝氏度，可使鋁合金曲面加強(qiáng)筋板成形成本比2017年3月相關(guān)技術(shù)降低20％以上。

《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》還有一種優(yōu)選方案，在步驟（5）所述加載的氣體壓力為1～3兆帕，可使鋁合金曲面加強(qiáng)筋板成形尺寸精度提高到±0.2毫米以上，使航天飛行器有更優(yōu)異的氣動(dòng)外形，有利于航天飛行器的姿態(tài)控制。

2021年6月24日，《一種鋁合金曲面加強(qiáng)筋板熱壓成形方法》獲得第二十二屆中國(guó)專利銀獎(jiǎng)。 2100433B

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于鋁合金焊接拼板的薄壁曲面無(wú)模旋壓成形方法。該方法的步驟如下：(1)將軋制的鋁合金板材進(jìn)行固溶時(shí)效強(qiáng)化處理，然后采用攪拌摩擦焊接技術(shù)拼焊鋁合金板材；(2)對(duì)焊接板材進(jìn)行外環(huán)約束無(wú)模旋壓成形，將板材旋壓為錐形件；(3)再通過(guò)2～3個(gè)旋壓道次將錐形件擴(kuò)旋為曲面零件。本發(fā)明提出的基于鋁合金焊接板材的外環(huán)約束無(wú)模壓方法，能夠快速整體成形大規(guī)格曲面零件，解決現(xiàn)有軋制板材寬度有限的難題。同時(shí)，該方法可以保證焊接板材焊縫各區(qū)域材料的變形協(xié)調(diào)，獲得成形精度高、性能優(yōu)異的大規(guī)格薄壁曲面零件，而且旋壓件表面光滑，不產(chǎn)生起皺、破裂等缺陷。

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》涉及一種環(huán)形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法。

一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法專利目的

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》的目的在于提供一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中鋁合金高筒薄壁環(huán)件軋制時(shí)材料流動(dòng)難以控制、軋制容易出現(xiàn)軋偏和喇叭口、環(huán)件兩端壁厚尺寸較薄不能滿足技術(shù)要求等問(wèn)題。

一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法技術(shù)方案

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法，依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預(yù)軋環(huán)坯、終軋環(huán)件步驟，其特征在于：在沖孔步驟與預(yù)軋環(huán)坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環(huán)坯A進(jìn)行馬架擴(kuò)孔和平端面步驟，具體步驟如下：

（1）鐓粗、沖孔

將變形鋁合金棒材加熱到460℃～480℃鍛造溫度，進(jìn)行鐓粗、沖孔；

（2）馬架擴(kuò)孔、平端面

控制鍛錘的下壓力，每錘一次使所述沖孔后的環(huán)坯A變形量超過(guò)30%，旋轉(zhuǎn)環(huán)坯A90°后錘鍛，環(huán)坯A經(jīng)充分變形后其圓角3尺寸縮小至R<15毫米，該步驟終鍛溫度不低于360℃；

（3）預(yù)軋環(huán)坯

將步驟（2）處理后的環(huán)坯A1回爐加熱至460℃～480℃的鍛造溫度，裝入輾環(huán)機(jī)進(jìn)行預(yù)軋制，主輥固定轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥?zhàn)鰪较蜻M(jìn)給運(yùn)動(dòng)，第一階段：主輥的轉(zhuǎn)速為0.2～0.5弧度角/秒，主輥軋制力為300T～360T，芯輥的進(jìn)給速度為0.1～0.4毫米/秒，錐輥軋制力為40T；第二階段：主輥軋制力為400T，芯輥進(jìn)給速度為0.7毫米/秒，錐輥的軋制力為80T，錐輥的軸向進(jìn)給量為4.5毫米/分鐘；第三階段：環(huán)坯A達(dá)到尺寸要求后，保持芯輥穩(wěn)定，空轉(zhuǎn)主輥6～8圈后停轉(zhuǎn)；該步驟終鍛溫度不低于360℃；

（4）終軋環(huán)件

將步驟（3）處理后的環(huán)坯B回爐加熱至460℃～480℃的鍛造溫度，裝入輾環(huán)機(jī)進(jìn)行最終軋制，主輥轉(zhuǎn)速為為0.2～0.5弧度角/秒；環(huán)件咬入階段，主輥的軋制力為360T～400T，芯輥進(jìn)給速度為0.1～0.4毫米/秒，錐輥軸向固定，其軋制力為40T；穩(wěn)定軋制階段，主的軋制力為410T，芯輥進(jìn)給速度為0.6毫米/秒，錐輥轉(zhuǎn)速不變，其軋制力為110T，軸向進(jìn)給量為4毫米/分鐘；符合要求尺寸階段，使芯輥進(jìn)給速度從0.6毫米/秒減小至0毫米/秒，該步驟環(huán)件終鍛溫度不低于360℃。

優(yōu)選地，所述變形鋁合金的牌號(hào)為147的鋁合金棒。

步驟（2）中的馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A的高度按以下公式計(jì)算：H2=H1 △H2；其中，H1為預(yù)軋環(huán)坯B7的高度，H2為馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A高度，△H2=2～4%H1。

步驟（2）中的馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A的內(nèi)外徑按以下公式計(jì)算：（D1-D2-d1 d2）/（D1-d1）=30%～60%；其中，D1，d1為預(yù)軋環(huán)坯B的內(nèi)外徑，D2，d2為馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A的內(nèi)外徑。

步驟（3）中的預(yù)制環(huán)坯B的高度按以下公式計(jì)算：H1=H △H1；其中H1為預(yù)軋環(huán)坯B的高度，H為終軋環(huán)件的高度，△H1=2～4%H。

步驟（3）中的預(yù)制環(huán)坯B的內(nèi)外徑按以下公式計(jì)算：（D-d-D1 d1）/（D-d）=30%～50%；其中，D，d為終軋環(huán)件的內(nèi)外徑，D1，d1為預(yù)軋環(huán)坯B的內(nèi)外徑。

一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法有益效果

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》的有益效果：該發(fā)明所述的一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法，預(yù)軋步驟前再進(jìn)行一道馬架擴(kuò)孔、平端面的工序，將沖孔后的環(huán)坯圓角尺寸縮小至R<15毫米，使得軋制變形時(shí)材料能夠使圓角縮小至要求尺寸，從而解決了環(huán)件軸向變形材料分配難題；而且馬架工序之后，所述環(huán)坯鼓肚大幅減小，端面變厚，在外徑方向上環(huán)坯與主輥接觸面積增加，極大減少環(huán)坯沖孔后直接軋制的失穩(wěn)現(xiàn)象。