基于空间包络形变-热处理协同调控的薄壁构件制造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于空间包络形变

【技术实现步骤摘要】
基于空间包络形变
‑
热处理协同调控的薄壁构件制造方法


[0001]本专利技术涉及成形制造
，更具体地说，涉及一种基于空间包络形变
‑
热处理协同调控的薄壁构件制造方法。

技术介绍

[0002]高强铝合金薄壁构件具有比强度高和承载能力强等特点，为航空航天高端装备不可或缺的关键承载构件，其性能质量直接影响到整体装备的服役性能和使用寿命。为满足航空航天发展要求，提高航空航天飞行器的有效承载能力与航行里程，迫切需要实现薄壁构件的强韧化制造。目前，薄壁构件主要通过冲压技术加工制造，然而冲压过程金属塑性变形十分有限，成形构件内部晶粒组织很难得到充分细化，因而直接影响了薄壁构件的强韧性。若采用整体锻造成形，构件中易产生变形死区，导致变形抗力大，模具损害严重，同时厚度较小的薄壁构件不能成形。因此，亟需新的加工技术实现薄壁构件的高强韧化制造。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于空间包络形变
‑
热处理协同调控的薄壁构件制造方法，能够控制加工制造薄壁构件组织均匀细化，同时大幅提升强韧性。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于空间包络形变
‑
热处理协同调控的薄壁构件制造方法，包括以下步骤：
[0005]S1、坯料设计：坯料材料为7075高强铝合金，为保证薄壁构件包络成形均匀性，坯料设计为上表面呈波浪形的圆柱料，上表面波谷位于圆柱料圆心和边缘处，波峰位于1/2半径处；<br/>[0006]S2、高温短时间加热软化退火：将坯料快速加热至460℃
‑
480℃，保温2min左右，直接炉冷至250℃左右，出炉风冷实现软化退火。为保证7075高强铝合金室温塑性，坯料软化退火后室温延伸率达到20％，屈服强度达到100MPa以下；
[0007]S3、多自由度包络成形：将软化退火坯料置于凹模型腔内，凹模带动坯料沿轴向作进给运动，六个并联连杆驱动锥形上模作多自由度空间运动，坯料在锥形上模多自由度连续局部多道次辗压作用下产生轴向压缩和径向伸长变形，直至薄壁构件近净成形。六个并联连杆任意一点N
i
(i＝1,2
……
)的运动控制方程如方程(1)所示：
[0008]T(α,β,γ,x,y,z)＝R(α,β,γ)N
i
+P(x,y,z)
ꢀꢀ
(1)
[0009]式中，T(α,β,γ,x,y,z)为复合运动变换矩阵，R(α,β,γ)为锥形上模动平台绕XYZ坐标系顺序旋转矩阵，α、β、γ分别为动坐标系绕X轴、Y轴、Z轴旋转角度；P(x,y,z)为锥形上模动平台沿XYZ坐标系平移矩阵，x、y、z分别为动坐标系沿X轴、Y轴、Z轴平移量；
[0010]S4、模具参数设计：为增大薄壁构件包络成形金属切向流动，促进其组织均匀细化，锥形上模锥角≥2
°
，凹模每转进给量为x/n，其中x为多自由度包络成形总变形量，n≥15，n值根据构件壁厚来确定，构件壁厚越大，n值越大；
[0011]S5、多自由度包络变形量控制：为避免薄壁构件热处理晶粒异常长大和力学性能
剧烈降低，薄壁构件多自由度包络变形量控制在20％以下或者40％以上，避开20％
‑
40％这一变形量数值区间；
[0012]S6、多自由度包络成形薄壁构件热处理：将多自由度包络成形薄壁构件进行固溶时效热处理，固溶处理温度为465℃
‑
495℃，保温时间≥20min，固溶保温时间根据薄壁构件尺寸具体确定，时效处理温度为115℃
‑
125℃，保温时间为24h。
[0013]按上述方案，在所述步骤S2前，软化退火坯料浸入60℃猪油+MoS2混合物润滑处理，晾凉后直接进行多自由度包络成形。
[0014]按上述方案，在所述步骤S6中的固溶时效热处理前，多自由度包络成形薄壁构件通过常温酒精+纯碱溶液快速清洗烘干，去掉薄壁构件表面油污。
[0015]本专利技术原理如下：
[0016]多自由度空间包络成形是一种连续局部塑性成形工艺，可以直接高效成形薄壁构件，产品精度高，表面质量好。更重要的是，多自由度空间包络成形可以通过剧烈剪切变形细化晶粒组织，获得连续合理的金属流线，同时通过成形形变与热处理组织协同作用，大幅提高最终薄壁构件的强韧性。
[0017]实施本专利技术的基于空间包络形变
‑
热处理协同调控的薄壁构件制造方法，具有以下有益效果：
[0018]1、本专利技术通过对高强铝合金板坯进行多自由度包络成形，实现薄壁构件的室温近净成形，成形精度高，表面质量好，同时通过引入剧烈剪切变形，显著细化构件内部晶粒组织。
[0019]2、本专利技术通过多自由度包络形变与热处理微观组织协同调控，使得形变细化组织有效遗传至热处理组织中，实现薄壁构件强韧性同时大幅提升。
[0020]3、本专利技术制造的性能最优薄壁构件晶粒尺寸≤15μm，室温抗拉强度≥560MPa，延伸率≥17％，实现了组织性能同步优化和良好匹配。
附图说明
[0021]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0022]图1是坯料示意图；
[0023]图2是室温空间包络成形示意图；
[0024]图3是采用本专利技术方法制造的7075铝合金薄壁构件晶粒形态示意图；
[0025]图4是采用本专利技术方法制造的7075铝合金薄壁构件晶粒平均尺寸数据示意图；
[0026]图5是采用本专利技术方法制造的7075铝合金薄壁构件力学性能数据示意图。
具体实施方式
[0027]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0028]本专利技术基于空间包络形变
‑
热处理相变协同调控的高强韧薄壁构件制造方法包括以下步骤：
[0029]S1、坯料设计：本实施例中所用的坯料为上表面呈波浪形的7075铝合金圆柱料，如图1所示，经过有限元精准计算，坯料底面直径D＝80mm，侧面高度H＝10mm，波峰与波谷高度
差H
’
＝2mm，该尺寸参数设计可以保证薄壁构件室温多自由度包络成形均匀性；
[0030]S2、高温短时间加热软化退火：将S1设计的坯料快速加热至470℃，保温2min，直接炉冷至250℃，出炉风冷；
[0031]S3、多自由度包络成形：如图2所示，将S2软化退火坯料置于凹模型腔内，凹模带动坯料沿轴向作进给运动，六个并联连杆驱动锥形上模作多自由度空间运动，坯料在锥形上模多自由度连续局部多道次辗压作用下产生轴向压缩和径向伸长变形，直至薄壁构件近净成形。六个并联连杆任意一点N
i
(i＝1,2
……
)的运动控制方程如方程(1)所示：
[0032]T(α,β,γ,x,y,z)＝R(α,β,γ)N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间包络形变
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热处理协同调控的薄壁构件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、坯料设计为上表面呈波浪形的圆柱料，上表面波谷位于圆柱料圆心和边缘处，波峰位于1/2半径处；S2、将坯料快速加热至460℃
‑
480℃，保温2min左右，直接炉冷至250℃左右；S3、多自由度包络成形：将软化退火坯料置于凹模型腔内，凹模带动坯料沿轴向作进给运动，六个并联连杆驱动锥形上模作多自由度空间运动，坯料在锥形上模多自由度连续局部多道次辗压作用下产生轴向压缩和径向伸长变形，直至薄壁构件近净成形；六个并联连杆任意一点N
i
(i＝1,2
……
)的运动控制方程如方程(1)所示：T(α,β,γ,x,y,z)＝R(α,β,γ)N
i
+P(x,y,z)
ꢀꢀ
(1)式中，T(α,β,γ,x,y,z)为复合运动变换矩阵，R(α,β,γ)为锥形上模动平台绕XYZ坐标系顺序旋转矩阵，α、β、γ分别为动坐标系绕X轴、Y轴、Z轴旋转角度；P(x,y,z...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，华林，胡轩，郑方焱，庄武豪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：