【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属板材成形，特别是涉及一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置及方法。
技术介绍
1、铝合金具有较高的比强度和比刚度，是航空航天、汽车等领域重要的轻量化材料，被广泛地用于制造火箭燃料贮箱、飞机蒙皮和汽车防撞梁等轻质高强薄壁构件；铝合金在常温下塑性变形的能力有限，难以满足复杂形状薄壁构件对材料强度和塑性变形能力双重的要求。近年来，研究发现在超低温条件下铝合金表现出的延伸率与硬化指数同时大幅提高的“双增效应”，基于此发展起来的超低温成形技术能够使铝合金成形极限与强度共同提高，是一种极具应用前景的铝合金塑性成形技术。
2、在铝合金薄壁零件塑性成形中，由于不同位置形状差异而使材料变形呈现不均匀分布，这种变形不均匀导致零件内部存在残余应力，卸载后零件将产生一定的回弹，影响最终零件的形状精度；在超低温成形中，铝合金具有更高的变形抗力，使残余应力诱发零件变形的风险更加显著，目前对超低温成形的研究主要集中在机理和工艺本身，尚缺少一种将超低温成形与低残余应力制造相结合的工艺路线。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置及方法，用于解决在现有的超低温成形技术中，铝合金具有更高的变形抗力，使残余应力诱发零件变形的风险更加显著的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，包括环境箱，所述环境箱的内部
4、于本专利技术的一实施例中，所述环境箱的底端还开设有冷却介质注入口和冷却介质排出口，所述冷却介质注入口处安装有冷却介质注入管，所述冷却介质排出口处安装有冷却介质排出管，该技术方案中的冷却介质注入管能够将冷却介质注入至环境箱内，冷却介质排出管可以将冷却介质从环境箱内排出。
5、一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，基于所述低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，包括以下步骤：对铝合金板进行处理，根据处理结果获得固溶态铝合金板；将所述固溶态铝合金板与成形模具放入环境箱中，从冷却介质注入口中通入超低温介质，对所述固溶态铝合金板和模具进行冷却并保温，使固溶态铝合金板和模具完全冷却至超低温介质温度；然后对弯曲凸模进行加压，完成铝合金材料的超低温成形，从而得到铝合金零件，并保持合模状态；
6、保持模具合模状态，打开冷却介质排出口，迅速排出超低温介质；然后从热介质注入口中通入热介质，使模具和铝合金零件的温度快速上升并保温，使铝合金零件和模具完全升温至热介质温度；继续保持模具合模状态，打开热介质排出口，排出热介质；然后打开环境箱，待铝合金零件和模具空冷到室温后，打开模具进行卸载，取出铝合金零件。
7、于本专利技术的一实施例中，所述对铝合金板进行处理，根据处理结果获得固溶态铝合金板，包括：对铝合金板进行固溶和淬火处理，根据固溶和淬火处理结果获得固溶态铝合金板。
8、于本专利技术的一实施例中，在所述对铝合金板进行固溶和淬火处理，根据固溶和淬火处理结果获得固溶态铝合金板之后，还可以将固溶态铝合金板放入低温冷冻环境下保存并转移。
9、于本专利技术的一实施例中，所述对铝合金板进行固溶和淬火处理，根据固溶和淬火处理结果获得固溶态铝合金板，并将所述固溶态铝合金板放入低温冷冻环境下保存并转移，包括：将热处理炉加热到520℃后放入6061铝合金试样并保温1h，之后取出并进行室温水冷淬火，从而得到固溶态6061铝合金板，将所述固溶态6061铝合金板放入低温冷冻环境(约-20℃)下保存并转移，其中，所述铝合金板为3mm厚的6061铝合金试样。
10、于本专利技术的一实施例中，所述将固溶态铝合金板与成形模具放入环境箱中，从冷却介质注入口中通入的超低温介质为液氮，然后对所述固溶态铝合金板和模具进行冷却，之后在液氮中浸泡15min，使所述固溶态铝合金板和模具完全冷却至液氮温度(-196℃)。
11、于本专利技术的一实施例中，所述从热介质注入口中通入的热介质为沸水，使模具和铝合金零件的温度快速上升，并保持铝合金零件和模具在沸水中浸泡15min，使其完全升温至沸水温度(100℃)。
12、如上所述，本专利技术的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置及方法，具有以下有益效果：本专利技术中的铝合金板首先在超低温条件下完成成形，得到铝合金零件，之后保持合模状态，将环境箱中的超低温介质迅速排空，并注入热介质，将环境温度由超低温迅速提升到一个低于时效温度的水平，经过短暂保温使温度均匀化后，排出热介质，使铝合金零件和模具冷却到室温，最后进行卸载，取出铝合金零件；所以本专利技术通过将合模状态下的模具和铝合金零件由超低温迅速升温，并进行短暂保温和冷却处理，利用钢质模具和铝合金零件热膨胀系数的差异，在升温-保温-降温过程中使得坯料发生微小且均匀的塑性变形，从而使超低温成形后的残余应力更加均匀，显著减小卸载后零件回弹的风险。
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1.一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，其特征在于：包括环境箱(1)，所述环境箱(1)的内部底侧设有弯曲凹模(8)，所述弯曲凹模(8)的上方设有位于所述环境箱(1)内的弯曲凸模(9)，所述弯曲凹模(8)和弯曲凸模(9)之间可设有待成形的固溶态铝合金板(10)，所述弯曲凸模(9)的顶端设有压杆(2)，所述压杆(2)的顶端穿过所述环境箱(1)并延伸至环境箱(1)外，所述环境箱(1)的底端开设有热介质注入口和热介质排出口，所述热介质注入口处安装有热介质注入管(7)，所述热介质排出口处安装有热介质排出管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，其特征在于：所述环境箱(1)的底端还开设有冷却介质注入口和冷却介质排出口，所述冷却介质注入口处安装有冷却介质注入管(4)，所述冷却介质排出口处安装有冷却介质排出管(6)。
3.一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：基于权利要求1-2任一项所述的低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种低残余应力铝合金薄
5.根据权利要求4所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：在所述对铝合金板进行固溶和淬火处理，根据固溶和淬火处理结果获得固溶态铝合金板(10)之后，还可以将所述固溶态铝合金板(10)放入低温冷冻环境下保存并转移。
6.根据权利要求5所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：所述对铝合金板进行固溶和淬火处理，根据固溶和淬火处理结果获得固溶态铝合金板(10)，并将所述固溶态铝合金板(10)放入低温冷冻环境下保存并转移，包括：
7.根据权利要求3所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：所述将固溶态铝合金板(10)与成形模具放入环境箱(1)中，从冷却介质注入口中通入的超低温介质为液氮，然后对所述固溶态铝合金板(10)和模具进行冷却，之后在液氮中浸泡15min，使所述固溶态铝合金板(10)和模具完全冷却至液氮温度(-196℃)。
8.根据权利要求3所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：所述从热介质注入口中通入的热介质为沸水，使模具和铝合金零件的温度快速上升，并保持铝合金零件和模具在沸水中浸泡15min，使其完全升温至沸水温度(100℃)。
...【技术特征摘要】
1.一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，其特征在于：包括环境箱(1)，所述环境箱(1)的内部底侧设有弯曲凹模(8)，所述弯曲凹模(8)的上方设有位于所述环境箱(1)内的弯曲凸模(9)，所述弯曲凹模(8)和弯曲凸模(9)之间可设有待成形的固溶态铝合金板(10)，所述弯曲凸模(9)的顶端设有压杆(2)，所述压杆(2)的顶端穿过所述环境箱(1)并延伸至环境箱(1)外，所述环境箱(1)的底端开设有热介质注入口和热介质排出口，所述热介质注入口处安装有热介质注入管(7)，所述热介质排出口处安装有热介质排出管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，其特征在于：所述环境箱(1)的底端还开设有冷却介质注入口和冷却介质排出口，所述冷却介质注入口处安装有冷却介质注入管(4)，所述冷却介质排出口处安装有冷却介质排出管(6)。
3.一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：基于权利要求1-2任一项所述的低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形装置，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种低残余应力铝合金薄壁构件的超低温成形方法，其特征在于：所述对铝合金板进行处理，根据处理结果获得固溶态铝合金板(10)，...
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