[发明专利]一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具

说明书

技术领域

本发明是一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具，属于金属材料热处理技术领域。

背景技术

铝锂合金焊接结构壁板一般用于飞机机身、机翼等高承载或交变载荷环境，为了保证使用寿命内的安全性，需要部件具有较高的强度、断裂韧性，以及良好的耐腐蚀性能。为了满足这些要求，铝锂合金焊接结构壁板一般采用T8态。但是T8态的铝锂合金，强度较高，延伸率较小，很难满足大曲率的成形要求；同时耐损伤、高寿命的设计目标对铝锂合金焊接结构壁板提出了更高的要求，现有的冷成形已经基本无法满足。

另外，为实现减重需求，飞机机翼、机身等部位采用焊接结构替代铆接结构，但受生产设备条件限制，壁板需要先进行焊接，然后才能再进行零件的成形加工。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法及模具，其目的是使成形的铝锂合金焊接结构壁板的强度、断裂韧度达到T8态要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明技术方案提供了一种铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法，其特征在于，该方法的步骤为：

⑴根据铝锂合金焊接结构壁板(5)需成形的形状设计模具，该模具的成型面(4)与铝锂合金焊接结构壁板(5)需成形的形状不相同，需包含“过弯量”，过弯量需根据焊接结构壁板(5)形面进行设计；

⑵通过机械加载的方式使铝锂合金焊接结构壁板(5)完全贴附并固定在模具的成型面(4)上，两者间隙小于0.05mm，铝锂合金焊接结构壁板(5)各处的弯曲程度应在弹性变形范围内；

⑶将装卡固定好的铝锂合金焊接结构壁板(5)和模具整体置于热环境(7)中，该热环境(7)的温度为100～120°C，热透后保温1～5小时，随后将热环境(7)温度提高至150～200°C，保温时间6～20小时后，空冷，温度降低至80°C后，对铝锂合金焊接结构壁板(5)进行卸载，使铝锂合金焊接结构壁板(5)自由回弹。

本发明技术方案还提供了一种用于所述铝锂合金焊接结构壁板的时效成形方法的模具，其特征在于：该模具包括一个上模体(1)和下模体(2)，铝锂合金焊接结构壁板(5)安装在上模体(1)和下模体(2)之间，下模体(2)的内腔中设置有模块(3)，模块(3)的上表面为根据铝锂合金焊接结构壁板(5)形状设计的成型面(4)，上模体(1)上设置有多个用于实现机械加载的加载螺栓(6)，加载螺栓(6)的下端顶压在铝锂合金焊接结构壁板(5)的上表面，使之与模块(3)的成型面(4)贴合。

本发明技术方案利用同时持续加热加压的方法，使铝锂合金焊接结构壁板发生应力时效效应，从而促进强化相的析出，提高整体壁板的强度、断裂韧度等性能；同时，使铝锂合金焊接结构壁板发生应力松弛，从而产生永久的变形。

在时效成形过程中，合金材料的时效过程是在有应力及应变的条件下进行，合金中的储能、空位浓度、位错分布因此而改变，因此时效成形的温度范围选取需要精确控制。保温时间不仅要保证合金时效充分，也要给合金材料足够的变形时间。

时效成形后，检查成形后的铝锂合金焊接结构壁板曲面变形情况，进行局部校形。

本发明的优点是：

1、实现了铝锂合金焊接结构大曲率整体壁板的成形，其原因在于，在整个成形过程中整体壁板的内部载荷一直低于铝锂合金的屈服强度，,而且永久变形是通过内部载荷在一定温度下发生的蠕变效应获得，这就有效的避免了通过冷塑性变形方式成形大曲率整体壁板过程中因T8态铝锂合金成形能力较弱而带来的整体壁板开裂等问题，实现了焊接结构大曲率整体壁板的成形。

2、保证了成形后零件力学性能、断裂韧度达到T8态要求，本发明方法适用性广，所涉及工艺操作简单，可直接用于工业化生产。

附图说明

图1为本发明技术方案所述模具的结构示意图

图2为本发明技术方案所述模具对铝锂合金焊接结构壁板进行加载的示意图

图3为本发明技术方案所述模具完成时效工艺后对铝锂合金焊接结构壁板卸载后的示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：