[发明专利]基于气压加载的振动蠕变复合时效渐进成形的方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于气压加载的振动蠕变复合时效渐进成形的方法和装置，根据优化的渐进成形路径，通过高度可调的多点式工具头实时构造模具型面，调节气源改变气压，保证筋板件每次与所构造的模具型面贴合；并利用专用温控箱对每次贴合后的筋板件实施振动蠕变复合时效成形，直到成形面的回弹率ΔK/H不大于ε时，成型结束并获得最终成形面。本方法通过实时构造形变曲面和引入低频振动来实现时效成形中筋板件的渐进成形和形性调控，不仅避免了多套模具加工、安装与调试过程，在释放成形中内应力的同时，还增加了材料内位错数量、强化晶粒，达到缩短时效时间、降低回弹、增强晶粒分布均匀性和提升筋板件尺寸稳定性目的。

技术领域

本发明属于金属板件时效成形技术领域，涉及了一种筋板件曲面成形的方法和装置，更具体地说，是一种基于气压加载的振动蠕变复合时效渐进成形的方法和装置，特别适用于大型筋板件、薄板件或复杂曲面构件的快速、精确成形和高质量成性。

背景技术

筋板件在飞机、汽车、高铁等产品的部件上有着广泛的应用。蠕变时效成形是一种一次成型技术，它是利用筋板件发生蠕变变形而获得的相应形状和性能的一种方法。与传统的成型方法相比，采用蠕变时效成形方法成形筋板件，可减少裂纹形成率、提高板件的成形精度和抗腐蚀能力。然而，该技术无法将筋板件的弹性形变全部转化为塑性形变，使得成形后的筋板件始终存在一定的回弹量，尤其在薄型筋板件、大型整体壁板上的回弹更大，严重影响其成形精度；再者，纯蠕变时效成形会花费较长的高温热处理时间和较长的模具修型周期，从而导致不必要的经费浪费。因此，工业上通常对蠕变时效成形前或蠕变时效成形后的筋板件进行振动处理，目的是为了消减成形过程中产生的残余应力，保证筋板件尺寸的最终稳定性。但是实践发现：先蠕变时效后振动或先振动后蠕变时效的单步顺序操作法仍然存在较长的蠕变时效时间和变形后内应力分布不均匀、残余应力消除不彻底等问题，这种单步顺序操作法的残余应力消除率一般只能达到30％～50％，很难实现筋板件的精确成形。可见，单步顺序操作法不能满足实际需要，若能基于上述蠕变时效一次成型在性能和回弹方面的缺点提出一种复合工艺，使得成形后的筋板件残余应力消除率达到80％以上，回弹率尽可能小，而且还能提高筋板件综合力学性能，缩短其成形时间，已成为现代制造行业迫切需要的技术。

发明内容

为了解决筋板件时效成形时间长、试模次数多，且成形后回弹量大、内应力分布不均、残余应力消除不彻底、晶粒颗粒大等问题，本发明提供了一种基于气压加载的振动蠕变复合时效渐进成形的方法和装置，根据SVR支持向量机理论和回弹补偿原理，优化筋板件的渐进成形路径，利用特制的工具头可在竖直方向上实现精度为0.1mm的进给，实时构造出每一个成形路径的模具型面，然后，调节气源改变气压，保证筋板件每次与所构造的模具型面贴合，并利用专用温控箱对每次贴合后的筋板件实施振动蠕变复合时效成形，由于在优化渐进成形路径中对筋板件的回弹量进行了补偿计算，使得每一步因回弹造成的形状误差得到削弱，又由于在每一步成形中引入了低频振动，使得筋板件具有更大的振动位移，组织内的位错数量逐渐增多并趋于稳定位置，而蠕变时效使筋板件发生应力松弛，组织内晶粒得到细化，从而达到了提高筋板件综合性能和型面精度的双重效果，多点模具成形的形变曲面在卸载并发生回弹后即为筋板件的最终成形面。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现：

一种基于气压加载的振动蠕变复合时效渐进成形的方法的具体步骤如下：

(A)筋板件放置于真空袋内，气管插入真空袋中，密封真空袋，用压条将筋板件和真空袋一起装夹并牢固，固定后的筋板件处于专用温控箱内的多点模具上的正中间位置；

(B)根据渐进成形路径第1次调节工具头，构造成形用的模具型面，同时调节气管的吸气口，使吸气口上表面不高于所构造的模具型面最底端；

(C)调节真空泵的气源气压，通过气管从真空袋内部抽真空，使筋板件与工具头所构造的第1次模具型面贴合；