[发明专利]一种合金复杂构件形性一体化成形方法及成形装置

说明书

本发明公开了一种合金复杂构件形性一体化成形方法及成形装置，成形方法包括：在胚料上钻螺纹孔；先使胚料与模具型面贴合，后对胚料装夹固定；将阳极接头和阴极接头分别固定在胚料的两个螺纹孔处；使用电脉冲对变形后的胚料进行加热，在对胚料施加电脉冲的同时，振动发生器驱动振动平台带动模具和工件随机振动；停止电脉冲和振动，降温得到目标构件产品。本发明通过施加电脉冲和随机振动应力场，提高了胚料的溶质原子扩散速率、强化析出相均匀性、析出速度和析出数量，大幅度降低了构件回弹和残余应力，实现复杂构件的低成本、高效高质形性一体化制造。

技术领域

本发明涉及制造工程技术领域，特别地，涉及一种合金复杂构件形性一体化成形方法及成形装置。

背景技术

传统薄壁类构件制造技术，如压弯、滚弯、拉形、喷丸等，将构件的结构变形与微观组织演变进行了时空分离，结构变形与材料性能为不具相关性的控制目标。然而构件各部分尺寸及形状特征具有较大的差异性时，单一“形性”控制的传统成形方法易导致构件变形不均匀，性能不均匀，可靠性较差；对于室温成形变形抗力大的高温合金，甚至造成局部开裂。现有结合蠕变过程的时效成形方法可使构件在温度载荷和应力载荷作用下发生缓慢变形和时效强化，成形后的构件残余应力低，尺寸稳定性好。且通过调控辅助热力能场，可大幅缩短时效处理时间。1991年M.Sallah，J.Peddieson等首次将蠕变时效成形过程概念性地划分为3个阶段：

(1)加载阶段。在室温下，向铝合金构件上表面逐步施加适当的载荷，使铝合金构件发生变形，直至铝合金构件下表面与成形模具上表面紧密贴合，该变形量保持在材料弹性范围内。

(2)蠕变时效阶段。将铝合金构件与成形工装放入热压罐中，将温度升至时效温度，施加高温载荷并保持铝合金构件成形一定的时间。铝合金构件在此过程中发生蠕变、时效与应力松弛过程，三种机制交互作用，使得材料组织和性能发生较大变化，完成成形成性过程。

(3)卸载阶段。结束保温并去除施加在铝合金构件上的载荷，铝合金构件空冷至室温并自由回弹。由于蠕变时效与应力松弛的作用，铝合金构件中一部分弹性变形转变为永久塑性变形，使得卸载后铝合金构件保持一定形变。

但蠕变时效成形技术仍面临加载失稳，温度分布不均对性能均匀性造成的影响和生产效率低的问题，同时高温成性过程可能在溶质周围出现软化区，造成析出相分布不均，从而难以获得高服役性能。时效处理中是利用高温处理(热激活)形成强化相(析出硬化)达到制造构件的目的，而结合高温成性对于制备高性能大型复杂构件难度大，大型热处理炉比热容大热传导慢，构件温升慢，且铝合金强化相脱溶析出长大速率较慢，生产效率低，能耗高，如7xxx铝合金RRA处理时间为几天。现有成形方法受自身弹塑性特性的影响，卸载后回弹明显，精确控形难度大。因此基于传统热力能场驱动大型薄壁构件形、性演变的成形方式难以实现构件性能的进一步提升和高效精确形性一体化制造，迫切需要开发新的高精度高性能构件制造技术以满足高端装备制造业的发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合金复杂构件形性一体化成形方法及成形装置，以解决上述现有技术存在的问题。本发明通过施加电脉冲和振动应力场，提高溶质原子扩散速率、强化析出相均匀性、析出速度和析出数量，大幅度降低构件回弹和残余应力，实现复杂构件的低成本、高效高质形性一体化制造。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种合金复杂构件形性一体化成形装置，包括机座、振动平台、振动发生器、控制器、模具、交流电源和电脉冲处理装置；所述振动平台设置在所述机座的上方，并通过若干个弹簧与所述机座连接；所述振动发生器为与所述振动平台相连的多个，所述控制器用于驱动多个所述振动发生器带动所述振动平台振动；所述模具设置在所述振动平台上，模具型面上设置有用于对胚料进行限位的定位柱；所述电脉冲处理装置包括脉冲整流器、阳极接头和阴极接头，所述阳极接头和阴极接头分别用于与所述胚料的两端相接触；所述交流电源与所述控制器相连，所述控制器与所述振动发生器和脉冲整流器分别相连，所述脉冲整流器与所述阳极接头和阴极接头分别相连。