[发明专利]一种大尺寸小特征曲面件局部超低温成形方法

说明书

本发明公开一种大尺寸小特征曲面件局部超低温成形方法，包括以下步骤：一，板材放在凹模上，闭合压边圈并施加设定压边力，使所述压边圈压紧板材；二，凸模下行，驱动板材在凸模和凹模作用下成形出宏域大曲面；三，将需要成形局部特征的板坯冷却至低于‑120℃的设定温度；四，凸模继续下行，使已冷却的局部特征区域板坯在凸模和凹模作用下完全贴合型面，成形出小特征；五，开模取出成形好的大尺寸小特征曲面件。通过特征区域局部深冷，改善危险区域成形性，解决了尖锐棱角或局部特征常温成形易开裂的难题；可使成形局部特征板坯始终在超低温度条件下发生变形，避免了局部特征区域在宏域大曲面成形过程就发生开裂；显著提高成形效率和降低生产成本。

技术领域

本发明涉及板件成形技术领域，特别是涉及一种大尺寸小特征曲面件局部超低温成形方法。

背景技术

铝合金因具有高比强度和良好的抗腐蚀性能，被广泛应用于航天、航空和汽车领域的主体结构材料。在很多重要运载装备的结构质量占比达到50％以上，如运载火箭、飞机和新能源汽车。为进一步减重和提高可靠性，需求轻质高强铝合金整体结构代替传统的多块分体拼焊结构，出现了一类在大尺寸空间曲面上具有尖锐棱角或局部特征的大尺寸小特征曲面件，如新能源汽车覆盖件、高铁车头棱线件、新型飞机舱门和蒙皮类构件、火箭/卫星桁条件等。

曲面件一般都是通过冲压成形，根据曲面件形状复杂程度，选择不同的冲压工艺，如拉深、胀形、压制等。对于宏域大曲面，通过冲压通常都能有效成形，但对于尖锐棱角或局部特征都存在成形极限。铝合金曲面件的局部圆角与厚度之比往往小于3.0。此类新型的具有小特征的大尺寸曲面件，局部圆角或棱角与厚度之比甚至接近1.0。由于高强铝合金常温成形性更差，极易在尖锐棱角或局部特征区域发生开裂缺陷。

近年，为解决铝合金常温成形差、易开裂的问题，发展起来了具有变革性的超低温成形技术。利用铝合金在超低温条件下成形性能大幅提高的特性，通过超低温介质将坯料冷却到超低温后再成形，显著提高复杂形状曲面件的成形极限。现有报道的超低温成形技术主要是将模具全部放入低温箱或浸泡在低温介质中，但存在大尺寸模具冷却效率低、不便于操作的问题。也有通过超低温介质将模具冷却后间接冷却板坯，但难以将大尺寸模具冷却至较低温度，仍无法解决大尺寸小特征曲面件整体成形开裂的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大尺寸小特征曲面件局部超低温成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，使小特征区域板坯在超低温条件下发生变形，避免宏域大曲面局部小特征构件成形开裂、大尺寸模具难以整体冷却至超低温的问题，提高大尺寸小特征曲面件成形极限和生产效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种小特征曲面件局部超低温成形方法，通过特征区域局部深冷，常温成形宏域大曲面、超低温成形局部小特征，包括以下步骤：

步骤一，板材放在凹模上，闭合压边圈并施加设定压边力，使所述压边圈压紧板材；

步骤二，凸模下行，驱动板材在凸模和凹模作用下成形出宏域大曲面；

步骤三，将需要成形局部特征的板坯冷却至低于-120℃的设定温度；

步骤四，凸模继续下行，使已冷却的局部特征区域板坯在凸模和凹模作用下完全贴合型面，成形出小特征；

步骤五，开模取出成形好的大尺寸小特征曲面件。

优选地，在所述步骤一之前，将成形局部特征的凸模区域冷却至低于-120℃的设定温度，使成形局部特征板坯始终在超低温度条件下发生变形。

优选地，在所述步骤一之前，在成形局部特征的凹模型腔内充填超低温介质，使板坯在需要成形局部特征前接触超低温介质直至冷却到设定的温度，随后成形局部特征。

优选地，所述步骤三中，通过成形局部特征的凸模区域直接喷淋超低温介质，使板坯冷却至设定的超低温度。

优选地，所述超低温介质为液氮、液氩或液氦。