[发明专利]薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法及系统

说明书

本发明为薄壁构件变速充液‑超声‑激光复合成形方法及系统，用于金属或复合材料超深腔复杂特征构件成形，利用超声振动耦合被动式充液成形技术成形超深腔特征、激光耦合高速充液成形技术成形复杂小特征，此方法可以有效地提高薄壁构件的成形极限、成形质量及复杂程度，减少在成形过程中出现的破裂和起皱等缺陷。在航空航天、汽车等高速运载领域，尤其是具有多个复杂特征的超深腔薄壁构件的一体化成形方面具有广阔的应用前景，极大的提高了板材的成形性能，填补了超深腔构件成形领域的空白，拓宽了成形构件的复杂程度，改善了成形质量。

技术领域

本发明属于金属或复合材料板材成形技术领域，具体涉及一种超深腔复杂薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法及系统。

背景技术

随着社会和科技的发展，尤其是近年来航空航天、汽车等高速运载领域的发展，对于超深腔复杂薄壁构件的需求越来越迫切，超深腔复杂薄壁构件是一类具有复杂小特征与超深腔特征耦合的典型构件，其成形难度高，且现有技术很难达到所需成形极限、成形质量不达标。

金属或复合材料超深腔复杂薄壁构件的精确成形主要存在两方面的问题：其一是在成形超深腔特征的过程中会出现破裂和起皱等问题导致成形高度达不到设计高度（零件设计图上最高面和最低面之间的高度差）；其二是薄壁构件的复杂特征成形难度大，目标形状不易成形到位（构件通过一系列手段成形后的形状与设计图上标注的形状不同），在成形过程中需要较大的成形压力，并且特征周围坯料不易流动，易发生破裂缺陷。如何满足超深腔复杂薄壁构件的高质量、高效率成形制造要求，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种超深腔复杂薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法及系统。本发明针对金属或复合材料超深腔复杂薄壁构件的成形提出一种利用超声振动耦合被动式充液成形技术成形超深腔特征、激光耦合高速充液成形技术成形复杂小特征的新成形方法，此方法可以有效地提高薄壁构件的成形极限、成形质量及复杂程度，减少在成形过程中出现的破裂和起皱等缺陷。

本发明利用变速充液成形技术，即通过被动式充液成形耦合高速充液成形可以实现在同一台成形设备上同时成形超深腔特征和复杂小特征。在成形超深腔特征时利用超声效应软化板材，改善板材应力状态，降低成形过程板材加工硬化，提高成形极限。同时耦合被动式充液成形所具有的 “溢流润滑”、“摩擦保持”效应及厚向应力作用，解决了超深腔薄壁构件成形极限大、易破裂及法兰处起皱影响成形质量的问题。此外，在成形薄壁构件复小杂特征时，利用激光热效应软化金属或复合材料板材，提高其变形性能，同时耦合高速充液成形技术，使复杂小特征在高速变形下具有更高的成形极限和均匀性，解决了复杂小特征成形不到位和由于流料困难发生破裂的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法，用于金属或复合材料超深腔复杂薄壁构件成形，所述的成形方法步骤包括：

1）将凸模、凹模安装在液压设备上，测试液压设备运行情况，对凸模液室和凹模液室进行清理，将凸模液室和凹模液室内的各种杂质如金属碎屑等清理干净，通过凹模上的凹模注液口向凹模液室内注入液体，注入液体液面高度达到凹模法兰面即可停止注液；

2）将板材坯料定位放置在凹模法兰面上，控制压边圈下行合模，通过压边力将板材压紧，板材在压边力和O型密封圈的作用下将凹模液室密封防止液体泄露；

3）凸模按照设定的速度下行至板材上表面后，凸模和压边圈上的超声振动装置开始产生机械振荡，通过凸模和压边圈将机械振荡传递给板材产生超声软化效应，凸模继续下行，板料在液室压力的作用下贴紧凸模，并且在超声软化作用下通过被动式充液成形技术逐渐成形为超深腔薄壁构件，板材超深腔特征形成；