一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》属于精密钣金加工领域，涉及一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的铝合金曲面加强筋板。

铝合金因具有优异的使用性能，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域应用十分广泛。在航空航天领域，铝合金曲面加强筋板类零部件产品的整体化、轻量化程度越来越高，制造精度要求也越来越高。在板料成形领域，铝合金曲面加强筋板常用制造方法主要有冷压成形和铸造成形两种。冷压成形不但尺寸精度难以达到要求，型面精度也难以控制，通常后续需要大量的手工校形，成形周期长，并且容易产生回弹、起皱和开裂等缺陷。另外，在冷成形过程中，壁厚不均匀会导致加强筋之间壁薄部分下陷。铸造成形方法受材料种类限制，铝合金曲面加强筋板类零件铸造困难，后续仍需要大量机械加工，加工成本高，制备周期长。

图1为铝合金曲面加强筋板示意图；

图2为热压成形铝合金曲面加强筋板所需板材示意图；

图3为铝合金曲面加强筋板热压成形模具示意图；

图4为铝合金曲面加强筋板热压、充气过程示意图。

2021年6月24日，《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》获得第二十二届中国专利银奖。 2100433B

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》属于精密钣金加工领域，涉及到一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的铝合金曲面加强筋板。该方法如下：①对铝合金曲面加强筋板进行平面展开；②根据加强筋在平面展开图中的位置在板材上制备出相应加强筋；③设计并加工铝合金曲面加强筋板热压成形模具；④对铝合金曲面加强筋板进行热压成形；⑤对铝合金曲面加强筋板进行充气校形。

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》的采用热压成形 充气校形组合工艺成形铝合金曲面加强筋板，解决了此类零件在常规的冷冲压或机械加工中尺寸精度和型面精度难以控制的问题，改善了零件的表面质量，避免了铸造加工中超重问题；先采用热压成形，可以有效避免冷成形工艺中回弹、起皱和开裂等缺陷的产生；后采用充气校形，保证了零件尺寸精度、型面精度以及表面质量要求。

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》要成形的铝合金曲面加强筋板，包括曲面铝合金板以及曲面铝合金板一面上的加强筋，加强筋纵横交替且均匀分布，铝合金板的另一面为光滑曲面。

以某铝合金曲面加强筋板为优选的方案示例，其形状尺寸见图1，零件材料为5A06铝合金，外型面为锥形面，外形尺寸656毫米，小端圆弧R400，大端圆弧R500毫米。最厚部位在边缘与加强筋，厚度为9毫米，最薄部位在加强筋之间厚度为3毫米。优选的加强筋宽度5毫米-10毫米，高度4毫米～6毫米，横纵各有3条，均匀分布。

具体的优选方案按如下工艺步骤进行：

步骤一，进行平面展开：根据铝合金曲面加强筋板外形尺寸和加强筋相对位置，设计出热压成形所需板材厚度为10毫米～12毫米，根据弧长464毫米（小圆端弧长）和574毫米（大圆端弧长）相等，板材尺寸为656毫米（下料长度,即大圆端和小圆端的距离）、R2762毫米（R代表弧形几何形状，坯料小圆端的半径是2762毫米）、R3417（R代表弧形几何形状，坯料大圆端的半径是3417毫米），同理设计出加强筋在平面展开图中的位置，如图2所示；

步骤二，加强筋的制备：如图2所示，将板材铣成9毫米，而后根据加强筋在平面展开图中的位置在厚板上制备出相应加强筋，并根据平面展开图加工出热压成形所需板材外形；

步骤三，设计成形模具：设计制作铝合金曲面加强筋板热压成形模具时，要按照铝合金曲面加强筋板尺寸进行放大加工，放大系数选取为5‰；

步骤四，板材热压成形：将步骤三设计制备的热压成形模具加热至460摄氏度～490摄氏度，把步骤二制备的板材放于热压成形模具上模1、下模4之间，如图3所示。上模1上有通气孔2与外界的气源连接。上模1逐渐向下运动，速度为1毫米/秒～5毫米/秒，板材3在热压成形模具中逐渐变形，直至上模1和下模4合模完全，即板材3热压成形完毕；

步骤五，板材充气校形：步骤四完成后，板材3与上模1之间形成一个密闭型腔，如图4所示。通过上模1的通气孔2将密闭型腔与外界气源连通，按照设定的时间压力加载曲线向密闭型腔通气加压校形，气体压力为0.8兆帕～1.2兆帕，使加强筋之间可能下陷的薄壁部位逐渐恢复。

采用此方法制备的铝合金曲面加强筋板尺寸精度为±0.3毫米，型面精度±0.5毫米，表面粗糙度Ra3.2以下，比截至2017年3月相关方法制造成本降低10％以上，加工效率提高20％以上。

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》还有一种优选方案，在步骤（1）所述的热压成形所需平面板材厚度等于铝合金曲面加强筋板最大壁厚，铝合金曲面加强筋板加工效率比2017年3月相关方法提高30％以上。

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》还有一种优选方案，在步骤（4）所述的超塑成形温度为420～460摄氏度，可使铝合金曲面加强筋板成形成本比2017年3月相关技术降低20％以上。

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》还有一种优选方案，在步骤（5）所述加载的气体压力为1～3兆帕，可使铝合金曲面加强筋板成形尺寸精度提高到±0.2毫米以上，使航天飞行器有更优异的气动外形，有利于航天飞行器的姿态控制。

一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法专利目的

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》的技术解决问题：提供一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，它能克服2017年3月相关技术加工的零件整体性差、外形精度控制困难或成本较高的缺点，能有效地保证铝合金曲面加强筋板的精密成形。成形出的铝合金曲面加强筋板零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高，并且成形周期较短，加工成本较低。

一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法技术方案

《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》步骤如下：

（1）根据需要成形的铝合金曲面加强筋板外形尺寸和加强筋位置，确定出热压成形所需的平面板材厚度、板材尺寸以及加强筋在平面板材上的位置；

（2）根据加强筋在平面板材上的位置，在平面板材上制备出相应加强筋，并根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的平面展开图加工出成形所需板材外形；

（3）根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸，制作铝合金曲面加强筋板热压成形模具，然后按照铝合金曲面加强筋板尺寸对热压成形模具的型腔进行适当放大加工；

（4）将步骤（3）制作的热压成形模具加热至热压成形温度后，把步骤（2）制备的板材放于热压成形模具的型腔内即上模和下模之间，上模逐渐向下模运动，板材在热压成形模具型腔内逐渐变形，直至上模和下模闭合即合模完全，板材热压成形完毕；

（5）步骤（4）完成后，步骤（4）热压成形后板材与上模之间形成一个密闭型腔，上模设有通气孔，通气孔连接型腔内和外界，通过上模的通气孔将密闭型腔与外界气源连通，按照设定的随时间变化的压力向密闭型腔通气加压校形，使铝合金曲面加强筋板加强筋之间的曲面部位形成光滑曲面。

步骤（1）所述的热压成形所需平面板材厚度不小于铝合金曲面加强筋板最大壁厚。

步骤（2）所述在平面板材上制备出相应加强筋的制备方法为化铣加工或者机械铣加工。

步骤（3）所述对热压成形模具的型腔进行适当放大加工，使热压成形模具型腔尺寸适当放大量为需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸的3‰～7‰。

步骤（4）所述热压成形温度为420～520摄氏度，上模向下模运动速度为1～10毫米/秒。

步骤（5）所述加载的气体压力为0.1～3兆帕。

一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法有益效果

（1）《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》所成形的铝合金曲面加强筋板，整体性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；

（2）《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》采用热压成形，可有效避免回弹、起皱和开裂等缺陷的产生；

（3）《一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法》采用充气校形可以实现零件的近净成形，能有效减少后续加工量，避免后续手工校形，提高效率，降低成本。

1.一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于步骤如下：（1）根据需要成形的铝合金曲面加强筋板外形尺寸和加强筋位置，确定出热压成形所需的平面板材厚度、板材尺寸以及加强筋在平面板材上的位置；所述的热压成形所需平面板材厚度不小于铝合金曲面加强筋板最大壁厚；（2）根据加强筋在平面板材上的位置，在平面板材上制备出相应加强筋，并根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的平面展开图加工出成形所需板材外形；（3）根据需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸，制作铝合金曲面加强筋板热压成形模具，然后按照铝合金曲面加强筋板尺寸对热压成形模具的型腔进行适当放大加工；所述对热压成形模具的型腔进行适当放大加工，使热压成形模具型腔尺寸适当放大量为需要成形的铝合金曲面加强筋板的外形尺寸的3‰～7‰；（4）将步骤（3）制作的热压成形模具加热至热压成形温度后，把步骤（2）制备的板材放于热压成形模具的型腔内即上模和下模之间，上模逐渐向下模运动，板材在热压成形模具型腔内逐渐变形，直至上模和下模闭合即合模完全，板材热压成形完毕；所述热压成形温度为420～520摄氏度，上模向下模运动速度为1～10毫米/秒；（5）步骤（4）完成后，步骤（4）热压成形后板材与上模之间形成一个密闭型腔，上模设有通气孔，通气孔连接型腔内和外界，通过上模的通气孔将密闭型腔与外界气源连通，按照设定的随时间变化的压力向密闭型腔通气加压校形，使铝合金曲面加强筋板加强筋之间的曲面部位形成光滑曲面。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤（2）所述在平面板材上制备出相应加强筋的制备方法为化铣加工或者机械铣加工。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金曲面加强筋板热压成形方法，其特征在于：步骤（5）所述加载的气体压力为0.1～3兆帕。

本发明公开了一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法。该方法的步骤如下：(1)将轧制的铝合金板材进行固溶时效强化处理，然后采用搅拌摩擦焊接技术拼焊铝合金板材；(2)对焊接板材进行外环约束无模旋压成形，将板材旋压为锥形件；(3)再通过2～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件。本发明提出的基于铝合金焊接板材的外环约束无模压方法，能够快速整体成形大规格曲面零件，解决现有轧制板材宽度有限的难题。同时，该方法可以保证焊接板材焊缝各区域材料的变形协调，获得成形精度高、性能优异的大规格薄壁曲面零件，而且旋压件表面光滑，不产生起皱、破裂等缺陷。

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》涉及一种环形锻件的轧制成形方法，特别是涉及了一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法。

一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法专利目的

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》的目的在于提供一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，解决现有技术中铝合金高筒薄壁环件轧制时材料流动难以控制、轧制容易出现轧偏和喇叭口、环件两端壁厚尺寸较薄不能满足技术要求等问题。

一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法技术方案

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》采用以下技术方案予以实现：一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其特征在于：在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯A进行马架扩孔和平端面步骤，具体步骤如下：

（1）镦粗、冲孔

将变形铝合金棒材加热到460℃～480℃锻造温度，进行镦粗、冲孔；

（2）马架扩孔、平端面

控制锻锤的下压力，每锤一次使所述冲孔后的环坯A变形量超过30%，旋转环坯A90°后锤锻，环坯A经充分变形后其圆角3尺寸缩小至R<15毫米，该步骤终锻温度不低于360℃；

（3）预轧环坯

将步骤（2）处理后的环坯A1回炉加热至460℃～480℃的锻造温度，装入辗环机进行预轧制，主辊固定转动，芯辊做径向进给运动，第一阶段：主辊的转速为0.2～0.5弧度角/秒，主辊轧制力为300T～360T，芯辊的进给速度为0.1～0.4毫米/秒，锥辊轧制力为40T；第二阶段：主辊轧制力为400T，芯辊进给速度为0.7毫米/秒，锥辊的轧制力为80T，锥辊的轴向进给量为4.5毫米/分钟；第三阶段：环坯A达到尺寸要求后，保持芯辊稳定，空转主辊6～8圈后停转；该步骤终锻温度不低于360℃；

（4）终轧环件

将步骤（3）处理后的环坯B回炉加热至460℃～480℃的锻造温度，装入辗环机进行最终轧制，主辊转速为为0.2～0.5弧度角/秒；环件咬入阶段，主辊的轧制力为360T～400T，芯辊进给速度为0.1～0.4毫米/秒，锥辊轴向固定，其轧制力为40T；稳定轧制阶段，主的轧制力为410T，芯辊进给速度为0.6毫米/秒，锥辊转速不变，其轧制力为110T，轴向进给量为4毫米/分钟；符合要求尺寸阶段，使芯辊进给速度从0.6毫米/秒减小至0毫米/秒，该步骤环件终锻温度不低于360℃。

优选地，所述变形铝合金的牌号为147的铝合金棒。

步骤（2）中的马架扩孔环坯A的高度按以下公式计算：H2=H1 △H2；其中，H1为预轧环坯B7的高度，H2为马架扩孔环坯A高度，△H2=2～4%H1。

步骤（2）中的马架扩孔环坯A的内外径按以下公式计算：（D1-D2-d1 d2）/（D1-d1）=30%～60%；其中，D1，d1为预轧环坯B的内外径，D2，d2为马架扩孔环坯A的内外径。

步骤（3）中的预制环坯B的高度按以下公式计算：H1=H △H1；其中H1为预轧环坯B的高度，H为终轧环件的高度，△H1=2～4%H。

步骤（3）中的预制环坯B的内外径按以下公式计算：（D-d-D1 d1）/（D-d）=30%～50%；其中，D，d为终轧环件的内外径，D1，d1为预轧环坯B的内外径。

一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法有益效果

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》的有益效果：该发明所述的一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，预轧步骤前再进行一道马架扩孔、平端面的工序，将冲孔后的环坯圆角尺寸缩小至R<15毫米，使得轧制变形时材料能够使圆角缩小至要求尺寸，从而解决了环件轴向变形材料分配难题；而且马架工序之后，所述环坯鼓肚大幅减小，端面变厚，在外径方向上环坯与主辊接触面积增加，极大减少环坯冲孔后直接轧制的失稳现象。