專利名稱：復雜異形整體壁板的應(yīng)力松弛成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機制造領(lǐng)域，是一種用于機身和機翼高筋條復雜異形整體壁板成形的加工方法。
背景技術(shù)：
整體壁板是現(xiàn)代飛機上重要的一類零件，它既是構(gòu)成飛機氣動外形的重要組成部分，同時也是機翼、機身等的主要承力構(gòu)件。由于壁板上的筋條參與變形，使其成形的難度增加。時效成形技術(shù)(蠕變時效成形技術(shù))是在20世紀50年代初期為成形整體壁板零件而發(fā)展起來的一項技術(shù)，即利用金屬的蠕變特性，將成形與時效同步進行的一種成形方法。FOROUDASTAN SAAED D 禾Π HOLMAN MITCHELL C 在美國的發(fā)明公開號為EP0527570 的專利“Method of developing complex tool shapes”中提出了時效成形的原理、數(shù)學模型、梁模型，但是只是局限于單曲率的理論研究，并沒有付諸于實際應(yīng)用，也沒有提出具體的成形參數(shù)。朱明華和樂煜發(fā)明的公開(公告)號為CN101988146A的專利，一種整體壁板蠕變時效成形方法，將整體壁板零件預先成型到初始形狀，并固定在進行過回彈補償?shù)膽?yīng)力釋放夾具上，148. 8 160°C溫度下保溫1 1. 5小時；從爐中取出零件和應(yīng)力釋放夾具； 在室溫下進行冷卻，冷卻到室溫后將零件和夾具分離。該成形方法保溫溫度不夠高而保溫時間不夠長不能很好的讓應(yīng)力材料內(nèi)部進行釋放。周賢賓，戴美云在“時效應(yīng)力松弛校形原理及其在蒙皮制造中的應(yīng)用”(北京航空航天大學學報1992年02期)一文中通過20M和LY12鋁合金板件的單曲度與雙曲度彎曲試驗論述了時效成形的原理、應(yīng)用和模擬試驗結(jié)果。研究了校形效果隨溫度、時間和預變形等的變化規(guī)律。周賢賓等在“帶筋壁板的時效應(yīng)力松馳校形”(航空制造工程)使用應(yīng)力松弛原理對筋條高度為6mm的壁板進行校形。王俊彪等人在“多級時效工藝中提出了大型機翼整體壁板時效成形的工藝流程”(航空學報2008年四(3)) 一文中，給出了成形過程中熱壓罐內(nèi)的溫度時間曲線和氣壓時間曲線，并進行了有限元的仿真。但是沒有提出具體的工藝參數(shù)且只停留在有限元仿真階段，沒有具體的實驗驗證。還有很多學者對時效成形技術(shù)都進行過探索研究，其原理都是上述“Method ofdeveloping complex tool shapes”專利發(fā)明，并且都停留在有限元仿真，沒有具體的工藝研究或者只進行了簡單的純彎曲成形實驗。上述學者研究的時效蠕變成形工藝所需針對的壁板筋條高度都在IOmm以下，成形的零件較簡單。壁板隨著現(xiàn)代飛機性能的提高，整體壁板的結(jié)構(gòu)和外形將越來越復雜(雙曲面外形、曲率小、厚度變化復雜)，筋條高度越來越大(高度> 20mm)，成形精度越提越高(從0. 8mm提高到0. 5mm)，零件的成形難度越來越具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的高筋條復雜異形整體壁板制造困難導致的飛機壁板類零件加工成本高、生產(chǎn)周期長的不足，本發(fā)明提出了一種復雜異形整體壁板的應(yīng)力松弛成形方法。本發(fā)明的具體過程包括以下步驟步驟1，備料；所用的密封膩子的使用溫度為204 448°C;所用的真空袋的使用溫度為204 232°C，所用的真空袋的熔點為215 266°C ；所用的透氣氈的使用溫度為204 232 °C。步驟2，清潔模具和待成形壁板用丙酮對模具和待成形壁板去油清潔。步驟3，做真空袋；將壁板毛坯定位在模具上并覆蓋2 4層透氣氈，并在模具和壁板毛坯上的尖角和孔隙處增加兩層透氣氈；將包裹好的模具和壁板毛坯置于模具底板上；將真空膜覆蓋在模具和壁板毛坯上，并使真空膜與壁板毛坯之間有空隙；將真空膜的四邊用密封膩子粘在模具底板表面，使模具和壁板毛坯處于密閉狀態(tài)，形成真空袋，得到打袋好的模具-壁板零件。步驟4，檢測真空袋；對真空袋抽真空至-0. 85 -0. 80bar ；關(guān)掉真空源，5 10 分鐘內(nèi)真空負壓不能低于0. 7^ar，若5 10分鐘內(nèi)真空負壓低于0. 7^ar，則清除漏氣的真空袋和密封膩子并重復步驟3重新打袋。步驟5，對零件進行應(yīng)力松弛成形；將打袋好的模具-壁板零件送進熱壓罐進行高溫高壓應(yīng)力松弛成形，其具體過程是a.冷壓，對熱壓罐加壓，使熱壓罐內(nèi)壓力20 30分鐘升至6bar后停止升壓，等待 10 15分鐘，檢測是否破袋，無破袋情況下進行后續(xù)步驟；若破袋，則按步驟2重新打袋；b.繼續(xù)升高熱壓罐內(nèi)壓力，對熱壓罐升壓和升溫，熱壓罐內(nèi)壓力75 90分鐘至 9bar，熱壓罐內(nèi)溫度120 140分鐘升至205 210°C，并使零件溫度升至120°C;如果零件未到達120°C時破袋，重復步驟3 4重新打袋并繼續(xù)對零件進行應(yīng)力松弛成形；如果零件溫度高于120°C時破袋，則零件報廢；C.恒溫，當零件溫度升溫至190°C時，保溫220 240分鐘；保溫時，熱壓罐內(nèi)溫度為190°C，熱壓罐內(nèi)壓力為9bar，真空負壓在0. ^ar 0. 之間；若恒溫時間未到210 分鐘破袋，則零件報廢，降溫卸壓開熱壓罐；若恒溫時間超過210分鐘破袋，則繼續(xù)后續(xù)步驟；d.降溫，使熱壓罐內(nèi)溫度降至60°C，降溫速率為1.08 1.23°C/min;同時熱壓罐通大氣，壓力降到大氣壓；零件溫度為120°C時，開熱壓罐取出零件，得到成形后的復雜異形整體壁板。本發(fā)明將壁板零件定位于模具上，置于真空袋與模具底板形成的密閉空間內(nèi)并抽真空后，放入熱壓罐內(nèi)，通過提高熱壓罐內(nèi)壓力使密閉空間內(nèi)部與外部形成壓力差。在外部壓力的作用下，零件與模具貼合而達到模具型面的形狀。高溫有利于變形零件內(nèi)部的應(yīng)力快速釋放，使彈性形變轉(zhuǎn)化為塑形形變而達到應(yīng)力松弛成形的目的。本發(fā)明用于壁板筋條高度為18mm的復雜異形整體壁板進行精密成形，生產(chǎn)出來的壁板零件外形誤差在士0. 5mm以內(nèi)，可以直接用于裝機。輔助材料的選擇和工藝參數(shù)如保溫時間、溫度、壓力等的合理確定是保證成形效果主要因素。應(yīng)用模具對21M-T85鋁合金材料的壁板按照實施實例的步驟進行應(yīng)力松弛成形試驗，完成后通過激光掃描對壁板外緣曲面進行檢測，3D偏差分布結(jié)果如圖2所示。由3D 偏差分布圖可知整個曲面的偏差范圍均介于-0. 5mm +0. 5mm之間。
表1最大偏差結(jié)果表(mm)
權(quán)利要求
1. 一種復雜異形整體壁板的應(yīng)力松弛成形方法，其特征在于，具體過程包括以下步驟步驟1，備料；所用的密封膩子的使用溫度為204 448°C ；所用的真空袋的使用溫度為204 232°C，所用的真空袋的熔點為215 266°C ；所用的透氣氈的使用溫度為204 232 0C ；步驟2，清潔模具和待成形壁板用丙酮對模具和待成形壁板去油清潔；步驟3，做真空袋；將壁板毛坯定位在模具上并覆蓋2 4層透氣氈，并在模具和壁板毛坯上的尖角和孔隙處增加兩層透氣氈；將包裹好的模具和壁板毛坯置于模具底板上；將真空膜覆蓋在模具和壁板毛坯上，并使真空膜與壁板毛坯之間有空隙；將真空膜的四邊用密封膩子粘在模具底板表面，使模具和壁板毛坯處于密閉狀態(tài)，形成真空袋，得到打袋好的模具-壁板零件；步驟4，檢測真空袋；對真空袋抽真空至-0. 85 -0. SObar ；關(guān)掉真空源，5 10分鐘內(nèi)真空負壓不能低于0. 7^ar，若5 10分鐘內(nèi)真空負壓低于0. 7^ar，則清除漏氣的真空袋和密封膩子并重復步驟3重新打袋；步驟5，對零件進行應(yīng)力松弛成形；將打袋好的模具-壁板零件送進熱壓罐進行高溫高壓應(yīng)力松弛成形，其具體過程是a.冷壓，對熱壓罐加壓，使熱壓罐內(nèi)壓力20 30分鐘升至6bar后停止升壓等待10 15分鐘，檢測是否破袋，無破袋情況下進行后續(xù)步驟；若破袋，則按步驟2重新打袋；b.繼續(xù)升高熱壓罐內(nèi)壓力，對熱壓罐升壓和升溫，熱壓罐內(nèi)壓力75 90分鐘至9bar， 熱壓罐內(nèi)溫度120 140分鐘升至205 210°C，并使零件溫度升至120°C ；如果零件未到達120°C時破袋，重復步驟3 4重新打袋并繼續(xù)對零件進行應(yīng)力松弛成形；如果零件溫度高于120°C時破袋，則零件報廢；c.恒溫，當零件溫度升溫至190°C時，保溫220 240分鐘；保溫時，熱壓罐內(nèi)溫度為 190°C，熱壓罐內(nèi)壓力為9bar，真空負壓在0. 2bar 0. 75bar之間；若恒溫時間未到210分鐘破袋，則零件報廢，降溫卸壓開熱壓罐；若恒溫時間超過210分鐘破袋，則繼續(xù)后續(xù)步驟；d.降溫，使熱壓罐內(nèi)溫度降至60°C，降溫速率為1.08 1. 230C /min ；同時熱壓罐通大氣，壓力降到大氣壓；零件溫度為120°C時，開熱壓罐取出零件，得到成形后的復雜異形整體壁板。
全文摘要
一種復雜異形整體壁板的應(yīng)力松弛成形方法，將壁板零件定位于模具上置于真空袋與模具底板形成的密閉空間內(nèi)并抽真空，通過提高熱壓罐內(nèi)壓力使密閉空間內(nèi)部與外部形成壓力差，外部壓力使零件與模具貼合而達到模具型面的形狀。高溫有利于變形零件內(nèi)部的應(yīng)力快速釋放，使彈性形變轉(zhuǎn)化為塑形形變而達到應(yīng)力松弛成形的目的。本發(fā)明具有成形過程簡單，操作方便的特點，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于高筋條復雜異形整體壁板制造困難導致的飛機壁板類零件加工成本高、生產(chǎn)周期長的不足。
文檔編號C21D8/00GK102191444SQ20111010057
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者甘忠, 譚海兵 申請人:西北工業(yè)大學