鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于精密鈑金加工領域，涉及一種鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，它 適用于成形尺寸精度、型面精度以及表面質量要求較高的鋁合金薄壁球形封頭。
【背景技術】
[0002] 鋁合金因具有優異的使用性能，在航空航天、軌道交通、武器裝備等領域應用十分 廣泛。在航空航天領域，鋁合金薄壁球形封頭類零部件產品的整體化、輕量化程度越來越 高，制造精度要求也越來越高。在板料成形領域，鋁合金球形封頭常用制造方法主要有分瓣 成形和整體成形兩種。分瓣成形是用冷沖壓方法制備出多個球瓣，而后進行拼焊，最后進行 校形。分瓣成形不但拼焊過程繁瑣、變形難以控制，而且焊后校形較難，尺寸精度難以達到 要求，表面質量差，成形周期長。整體成形主要有爆炸成形和旋壓成形，此兩種成形方法成 品率不高，易出現開裂等缺陷，成形后表面質量粗糙，后續需要大量機械加工，加工成本高， 制備周期長。
【發明內容】
[0003] 本發明的技術方案是提供一種鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，它能克服現有 技術加工的零件整體性差、外形精度控制困難或成本較高的缺點，能有效地保證鋁合金薄 壁球形封頭的精密成形。成形出的鋁合金薄壁球形零件質量穩定，整體性好，減重效果明 顯，尺寸精度、型面精度以及表面質量較高，并且成形周期較短，加工成本較低。
[0004] 本發明的鋁合金薄壁球形封頭整體成形方法，其特征在于：包括：步驟一，計算并 選取板材：根據零件尺寸，計算出零件球面外表面面積和圓端截面積，通過等體積法計算 出所需板材厚度，選取厚度相近的標準規格板材，并增加一定工藝余量；步驟二，設計預成 形坯料：按照預成形坯料外表面積小于最終零件外表面積方式設計預成形坯料尺寸，并留 有工藝余量；步驟三，設計制作預成形模具并進行冷拉深預成形：預成形模具根據預成形 坯料尺寸進行設計，拉深深度具有一定調節空間，將步驟一選取板材放入制成的預成形模 具中進行冷拉伸，冷拉深時注意潤滑以及表面保護，避免拉裂缺陷，法蘭部位可允許輕微起 皺；步驟四，設計制作超塑成形模具并進行超塑成形：設計制作超塑成形模具時，要按照零 件尺寸進行適當放大而制作，將步驟三制成預成形坯料放入制成的超塑成形模具內后進行 加溫，對預成形坯料進行加熱，到達超塑成形溫度后，將其夾合于超塑成形模具的上模和下 模之間，形成密閉腔，通過塑成形模具上的通氣孔連通密閉腔與外界的氣源，按照設定的時 間壓力加載曲線向超塑成形模具通氬氣加壓成形；步驟五，切除余量后進行表面處理：采 用數控車或者數控銑方式去除余量，而后采用堿洗、酸洗進行表面清潔。
[0005] 優選步驟一所述的所需板材厚度=零件球面外表面面積X零件厚度/圓端截面 積，增加工藝余量為單邊大于1〇〇_。
[0006] 優選所述預成形模具包括預成形上模和預成形下模，所述預成形上模是帶有直徑 與所述零件的遠端截面的直徑相同的通孔的板型模具，所述預成形下模具有與所述預成形 上模通孔配合的帶圓頭的圓柱臺，所述圓柱臺與所述預成形坯料的形狀相同，其高度比帶 有加工余量的所述預成形還料大出0~30_。
[0007] 優選所述超塑成形模具包括帶有零件形狀和大小凹腔的下模和作為蓋板的上模。
[0008] 優選所述超塑成形模具的上模為帶有通氣孔的平板狀蓋板，所述步驟四的氬氣直 接從所述上膜的通氣孔送進所述密閉腔進行加壓成形。
[0009] 優選所述超塑成形模具的上模為帶有預成形坯料形狀和大小的凸頭的蓋板，在所 述凸頭的根部，具有一圈預減薄槽，在所述上模具有開口位于所述凹槽處的通氣孔，所述下 模也具有通氣孔，所述步驟四的氬氣首先從下模的通氣孔輸入密閉腔，在15min之內將氣 體壓力加載至1. 2MPa后，再從所述上模的通氣孔輸入氬氣，在20min之內將氣體壓力加載 至IMPa。
[0010] 優選當將步驟三制成的所述預成形坯料放入配置在所述上模和下模之間時，所述 預成形坯料外表面與所述凹腔之間的最小間隙在5mm以上。
[0011] 優選步驟四所述的超塑模具尺寸適當放大量為4%。~6%。，超塑成形溫度為480~ 520。。。
[0012] 本發明的有益效果：
[0013] 1)所成形的鋁合金薄壁球形封頭，整體性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面質 量較高；
[0014] 2)采用冷拉深預成形，可以有效控制壁厚局部減薄，起到明顯減重效果；
[0015] 3)采用超塑成形可以實現零件的近凈成形，能有效減少后續加工量，提高效率，降 低成本；另外，可有效避免回彈、起皺和開裂等缺陷的產生，避免了分瓣拼焊后的校形問題。
【附圖說明】
[0016] 圖1 (1)、（2)為鋁合金薄壁球形封頭尺寸圖；
[0017] 圖2為板材進行預成形前示意圖；
[0018] 圖3為板材進彳丁預成形后不意圖；
[0019] 圖4為預成形坯料進行超塑成形示意圖；
[0020] 圖5為預成形坯料超塑成形改進措施示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發明的最佳實施例作進一步詳細說明。
[0022] 以某鋁合金薄壁球形封頭為例，其形狀尺寸見圖1，零件材料為5A06鋁合金，圓端 截面直徑約為643. 6mm，球面外壁半徑為337mm，球冠高度237mm，即球形封頭是在離半徑 為337mm的球的球心100mm處截取的球形形狀，本實施例的球壁厚為1_，要求壁厚不小于 lmm〇
【具體實施方式】 [0023] 按如下工藝步驟進行：
[0024]第一步計算并選取板材：板材厚度=零件球面外表面面積X零件厚度/圓端截 面積，根據零件尺寸，計算出零件球面外表面面積=2πRH= 2πX337X237 = 501831mm2， 球冠圓端截面積=πι·2=πX321.82= 325163mm2。通過等體積法計算出所需板材厚度= 501831X1/325163 = 1. 54mm，選取厚度相近的標準規格板材8 = 1. 5mm，并增加150mm的單 邊工藝余量。
[0025] 第二步設計預成形坯料：設計的預成形坯料外表面積小于最終零件外表面積，按 照當將預成形坯料放入如圖4所示的超塑成形下模5中時，預成形坯料外表面與用于成型 零件球面外表面的超塑成形下模5的最小間隙為5mm的程度進行計算。
[0026] 第三步制作預成形模具并進行冷拉深預成形：預成形模具根據預成形坯料進行制 作，如圖2和3所示，預成形模具包括預成形上模4和預成形下模1，預成形上模4是帶有 直徑與所述零件的遠端截面的直徑相同的通孔的