本發明公開一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質壓力成形方法，利用增壓的超低溫介質同時調控變形區的溫度和應力狀態，使鋁合金在超低溫條件下成形出薄壁曲面件。具體步驟包括向凹模型腔內充填超低溫介質，令位于凹模區的鋁合金板材冷卻至低于?120℃的設定溫度，在施加壓邊力后，令超低溫介質增壓，通過超低溫介質加壓脹形改變懸空區應力狀態，解決了薄壁曲面件成形起皺的難題；與此同時，超低溫介質不僅用于加壓，同時用于冷卻，鋁合金板材在超低溫條件下發生變形，成形性能顯著提高，避免了加壓脹形極易開裂的問題。

技術領域

本發明涉及板件成形技術領域，特別是涉及一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質壓力成形方法。

背景技術

薄壁曲面件是航空航天、新能源汽車和石油化工裝備的主體結構，不僅量大面廣，還直接決定著裝備的氣動性能、承載能力和使用壽命。為滿足高可靠和輕量化發展需求，此類構件逐漸由多塊分體拼焊結構向整體結構、由傳統材料向輕質高強材料升級換代。結構整體化使得這類構件的特征尺寸超大、形狀復雜、腔深壁薄，再以輕質高強材料難變形互相耦合，給其成形制造帶來極大挑戰。

以壓力容器封頭和運載火箭貯箱箱底為例，其形狀通常采用球面或橢球面，在替換原有多塊拼焊結構以后，特征尺寸(直徑)通常大于2m，是一類大尺寸新型薄壁曲面件。目前，拉深成形被廣泛用于整體成形薄壁曲面件。但是，由于整體化帶來的薄壁曲面件壁厚超薄，坯料厚度與構件直徑之比小于甚至遠小于3‰，直接采用拉深成形會引起嚴重的起皺缺陷。為防止起皺，發展出了充液拉深成形技術。其實質是以柔性的液體介質充填在凹模型腔內，通過液體介質加壓使易起皺的懸空區發生脹形變形、調控應力狀態。具體來看，就是把懸空區易起皺的一拉一壓應力狀態改變為雙拉應力，從根本上解決起皺缺陷。但是，液室壓力脹形程度過大，又極易引起開裂缺陷發生，導致深腔薄壁曲面件無法順利成形；同時液體反力大，尺寸較大的構件成形還需要大型設備和模具。并且，迫切需要的輕質高強材料如鋁鋰合金、鋁鋅合金成形性往往更差，較小的反脹程度就會導致開裂缺陷發生。

因此，如何改變現有技術中，輕質高強材料薄壁曲面件成形起皺和開裂缺陷并存的現狀，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質壓力成形方法，以解決上述現有技術存在的問題，提高鋁合金薄壁曲面件成形性能。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種鋁合金薄壁曲面件超低溫介質壓力成形方法，利用增壓的超低溫介質同時調控變形區的溫度和應力狀態，使鋁合金在超低溫條件下成形出薄壁曲面件，包括如下步驟：

步驟一、將鋁合金板材放入模具，模具包括壓邊圈、凹模和凸模，閉合壓邊圈；

步驟二、向凹模型腔內充填超低溫介質，令位于凹模區的鋁合金板材冷卻至低于-120℃的設定溫度；

步驟三、壓邊圈施加設定壓邊力，繼續向凹模型腔內充填超低溫介質，使凹模型腔內超低溫介質增壓至1-20MPa的設定壓力；

步驟四、凸模下行，使鋁合金板材在模具和超低溫介質壓力共同作用下成形出薄壁曲面件；

步驟五、打開模具，取出成形的薄壁曲面件。

優選地，在進行步驟二之前，將模具冷卻至低于-120℃的設定溫度，壓邊圈、凹模和凸模均具有循環通路，超低溫介質在循環通路內循環流動能夠對模具冷卻降溫。

優選地，在進行步驟四之前，凸模回退，鋁合金板材自由脹形至設定形狀，優化拉深坯料。

優選地，在進行步驟四之前，利用低溫涂料對凸模進行隔熱處理。

優選地，超低溫介質為液氮、液氬或液氦。

優選地，鋁合金板材壁厚與當量直徑之比小于5‰。