一种曲面板材成型方法与流程

1.本发明涉及板材成型加工技术领域，具体涉及一种曲面板材成型方法。


背景技术：

2.现代飞机的关键、重要零部件如机翼、鸭翼、起落架舱门等，精度质量要求极高、型面非常复杂，壁板与加强筋共固化胶接一体成型，其成型、胶接模具通常采用4j36材料，为了解决上述板材气密、等温性问题及长期高温高压使用的质量、精度稳定性问题，要求模板为整体、无焊接的型面。
3.对于上述具有复杂曲面的板材现有技术中一般采用厚钢板整体加工法、压模预成型法等进行制作，同时在加工之前将根据cae仿真软件对板材的回弹量进行仿真计算，进而调整加工工艺；但是上述仿真软件仅对于厚度不大于5mm的板材仿真效果较好，对于较厚的曲面板材，其成型质量较差。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的加工成本高，成型质量差的缺陷，本发明公开了一种曲面板材成型方法，采用本发明所述技术方案能够有效降低4j36板材的加工成本，同时其还具有成型质量好的优点。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
6.一种曲面板材成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.将具有成型形面的上模具和下模具分别安装于压机上；
8.选用20钢板或08f钢板作为试模板，并对试模板进行加热处理后转运至下模具上，通过压机驱动上模具挤压试模板直至上模具的型面与下模具的型面完全扣合；
9.取出经过挤压的试模板，测量试模板的回弹量；
10.若回弹量超过工艺余量的50％，则对上模具和下模具进行修模并重复前述步骤直至回弹量小于工艺余量的50％；
11.若回弹量小于工艺余量的50％，则按照与试模板相同的工艺加工制得具有曲面的4j36板材。
12.可选的，对上模具和下模具的修模包括以下步骤：
13.对试模板各个转角进行测量，并取得相应测量参数；
14.按转角类型将各个转角区分为v形转角、圆弧转角和叠加转角；
15.若转角类型为v形转角，根据公式a2＝a1‑
a0计算修模角；其中a1为转角的实际转角角度,a0为转角的理论转角角度；
16.按照修模角，对上模具和下模具的相应位置进行磨削修正。
17.可选的，按转角类型将各个转角区分为v形转角、圆弧转角和叠加转角的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：
18.若转角类型为圆弧转角，则根据公式r2＝r1‑
r0计算修模值；其中r1为该转角处的
实际半径，r0为该处转角的理论半径；
19.按照修模值对上模具和下模具的相应位置进行磨削修正。
20.可选的，按转角类型将各个转角区分为v形转角、圆弧转角和叠加转角的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：
21.若转角类型为叠加转角，根据公式a2＝a1‑
a0计算修模角，根据公式r2＝r1‑
r0计算修模值；其中a1为转角的实际转角角度,a0为转角的理论转角角度，r1为该转角处的实际半径，r0为该处转角的理论半径；
22.比较上述数值识别最大超差特征，优先对最大超差特征进行修正，再对其他超差特征进行修正。
23.可选的，热处理的加热温度为660℃
‑
700℃，加热过程中温度上升的速度为5
‑
10℃/min，并在加热温度达标后保温25
‑
35min。
24.可选的，热处理的加热温度为680℃，加热过程中温度上升的速度为5
‑
10℃/min，并在加热温度达标后保温30min。
25.可选的，压机的下行速度为500
‑
1000mm/min；且试模板加工过程中上模具和下模具的型面扣合后保压4
‑
6h，4j36钢板加工过程中上模具和下模具的型面扣合后保压8
‑
12h。
26.可选的，完成加热的板材在向压机的转运过程中，其温度变化不超过50℃。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.1、本发明所述成型方法包括试模、修模和成型步骤，其中在试模过程中通过成型模具挤压试模板成型，再观测试模板的回弹量以确定回弹量是否满足需求，进而对成型模具进行修正，保证加工完成后的板材符合使用要求，并最终通过修正后的模具进行挤压成型加工；
29.从屈服强度、抗拉强度和延伸率等方面看，20钢板和08f钢板与4j36的性质相近，本发明巧妙的选用上述材料作为试模板，并采用与加工4j36钢板完全相同的工艺及参数对试模板进行模拟挤压成型加工，由于试模把与4j36钢板的性能相似，加工完成后的试模板的各种变化与4j36钢板加工完成后的各种变化相近，从而通过实物加工模拟4j36钢板的加工工艺及模具能够满足需求，克服现有技术中仿真软件无法对厚度超过5mm板材进行回弹仿真的缺陷，实现对4j36钢板加工过程的高精度模拟，及时纠正加工过程中的各种错误，保证4j36钢板的成型质量；
30.其次上述材质的试模板来源广泛、且成本远远低于4j36钢板，能够有效降低试模的成本，降低试模、修模过程中的经济损失，从而以较小的经济成本制取合格的挤压成型模具，同时获取相应的加工工艺及参数；
31.最后，本发明通过真实的材料进行试模及修模作业，与仿真软件相比，其数据可行度更高，能够有效提高修模的准确度，进而提高修模的效率；且修正完成后模具的精度能够得到有效保证，降低修模误差，进而有效避免在正式加工成型过程中出现大量的废品，降低经济损失。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
33.图1为本发明流程示意图；
34.图2为本发明实施方式2修模原理图；
35.图3为本发明实施方式3修模原理图；
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
40.实施方式1
41.本实施方式作为本发明的一基本实施方式，其公开了一种曲面板材成型方法，包括以下步骤：
42.将具有成型形面的上模具和下模具分别安装于压机上；其中为了保证加工质量，所述上模具和下模具的成型型面增加3
‑
5mm的工艺加工余量；
43.根据实际需要选用20钢板或08f钢板作为试模板，其中试模板的各种规格参数(如厚度、长度和宽度)均与加工用4j36板材相同；
44.将上述试模板放置于电加热炉中进行加热，根据实际需要，电加热炉中的加热温度为660℃
‑
700℃，同时加热过程中按照5
‑
10℃/min的升温幅度将电加热炉内的温度由室温提升至相应的加热温度，当电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温25min
‑
35min；温升的具体幅度以及保温时间需根据板材的实际厚度确认；
45.由于板材的厚度不一，较薄的板材升温快，厚的板材升温慢，如果温升过快将导致板材内外层之间温差过大，因此通过调节升温的幅度可以保证零件厚度的内外层基本在等
温状态下升温，进而减小因温差在板材内部形成较大的应力，保证板材质量；同时也能够避免因升温速度过慢而导致板材表面产生脱落性氧化，影响板材的厚度尺寸精度。
46.将完成热处理的试模板转运至下模具上，试模板从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值的温差值需控制在50℃以内；再启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压4
‑
6h；
47.保压完成后从压机上取出经过挤压的试模板，采用三坐标测量机、柔性关节臂或照相测量法等数字化检测手段测量型面，当偏差不超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具是合格的，采用的工艺及相关参数合格，此区域的型面不需要修模；
48.将采用4j36钢板制作的板材放置于电加热炉中进行加热，电加热炉中的加热温度与试模板加热温度相同，加热过程中升温幅度与试模板加热过程中相同，同时电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温时间与试模板热处理过程中的保温时间相同；
49.将完成热处理的4j36钢板转运至下模具上，从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内；启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压8
‑
12h即可制取相应的板材。
50.通过将温差控制在50℃以内能够有效保证板材的可加工性，进而提高最终成品的质量。
51.实施方式2
52.本实施方式作为本发明的一基本实施方式，其公开了一种曲面板材成型方法，包括以下步骤：
53.将具有成型形面的上模具和下模具分别安装于压机上；其中为了保证加工质量，所述上模具和下模具的成型型面增加3
‑
5mm的工艺加工余量；
54.根据实际需要选用20钢板或08f钢板作为试模板，其中板材的各种规格参数均与加工用4j36板材相同；
55.并上述试模板放置于电加热炉中进行加热，根据实际需要，电加热炉中的加热温度为660℃
‑
700℃，同时加热过程中按照5
‑
10℃的升温幅度将电加热炉内的温度由室温提升至相应的加热温度，当电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温25min
‑
35min；
56.将完成热处理的试模板转运至下模具上，试模板从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内；再启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压4
‑
6h；
57.保压完成后从压机上取出经过挤压的试模板，采用三坐标测量机、柔性关节臂或照相测量法等数字化检测手段测量型面；当偏差超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具是不合格的，此区域的型面需要修模；
58.若判定不合格转角区域为v形转角，采用万能角度尺或特质的角度样板进一步测量实际转角角度a1,再结合理论数据计算该处转角的理论转角角度a0，根据公式a2＝a1‑
a0计算修模角，并按照修模角对上模具和下模具的相应位置进行磨削修正；
59.磨削修正完成后，选用相同的材质及规格的试模板重复上述热处理及挤压成型加
工过程，加工完成后再次检测并修模，直至回弹值不超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具合格，采用的工艺及相关参数合格；
60.将采用4j36钢板制作的板材放置于电加热炉中进行加热，电加热炉中的加热温度与试模板加热温度相同，加热过程中升温幅度与试模板加热过程中相同，同时电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温时间与试模板热处理过程中的保温时间相同；
61.将完成热处理的4j36钢板转运至下模具上，从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内，同时与试模板转运过程中的温差值相比，二者的差值小于2℃；启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压8
‑
12h即可制取相应的板材。
62.实施方式3
63.本实施方式作为本发明的一基本实施方式，其公开了一种曲面板材成型方法，包括以下步骤：
64.将具有成型形面的上模具和下模具分别安装于压机上；其中为了保证加工质量，所述上模具和下模具的成型型面增加3
‑
5mm的工艺加工余量；
65.根据实际需要选用20钢板或08f钢板作为试模板，其中板材的各种规格参数均与加工用4j36板材相同；
66.并上述试模板放置于电加热炉中进行加热，根据实际需要，电加热炉中的加热温度为660℃
‑
700℃，同时加热过程中按照5
‑
10℃的升温幅度将电加热炉内的温度由室温提升至相应的加热温度，当电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温25min
‑
35min；
67.将完成热处理的试模板转运至下模具上，试模板从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内；再启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压4
‑
6h；
68.保压完成后从压机上取出经过挤压的试模板，采用三坐标测量机、柔性关节臂或照相测量法等数字化检测手段测量型面；当偏差超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具是不合格的，此区域的型面需要修模；
69.若判定不合格转角区域为圆弧转角，则采用普通r规或特质r样板进一步实际半径r1,再结合理论数据计算该处转角的理论半径r0，根据公式r2＝r1‑
r0计算修模值，并按照修模值对上模具和下模具的相应位置进行磨削修正；
70.磨削修正完成后，选用相同的材质及规格的试模板重复上述热处理及挤压成型加工过程，加工完成后再次检测并修模，直至回弹值不超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具合格，采用的工艺及相关参数合格；
71.将采用4j36钢板制作的板材放置于电加热炉中进行加热，电加热炉中的加热温度与试模板加热温度相同，加热过程中升温幅度与试模板加热过程中相同，同时电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温时间与试模板热处理过程中的保温时间相同；
72.将完成热处理的4j36钢板转运至下模具上，从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内，同时与试模板转运过程中的温差值相比，二者的差值小于2℃；启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压8
‑
12h即可制取相应的板材。
73.实施方式4
74.本实施方式作为本发明的一基本实施方式，其公开了一种曲面板材成型方法，包括以下步骤：
75.将具有成型形面的上模具和下模具分别安装于压机上；其中为了保证加工质量，所述上模具和下模具的成型型面增加3
‑
5mm的工艺加工余量；
76.根据实际需要选用20钢板或08f钢板作为试模板，其中板材的各种规格参数均与加工用4j36板材相同；
77.并上述试模板放置于电加热炉中进行加热，根据实际需要，电加热炉中的加热温度为660℃
‑
700℃，同时加热过程中按照5
‑
10℃的升温幅度将电加热炉内的温度由室温提升至相应的加热温度，当电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温25min
‑
35min；
78.将完成热处理的试模板转运至下模具上，试模板从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内；再启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压4
‑
6h；
79.保压完成后从压机上取出经过挤压的试模板，采用三坐标测量机、柔性关节臂或照相测量法等数字化检测手段测量型面；当偏差超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具是不合格的，此区域的型面需要修模；
80.若判定不合格转角区域为叠加转角，根据采用万能角度尺、特制角度样板、普通r规或特制r样板测量相应的参数，再比较上述数值识别最大超差特征，优先对最大超差特征转角区域进行修正，再对其他超差特征转角区域进行修正；
81.磨削修正完成后，选用相同的材质及规格的试模板重复上述热处理及挤压成型加工过程，加工完成后再次检测并修模，直至回弹值不超过工艺余量的50％，则判定上模具和下模具合格，采用的工艺及相关参数合格；
82.将采用4j36钢板制作的板材放置于电加热炉中进行加热，电加热炉中的加热温度与试模板加热温度相同，加热过程中升温幅度与试模板加热过程中相同，同时电加热炉内的温度达到设定的加热温度后，保温时间与试模板热处理过程中的保温时间相同；
83.将完成热处理的4j36钢板转运至下模具上，从电加热炉中取出时测量其温度，转运至下模具后测量其温度，两温度值温差需控制在50℃以内；启动压机，带动上模具向下模具方向运动并挤压试模板直至上、下模具的型面完全扣合即停机，停机后保压8
‑
12h即可制取相应的板材。
84.如表1所示，其标注了20钢和4j36钢的性能参数：
85.钢牌号屈服强度抗拉强度延伸率20245410254j3627545035
86.从屈服强度、抗拉强度和延伸率等方面看，20钢板和08f钢板与4j36的性质相近，本发明巧妙的选用上述材料作为试模板，并采用与加工4j36钢板完全相同的工艺及参数对试模板进行模拟挤压成型加工，由于试模把与4j36钢板的性能相似，加工完成后的试模板的各种变化与4j36钢板加工完成后的各种变化相近，从而通过实物加工模拟4j36钢板的加工工艺及模具能够满足需求，克服现有技术中仿真软件无法对厚度超过5mm板材进行回弹
仿真的缺陷，实现对4j36钢板加工过程的高精度模拟，及时纠正加工过程中及模具中的的各种错误，保证4j36钢板的成型质量；
87.同时由表2所示，其标注了在各个温度条件下4j36钢板的相关性质；
88.温度℃20300400500600700屈服强度mpa26010090857573延伸率％303335353530
89.从上表中可以看出，随着温度的升高，屈服强度逐渐降低，并在600℃以后趋于稳定，而延伸率随温度变化不大，因此通过将热处理过程中的加热温度控制在660℃
‑
700℃在于防止热处理过程中因温度过高导致4j36钢板内部金相结构不稳定，进而丧失低热膨胀性能的优势；
90.同时从上表可以看出，钢件加热后，屈服强度会降低，4j36在500
‑
600℃屈服强度为常温的32.7％
‑
28.8％，则采用上述加热温度，相应会降低大厚度板料成型压力67.3％
‑
71.2％，从而大大降低钢板的成型难度和成型压力，进而降低对硬件设备的要求，进一步降低加工成本；
91.最后，本发明在挤压成型后还将进行保压处理，且在保压处理过程中钢板的温度自然冷却，采用上述措施的好处在于通过保压能够保证工件与模具紧密扣合，同时在自然冷却回弹过程中也将受到保压压力的约束，因此其能够显著降低冷却过程中的回弹，强化定型效果，进而减少修模次数，不但能够提高加工效率，同时能够进一步降低加工成本；且在加工过程中要求转运过程过程中的温度变化小于50℃，其目的在于减少热量散失，确保成型过程中具有较低的屈服强度和较好的防开裂性能，避免挤压成型的质量。
92.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。