CN112139340A - 一种铝合金构件超低温成形装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝合金构件超低温成形装置及成形方法，属于铝合金薄壁构件成形技术领域，所述铝合金构件超低温成形装置，包括上模和下模，上模内设置与铝合金构件的形状相适配的成型槽，下模内设置相互独立的第一介质腔和第二介质腔，且第一介质腔和第二介质腔内填充有固体颗粒介质；第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸与第一介质腔相连接，第二液压缸与第二介质腔相连接；以及冷源，冷源与第一介质腔和第二介质腔相连通。本发明采用固体颗粒介质作为冷却介质和传力介质，蓄冷效果好，易于实现柔性加载和密封，不易喷溅；并能够调控待成型铝合金板坯不同区域的变形顺序和变形量，协调板坯的变形并改善成形构件的壁厚分布，工艺柔性较高。

Description

一种铝合金构件超低温成形装置及成型方法

技术领域

本发明涉及铝合金薄壁构件成形技术领域，具体而言，涉及一种铝合金构件超低温成形装置及成型方法。

背景技术

铝合金作为一种轻量化、高强比材料被广泛用于航空、航天等飞行器主体结构的制造，例如空客A380飞机机身结构60％为铝合金制造。近年来，重型火箭、大飞机、新能源汽车等对轻质、高强铝合金复杂薄壁构件需求特别迫切。

现有超低温成形相关的公开技术普遍采用两种方法：一种是采用刚性凸模施加所需的变形载荷。但板坯需预先用液氮冷却，再转移到模具内成形，转移时间长和模具保温效果差导致成形所需的低温难于实现，另一种是采用低温液体泵实现液氮增压，由高压液氮施加所需的变形载荷。但液氮难于密封，而且液氮增压后为气液混合物，体积变化大，存在压力难于控制的问题。此外，为实现高压液氮密封导致板材流入困难，难于成形深腔复杂构件。

发明内容

本发明解决的问题是现有铝合金构件超低温成形转移时间长，模具保温效果差，低温难于实现，液氮难于密封，压力难于控制，难于成形深腔复杂构件。

为解决上述问题，本发明提供一种铝合金构件超低温成形装置，包括：

上模和下模，所述上模内设置与铝合金构件的形状相适配的成型槽，所述下模内设置相互独立的第一介质腔和第二介质腔，且所述第一介质腔和所述第二介质腔内填充有固体颗粒介质；

第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸与所述第一介质腔相连接，所述第二液压缸与所述第二介质腔相连接；以及

冷源，所述冷源与所述第一介质腔和所述第二介质腔相连通。

较佳地，所述第一液压缸包括第一垂直液压缸和第一水平液压缸，所述第一垂直液压缸通过所述第一介质腔的底壁与所述第一介质腔连通，所述第一水平液压缸通过所述第一介质腔的侧壁与所述第一介质腔连通。

较佳地，所述第二液压缸包括第二垂直液压缸和第二水平液压缸，所述第二垂直液压缸通过所述第二介质腔的底壁与所述第二介质腔连通，所述第二水平液压缸通过所述第二介质腔的侧壁与所述第二介质腔连通。

较佳地，所述固体颗粒介质包括不锈钢珠、二氧化硅、氧化铝和氧化锆中的至少一种。

较佳地，所述上模与所述下模相配合的端面设有微孔，所述微孔内设有温度传感器，用于检测待成型铝合金板坯的表面温度。

较佳地，所述冷源包括相互连接的液氮罐和低温管路，所述低温管路与所述第一介质腔和所述第二介质腔相连通。

较佳地，所述下模的内壁上设置保温隔热层。

较佳地，所述成型槽内设置位移传感器，所述位移传感器用于检测所述铝合金构件与所述成型槽的槽壁的距离。

较佳地，所述下模与待成型铝合金板坯与的接触处设置防压板。

与现有技术比较，本发明提供的一种铝合金构件超低温成形装置，采用固体颗粒介质作为冷却介质和传力介质，具有蓄冷效果好，易于实现柔性加载和密封，不易喷溅等优点；通过所述第一液压缸与所述第一介质腔相连接，所述第二液压缸与所述第二介质腔相连接，调控待成型铝合金板坯不同区域的变形顺序和变形量，协调板坯的变形并改善成形构件的壁厚分布，工艺柔性较高。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种铝合金构件超低温成形方法，基于所述的铝合金构件超低温成形装置，包括如下步骤：

步骤S1：上模和下模处于分离状态，向第一介质腔和第二介质腔内分别注入固体颗粒介质至饱满；

步骤S2：向所述第一介质腔和第二介质腔内通入冷却介质，使所述固体颗粒介质冷却到-190至-180℃的温度区间，并保温10-30min；

步骤S3：将预先切好的待成型铝合金板坯放置于所述下模的顶部，推动所述上模下行，并向所述下模施加0.5-2.0MPa的压力，并使所述上模和所述下模合模；

步骤S4：当所述待成型铝合金板坯的表面温度达到-190至-160℃的温度区间时，启动第一垂直液压缸和第一水平液压缸，并以0.5-2mm/s的速度压入所述第一介质腔，推动所述固体颗粒介质向所述待成型铝合金板坯加压，使所述待成型铝合金板坯在所述固体颗粒介质的压力作用下向所述上模内流入；

步骤S5：启动第二垂直液压缸和第二水平液压缸，使所述第一垂直液压缸和所述第一水平液压缸以0.5-2mm/s的速度压入所述第一介质腔，所述第二垂直液压缸和所述第二水平液压缸以0.5-2mm/s的速度压入所述第二介质腔，推动所述固体颗粒介质向所述待成型铝合金板坯再次加压，继续使所述待成型铝合金板坯在低温固体颗粒介质的压力作用下向所述上模内流入；

步骤S6：继续向所述下模施加2-10MPa的压力，使所述待成型铝合金板坯在所述固体颗粒介质的压力作用下与所述上模的成型槽完全贴合，并保压3-30s；

步骤S7：排出所述第一介质腔和所述第二介质腔内的剩余冷却介质，退回所述第一垂直液压缸、所述第一水平液压缸、所述第二垂直液压缸、所述第二水平液压缸和上模，开模，取出成型的铝合金构件。

较佳地，所述成型的铝合金构件的成型槽为阶梯状结构，且所述成型槽的体积与所述第一垂直液压缸、所述第一水平液压缸、所述第二垂直液压缸、所述第二水平液压缸满足如下计算公式：

L1＝K1(ΔV/S),L2＝K2(V-ΔV)/2S,

其中，L1为步骤S4中所述第一垂直液压缸的移动距离和所述第一水平液压缸的移动距离之和；L2为步骤S5中所述第一垂直液压缸的移动距离和所述第一水平液压缸的移动距离之和或步骤S5中所述第二垂直液压缸的移动距离和所述第二水平液压缸的移动距离之和；V为所述成型槽体积，ΔV为阶梯状包络的体积差，S为介质腔的横截面积，K1、K2为常数，且K1的取值范围为1.2-1.5，K2的取值范围为0.8-1.2。

本发明所述的一种铝合金构件超低温成形方法可根据阶梯型零件的形状特点，计算出阶梯差所对应的体积差，使待成型铝合金板坯优先成形出深度较大的区域并贴模，避免过度减薄。

本发明所述的一种铝合金构件超低温成形方法与所述铝合金构件超低温成形装置相对于现有技术的其他优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例中铝合金构件超低温成形装置的结构示意图一；

图2为本发明实施例中铝合金构件超低温成形装置的结构示意图二；

图3为本发明实施例中铝合金构件超低温成形装置的结构示意图三；

图4为本发明实施例中铝合金构件超低温成形方法流程图；

图5为本发明实施例中制备的铝合金构件的成型槽的结构示意图；

图6为本发明实施例中制备的铝合金构件的成型槽的中心截面形状示意图；

图7为本发明实施例中制备的铝合金构件的结构示意图一；

图8为本发明实施例中制备的铝合金构件的结构示意图二；

图9为本发明实施例中制备的铝合金构件的结构示意图三；

图10为本发明实施例中制备的铝合金构件的结构示意图四。

附图标记说明：

1-上模、2-下模、3-上横梁、4-下横梁、5-待成型铝合金板坯、6-第二水平液压缸、7-第一水平液压缸、8-第二垂直液压缸、9-第一垂直液压缸、10-第二介质腔、11-第一介质腔、12-液氮罐、13-控制阀、14-低温管路。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，附图中“X”的正向代表右方，“X”的反向代表左方，“Y”的正向代表上方，“Y”的反向代表下方，且术语“X”和“Y”指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种铝合金构件超低温成形装置，包括：

上模1和下模2，上模1内设置与铝合金构件的形状相适配的成型槽，下模2内设置相互独立的第一介质腔11和第二介质腔10，且第一介质腔11和第二介质腔10内填充有固体颗粒介质，其中，固体颗粒介质作为冷却介质和传力介质，具有蓄冷效果好，易于实现柔性加载和密封，不易喷溅等优点；

第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸与第一介质腔11相连接，第二液压缸与第二介质腔10相连接；以及

冷源，冷源与第一介质腔11和第二介质腔10相连通。

通过第一液压缸与第一介质腔11相连接，第二液压缸与第二介质腔10相连接，冷源与第一介质腔11和第二介质腔10相连通，提供低温环境，调控待成型铝合金板坯5不同区域的变形顺序和变形量，协调板坯的变形并改善成形构件的壁厚分布，工艺柔性较高。

本实施例中，成型槽与铝合金构件的形状相适配在于，铝合金构件包括相互连接的直板部分结构和突起部分结构，成型槽的形状与铝合金构件的突起部分结构的形状相匹配。

本实施例中，下模2内设置一隔离板，将下模分成第一介质腔11和第二介质腔10，且第一介质腔11和第二介质腔10相互独立，互不连通。

本实施例中的上模1和下模2分别固定在合模压力机的上横梁3与下横梁4上，且通过上横梁3带动上模1下行，对待成型铝合金板坯5施加压力。

本实施例中对于第一介质腔11和第二介质腔10的形状不做限制，在一些优选的实施例中，第一介质腔11和第二介质腔10的截面形状可以为长方形，也可以正方形，结构简单，加工容易。

在一些优选的实施例中，第一液压缸包括第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7，第一垂直液压缸9通过第一介质腔11的底壁与第一介质腔11连通，第一水平液压缸7通过第一介质腔11的侧壁与第一介质腔11连通，用于推动第一介质腔11内的固体颗粒移动继而推动待成型铝合金板坯5压入成型槽内。

在一些优选的实施例中，第二液压缸包括第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6，第二垂直液压缸8通过第二介质腔10的底壁与第二介质腔10连通，第二水平液压缸6通过第二介质腔10的侧壁与第二介质腔10连通，用于推动第二介质腔10内的固体颗粒移动继而推动待成型铝合金板坯5压入成型槽内。

在一些优选的实施例中，固体颗粒介质包括不锈钢珠、二氧化硅、氧化铝和氧化锆中的至少一种，材料易得，蓄热效果好。

在一些优选的实施例中，上模1与下模2相配合的端面设有微孔，微孔内设有温度传感器，用于检测待成型铝合金板坯5的表面温度，本实施例中对于微孔的形状不做限制，只要能放置温度传感器即可。本实施例中对于微孔与温度传感器的连接方式不做限制，只要能将温度传感器固定于微孔中即可。

在一些优选的实施例中，冷源包括相互连接的液氮罐12和低温管路14，低温管路14与第一介质腔11和第二介质腔10相连通，用于向第一介质腔11和第二介质腔10内内通入液氮，保证待成型铝合金板坯5的加工温度。

在一些优选的实施例中，下模2的内壁上设置保温隔热层，避免第一介质腔11和第二介质腔10的温度流失，影响待成型铝合金板坯5的加工温度。

在一些优选的实施例中，成型槽内设置位移传感器，位移传感器用于检测铝合金构件与成型槽的槽壁的距离。具体地，位移传感器用于检测铝合金构件的突起部分结构与成型槽的槽壁的距离。在一些具体的实施例中位移传感器包括主体和与主体可连接的可伸缩探头，当铝合金构件的突起部分结构与成型槽逐渐接近时，可伸缩探头逐渐退回至主体内，直至铝合金构件的突起部分结构与成型槽的内壁贴合，因此，可通过位移传感器检测铝合金构件的突起部分结构与成型槽的槽壁的距离，以考察铝合金构件的突起部分结构与成型槽的贴合程度。

在一些优选的实施例中，待成型铝合金板坯5与下模2的接触处设置防压板，本实施例中防压板的形状与上模1和下模2相接触的平面形状相匹配，在一些具体的实施例中，方压板为聚四氟乙烯材料制备的平板结构，厚度为0.2-3.0mm，防止上模1下压过程中对待成型铝合金板坯5造成压痕，使待成型铝合金板坯5的成型表面平整，美观。

在一些优选的实施例中，上模1内也可设置低温管路14，并与液氮罐12相连通，通过上模1和下模2同时提供冷源，尽快达到加工冷却温度，提高加工效率。

在一些优选的实施例中，低温管路14还设置控制阀13，用于控制液氮的通断，控制方便。

与现有技术比较，本发明实施例提供的一种铝合金构件超低温成形装置，采用固体颗粒介质作为冷却介质和传力介质，具有蓄冷效果好，易于实现柔性加载和密封，不易喷溅等优点；通过第一液压缸与第一介质腔11相连接，第二液压缸与第二介质腔10相连接，调控待成型铝合金板坯5不同区域的变形顺序和变形量，协调板坯的变形并改善成形构件的壁厚分布，工艺柔性较高。

如图4所示，本发明实施例还提供一种铝合金构件超低温成形方法，基于的铝合金构件超低温成形装置，包括如下步骤：

步骤S1：上模1和下模2处于打开状态，向第一介质腔11和第二介质腔10内分别注入固体颗粒介质至饱满；

步骤S2：向第一介质腔11和第二介质腔10内通入冷却介质，使固体颗粒介质冷却到-190至-180℃的温度区间，并保温10-30min，其中冷却介质为液氮；

步骤S3：将预先切好的待成型铝合金板坯5放置于下模2的顶部，推动上模1下行，并向下模2施加0.5-2.0MPa的压力，并使上模1和下模2合模，本实施例中预先切好的待成型铝合金板坯5为铝合金板坯，且铝合金板坯的厚度为0.5-2.5mm；

步骤S4：当待成型铝合金板坯5的表面温度达到-190至-160℃的温度区间时，启动第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7，并以0.5-2mm/s的速度压入第一介质腔11，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5加压，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S5：启动第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6，使第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7以0.5-2mm/s的速度压入第一介质腔11，第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6以0.5-2mm/s的速度压入第二介质腔10，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5再次加压，继续使待成型铝合金板坯5在低温固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S6：继续向下模2施加2-10MPa的压力，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下与上模1的成型槽完全贴合，并保压3-30s；

步骤S7：排出第一介质腔11和第二介质腔10内的剩余冷却介质，退回第一垂直液压缸9、第一水平液压缸7、第二垂直液压缸8、第二水平液压缸6和上模1，开模，取出成型的铝合金构件。

本实施例步骤S3中，使上模1和下模2合模包括开动合模压力机并带动上横梁3的上模1下行与下横梁4的下模2完成合模，并施加0.5-2.0MPa的合模力，以提供适于待成型零件加工的合膜压力。

本实施例在步骤S3之前，还包括对铝合金板坯预先冷却，以使得铝合金板坯更快适应加工温度，利于铝合金板坯的加工成型，在一些具体的实施例中，可以使铝合金板坯浸泡在盛满液氮的容器中，保温时间30-60分钟。

本实施例在步骤S4和步骤S5之间增加退火处理工艺，降低硬度,消除残余应力,稳定尺寸,减少变形与裂纹倾向，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。在一些具体的实施例中，使中间形状的铝合金构件在320-380℃之间进行退火处理，保温时间30-120min。

在一些优选的实施例中，成型的铝合金构件的成型槽为阶梯状结构，且成型槽的体积与第一垂直液压缸9、第一水平液压缸7、第二垂直液压缸8、第二水平液压缸6满足如下计算公式：

L1＝K1(ΔV/S),L2＝K2(V-ΔV)/2S,

其中，L1为步骤S4中第一垂直液压缸9的移动距离和第一水平液压缸7的移动距离之和；L2为步骤S5中第一垂直液压缸9的移动距离和第一水平液压缸7的移动距离之和或步骤S5中第二垂直液压缸8的移动距离和第二水平液压缸6的移动距离之和；V为成型槽体积，ΔV为阶梯状包络的体积差，S为介质腔的横截面积，K1、K2为常数，且K1的取值范围为1.2-1.5，K2的取值范围为0.8-1.2。

本实施例中，第一介质腔与第二介质腔的结构、大小相同，因此介质腔的横截面积为第一介质腔的横截面积或第二介质腔的横截面积。

在一些优选的实施例中，阶梯状结构包括第一阶梯和第二阶梯，且第一阶梯的高度大于第二阶梯的高度，本实施例中，阶梯状包络的体积差ΔV即第一阶梯与第二阶梯的体积差。

本发明的一种铝合金构件超低温成形方法可根据阶梯型零件的形状特点，通过计算成型槽的阶梯差所对应的体积差，使待成型铝合金板坯5优先成形出深度较大的区域并贴模，避免过度减薄。

本发明的一种铝合金构件超低温成形方法与铝合金构件超低温成形装置相对于现有技术的其他优势相同，在此不再赘述。

实施例1

如图5和图6所示，本发明实施例提供一种5A06铝合金复杂深腔曲面构件超低温成形方法，其中铝合金板坯厚1.5mm，制得的铝合金成型构件的长、宽、高尺寸为792mm×392mm×315mm，且存在深腔曲面和拉深负角特征，包括如下步骤：

步骤S1：上模1和下模2处于打开状态，向第一介质腔11和第二介质腔10内分别注入固体颗粒介质至饱满；

步骤S2：向第一介质腔11和第二介质腔10内通入冷却介质，使固体颗粒介质冷却到-190℃的温度，并保温10min，其中冷却介质为液氮；

步骤S3：将预先切好的待成型铝合金板坯5放置于下模2的顶部，并使上模1和下模2合模，并施加2.0MPa的合模力；

步骤S4：当待成型铝合金板坯5的表面温度达到-190℃的温度时，启动第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7，并以0.5mm/s的速度压入第一介质腔11，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5加压，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S5：启动第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6，使第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7以0.5mm/s的速度压入第一介质腔11，第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6以0.5mm/s的速度压入第二介质腔10，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5再次加压，继续使待成型铝合金板坯5在低温固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S6：调整合模力为3MPa，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下与上模1的成型槽完全贴合，并保压10s；

步骤S7：排出第一介质腔11和第二介质腔10内的剩余冷却介质，退回第一垂直液压缸9、第一水平液压缸7、第二垂直液压缸8、第二水平液压缸6和上模1，开模，取出成型的5A06铝合金复杂深腔曲面构件。

实施例2

如图7-9所示，本发明实施例提供一种5182铝合金复杂深腔曲面构件超低温成形方法，其中铝合金板坯厚1.2mm，制得的铝合金成型构件的长、宽、高尺寸为1060mm×520mm×345mm，存在较大的阶梯型曲面和外凸曲面特征，包括如下步骤：

步骤S1：上模1和下模2处于打开状态，向第一介质腔11和第二介质腔10内分别注入固体颗粒介质至饱满；

步骤S2：向第一介质腔11和第二介质腔10内通入冷却介质，使固体颗粒介质冷却到-180℃的温度，并保温20min，其中冷却介质为液氮；

步骤S3：将预先切好的待成型铝合金板坯5放置于下模2的顶部，并使上模1和下模2合模，并施加1.0MPa的合模力；

步骤S4：当待成型铝合金板坯5的表面温度达到-180℃的温度时，启动第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7，并以1mm/s的速度压入第一介质腔11，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5加压，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S5：关闭第一液压缸和第二液压缸并卸除合模力，开模取出第一中间形状的5182铝合金构件做退火处理，退火温度为325℃，保温时间30分钟；

步骤S6：把退火处理后的5182铝合金构件再次放入下模2上和合膜，再次启动第一垂直液压缸9、第一水平液压缸7、第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6，使第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7以0.5mm/s的速度压入第一介质腔11，第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6以0.5mm/s的速度压入第二介质腔10，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5再次加压，继续使待成型铝合金板坯5在低温固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S7：调整合模力为2MPa，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下与上模1的成型槽完全贴合，并保压20s；

步骤S8：排出第一介质腔11和第二介质腔10内的剩余冷却介质，退回第一垂直液压缸9、第一水平液压缸7、第二垂直液压缸8、第二水平液压缸6和上模1，开模，取出成型的5182铝合金阶梯型构件。

实施例3

如图10所示，本发明实施例提供一种2219铝合金复杂曲面件超低温成形方法，其中铝合金板坯厚1mm，制得的铝合金成型构件的长、宽、高尺寸为388mm×156mm×118mm，存在较大的双曲率曲面特征，包括如下步骤：

步骤S1：上模1和下模2处于打开状态，向第一介质腔11和第二介质腔10内分别注入固体颗粒介质至饱满；

步骤S2：向第一介质腔11和第二介质腔10内通入冷却介质，使固体颗粒介质冷却到-185℃的温度，并保温15min，其中冷却介质为液氮；

步骤S3：将预先切好的待成型铝合金板坯5进行淬火处理，固溶温度为525℃，保温30min，然后将铝合金板坯浸入到盛满液氮的容器中冷却30min；

步骤S4：将淬火处理后的待成型铝合金板坯5放置于下模2的顶部，并使上模1和下模2合模，并施加2.0MPa的合模力；

步骤S5：当待成型铝合金板坯5的表面温度达到-180℃的温度时，启动第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7，并以0.5mm/s的速度压入第一介质腔11，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5加压，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S6：启动第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6，使第一垂直液压缸9和第一水平液压缸7以0.5mm/s的速度压入第一介质腔11，第二垂直液压缸8和第二水平液压缸6以0.5mm/s的速度压入第二介质腔10，推动固体颗粒介质向待成型铝合金板坯5再次加压，继续使待成型铝合金板坯5在低温固体颗粒介质的压力作用下向上模1内流入；

步骤S7：调整合模力为4MPa，使待成型铝合金板坯5在固体颗粒介质的压力作用下与上模1的成型槽完全贴合，并保压15s；

步骤S8：排出第一介质腔11和第二介质腔10内的剩余冷却介质，退回第一垂直液压缸9、第一水平液压缸7、第二垂直液压缸8、第二水平液压缸6和上模1，开模，取出成型的2219铝合金复杂曲面构件。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，包括：

上模(1)和下模(2)，所述上模(1)内设置与铝合金构件的形状相适配的成型槽，所述下模(2)内设置相互独立的第一介质腔(11)和第二介质腔(10)，且所述第一介质腔(11)和所述第二介质腔(10)内填充有固体颗粒介质；

第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸与所述第一介质腔(11)相连接，所述第二液压缸与所述第二介质腔(10)相连接；以及

冷源，所述冷源与所述第一介质腔(11)和所述第二介质腔(10)相连通。

2.根据权利要求1所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述第一液压缸包括第一垂直液压缸(9)和第一水平液压缸(7)，所述第一垂直液压缸(9)通过所述第一介质腔(11)的底壁与所述第一介质腔(11)连通，所述第一水平液压缸(7)通过所述第一介质腔(11)的侧壁与所述第一介质腔(11)连通。

3.根据权利要求2所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述第二液压缸包括第二垂直液压缸(8)和第二水平液压缸(6)，所述第二垂直液压缸(8)通过所述第二介质腔(10)的底壁与所述第二介质腔(10)连通，所述第二水平液压缸(6)通过所述第二介质腔(10)的侧壁与所述第二介质腔(10)连通。

4.根据权利要求1所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述固体颗粒介质包括不锈钢珠、二氧化硅、氧化铝和氧化锆中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述上模(1)与所述下模(2)相配合的端面设有微孔，所述微孔内设有温度传感器，用于检测待成型铝合金板坯(5)的表面温度。

6.根据权利要求1所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述冷源包括相互连接的液氮罐(12)和低温管路(14)，所述低温管路(14)与所述第一介质腔(11)和所述第二介质腔(10)相连通。

7.根据权利要求6所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述下模(2)的内壁上设置保温隔热层。

8.根据权利要求7所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述成型槽内设置位移传感器，所述位移传感器用于检测所述铝合金构件与所述成型槽的槽壁的距离。

9.根据权利要求1所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，所述下模(2)与待成型铝合金板坯(5)的接触处设置防压板。

10.一种铝合金构件超低温成形方法，基于权利要求1-9任一项所述的铝合金构件超低温成形装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：上模(1)和下模(2)处于分离状态，向第一介质腔(11)和第二介质腔(10)内分别注入固体颗粒介质至饱满；

步骤S2：向所述第一介质腔(11)和所述第二介质腔(10)内通入冷却介质，使所述固体颗粒介质冷却到-190至-180℃的温度区间，并保温10-30min；

步骤S3：将预先切好的待成型铝合金板坯(5)放置于所述下模(2)的顶部，推动所述上模(1)下行，并向所述下模(2)施加0.5-2.0MPa的压力，使所述上模(1)和所述下模(2)合模；

步骤S4：当所述待成型铝合金板坯(5)的表面温度达到-190至-160℃的温度区间时，启动第一垂直液压缸(9)和第一水平液压缸(7)，并以0.5-2mm/s的速度压入所述第一介质腔(11)，推动所述固体颗粒介质向所述待成型铝合金板坯(5)加压，使所述待成型铝合金板坯(5)在所述固体颗粒介质的压力作用下向所述上模(1)内流入；

步骤S5：启动第二垂直液压缸(8)和第二水平液压缸(6)，使所述第一垂直液压缸(9)和所述第一水平液压缸(7)以0.5-2mm/s的速度压入所述第一介质腔(11)，所述第二垂直液压缸(8)和所述第二水平液压缸(6)以0.5-2mm/s的速度压入所述第二介质腔(10)，推动所述固体颗粒介质向所述待成型铝合金板坯(5)再次加压，继续使所述待成型铝合金板坯(5)在低温固体颗粒介质的压力作用下向所述上模(1)内流入；

步骤S6：继续向所述下模(2)施加2-10MPa的压力，使所述待成型铝合金板坯(5)在所述固体颗粒介质的压力作用下与所述上模(1)的成型槽完全贴合，并保压3-30s；

步骤S7：排出所述第一介质腔(11)和所述第二介质腔(10)内的剩余冷却介质，退回所述第一垂直液压缸(9)、所述第一水平液压缸(7)、所述第二垂直液压缸(8)、所述第二水平液压缸(6)和所述上模(1)，开模，取出成型的铝合金构件。

11.根据权利要求10所述的铝合金构件超低温成形方法，其特征在于，所述成型的铝合金构件的成型槽为阶梯状结构，且所述成型槽的体积与所述第一垂直液压缸(9)、所述第一水平液压缸(7)、所述第二垂直液压缸(8)、所述第二水平液压缸(6)满足如下计算公式：

L1＝K1(ΔV/S),L2＝K2(V-ΔV)/2S,

其中，L1为步骤S4中所述第一垂直液压缸(9)的移动距离和所述第一水平液压缸(7)的移动距离之和；L2为步骤S5中所述第一垂直液压缸(9)的移动距离和所述第一水平液压缸(7)的移动距离之和，或步骤S5中所述第二垂直液压缸(8)的移动距离和所述第二水平液压缸(6)的移动距离之和；V为所述成型槽体积，ΔV为阶梯状包络的体积差，S为介质腔的横截面积，K1、K2为常数，且K1的取值范围为1.2-1.5，K2的取值范围为0.8-1.2。

Images