CN109604444B - 一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具，包括：上模底板；热压终成形上模板，其具有第一型腔面；下模，其具有第二型腔面，第二型腔面的中部具有成形凸台；超塑预成形上模板，其为一环形结构；当超塑预成形上模与下模合模时，超塑预成形上模板环设于成形凸台的外侧，并且超塑预成形上模板的内侧边沿与成形凸台的外侧面保留有环形间隙；通气孔，其设置在上模底板上；当热压终成形上模与下模合模时，第一型腔面和第二型腔面彼此配合形成一用于成形铝合金蒙皮的型腔。本发明还提供了一种大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，采用成形模具加工铝合金蒙皮。本发明可以有效解决壁厚局部减薄引起的开裂问题，壁厚均匀性较好。

Description

一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具及成形方法

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，尤其涉及一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具及成形方法。

背景技术

热成形和超塑成形技术已成为钛合金、铝合金、高温合金等复杂零部件加工制造的重要手段之一，在航空航天和武器装备领域已得到广泛应用。在轨道交通领域，大尺寸铝合金车身蒙皮的整体化、轻量化程度越来越高，制造精度要求也越来越高。

目前铝合金车身蒙皮常采用先冷压成形，随后再拼焊成整体的方法制备。由于铝合金蒙皮局部特征复杂，冷成形易发生开裂，且拼焊时容易变形，尺寸精度难以达到要求，型面精度也难以控制，通常后续需要大量的手工校形，成形周期长，并且容易产生回弹、起皱等缺陷，加工成本高，制备难度大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提出了一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具，以及相应的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法。

本发明的技术解决方案是：

一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具，所述铝合金蒙皮包括平面主体，所述平面主体的中部具有环形立筋，所述环形立筋具有附属结构，所述环形立筋与其附属结构之间，所述环形立筋与平面主体之间以及所述附属结构与平面主体之间均通过圆角过渡，所述成形模具包括：

上模底板；

热压终成形上模板，其具有第一型腔面；

下模，其具有第二型腔面，所述第二型腔面的中部具有用于成形所述环形立筋、所述附属结构以及各过渡圆角的成形凸台；

超塑预成形上模板，其为一环形结构；其中，当所述超塑预成形上模板装设于所述上模底板的下部时，所述超塑预成形上模板与所述上模底板组合成超塑预成形上模，所述超塑预成形上模板相对于所述上模底板的下部突出设置；当所述超塑预成形上模与所述下模合模时，所述超塑预成形上模板环设于所述成形凸台的外侧，并且所述超塑预成形上模板的内侧边沿与所述成形凸台的外侧面保留有环形间隙；

通气孔，其设置在所述上模底板上，用于将所述超塑预成形上模与所述下模合模所形成的密闭腔与外部气源连通；

排气孔，其设置在所述下模上；

其中，当所述热压终成形上模板装设于所述上模底板的下部时，所述热压终成形上模板与所述上模底板组合成热压终成形上模，当所述热压终成形上模与所述下模合模时，所述第一型腔面和所述第二型腔面彼此配合形成一用于成形所述铝合金蒙皮的型腔。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形模具中，所述上模底板具有多个第一减重腔，所述热压终成形上模板在所述第一型腔面的上方具有多个第二减重腔，所述下模在所述第二型腔面的下方具有多个第三减重腔。

一种大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，采用所述的成形模具加工铝合金蒙皮，包括以下步骤：

步骤一、根据所述铝合金蒙皮构件尺寸和形状，选择板材，并为板材在长度和宽度方向上增加成形余量；

步骤二、将所述超塑预成形上模板装设至所述上模底板的下部，从而组合成超塑预成形上模；将所述超塑预成形上模和所述下模合模后加热至超塑预成形温度，打开所述超塑预成形上模；将板材放置于所述下模的第二型腔面上；驱动所述超塑预成形上模向所述下模运动，待所述超塑预成形上模与所述下模合模，通过所述通气孔从所述板材的上方向由所述超塑预成形上模和所述下模合模所形成的密闭腔通入加载气体，使所述板材的中部成形出一个预成形凸台，其中，所述预成形凸台的外侧面从所述成形凸台的上边缘平滑过渡至所述超塑预成形上模板的内侧边缘；停止通气；通过所述排气孔排出所述板材与所述下模之间的残余气体，从而完成超塑预成形；

步骤三、对完成超塑预成形的板材进行机械加工，在所述完成超塑预成形的板材的周边余量部位切割止裂豁口，并将所述预成形凸台上边缘向内偏置一定距离划线切割，除去所述预成形平台顶部部分余量；

步骤四、将所述超塑预成形上模板从所述上模底板上拆卸，将所述热压终成形上模板装设于所述上模底板的下部，从而组合成热压终成形上模；将所述热压终成形上模和所述下模合模后加热至热压终成形温度，打开所述热压终成形上模；将经步骤三加工过的板材放置于所述下模的第二型腔面上；驱动所述热压终成形上模向所述下模运动，待所述热压终成形上模与所述下模合模，完成热压终成形，成形出所述铝合金蒙皮。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，两个定位板分别设置在所述下模两个彼此相邻的侧壁上，且每个定位板向上突出于相应侧壁的上方平面；所述步骤二中，当所述超塑预成形上模与所述下模合模时，以及，所述步骤四中，当所述热压终成形上模与所述下模合模时，所述上模底板的两个彼此相邻的侧壁分别抵靠在两个定位板上。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述步骤三中，将所述预成形凸台上边缘向内偏置一定距离划线切割，除去所述预成形平台顶部部分余量时，保留定位孔，所述步骤四中，在将经步骤三加工过的板材放置于所述下模的第二型腔面上时，将所述预成形凸台重叠放置在所述下模的成形凸台上，利用定位销穿过所述定位孔，从而所述经步骤三加工过的板材固定在所述成形凸台上。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述步骤二中，所述超塑预成形温度为450～520℃，所述加载气体的最大压力为0.3～0.8MPa，合模压力为400～600T，所述超塑预成形上模向所述下模运动的速度为1～2mm/s。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述步骤四中，所述热压终成形温度为450～520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为0.8～10mm/s。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述平面主体的一侧连接有曲面立边，所述附属结构为形成在所述环形立筋外侧面的扇形凸起。

优选的是，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述板材为牌号5083或5A06变形铝合金板材。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明实现了对大尺寸铝合金蒙皮的整体成形，无需多块拼焊，可以有效避免焊接变形、回弹等缺陷，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；本发明尤其适用于对大尺寸轨道车辆用铝合金蒙皮进行加工成形；

(2)本发明采用超塑预成形和热压终成形复合成形方法可以有效解决壁厚局部减薄引起的开裂问题，壁厚均匀性较好；

(3)采用本发明的成形方法制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度可以达到±0.5mm，型面精度达到±0.4mm，表面粗糙度达到Ra3.2，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为14％；

(4)本发明超塑预成形和热压终成形共用一套下模，上模可通过拆装上模板与上模底板切换成形方式，且上下模均按照型面形状铸有减重腔，大幅降低模具材料及加工成本。

附图说明

图1为在一个实施例中铝合金蒙皮的结构示意图；

图2为在一个实施例中铝合金蒙皮工艺设计图；

图3为一个实施例中超塑预成形气体加载曲线示意图；

图4为在一个实施例中使用超塑预成形模具进行超塑预成形的示意图；

图5为在一个实施例中使用热压终成形模具进行热压终成形的示意图；

图6为在一个实施例中余量部位豁口切割位置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1至图5所示，本发明提供了一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具，所述铝合金蒙皮1包括平面主体10，所述平面主体10的中部具有环形立筋12，所述环形立筋12具有附属结构，所述环形立筋12与其附属结构之间，所述环形立筋12与平面主体10之间以及所述附属结构与平面主体10之间均通过圆角过渡，所述成形模具包括：上模底板3；热压终成形上模板5，其具有第一型腔面；下模6，其具有第二型腔面20，所述第二型腔面20的中部具有用于成形所述环形立筋、所述附属结构以及各过渡圆角的成形凸台18；超塑预成形上模板4，其为一环形结构；其中，当所述超塑预成形上模板4装设于所述上模底板3的下部时，所述超塑预成形上模板4与所述上模底板3组合成超塑预成形上模，所述超塑预成形上模板4相对于所述上模底板的下部突出设置；当所述超塑预成形上模与所述下模合模时，所述超塑预成形上模板4环设于所述成形凸台18的外侧，并且所述超塑预成形上模板的内侧边沿与所述成形凸台的外侧面保留有环形间隙；通气孔，其设置在所述上模底板3上，用于将所述超塑预成形上模与所述下模合模所形成的密闭腔与外部气源连通；排气孔，其设置在所述下模上；其中，当所述热压终成形上模板5装设于所述上模底板3的下部时，所述热压终成形上模板5与所述上模底板3组合成热压终成形上模，当所述热压终成形上模与所述下模合模时，所述第一型腔面和所述第二型腔面20彼此配合形成用于成形所述铝合金蒙皮的型腔。

环形立筋12和平面主体10之间通过圆角14过渡，同样地，环形立筋12与其附属结构之间均通过圆角过渡，这些圆角过渡部位在成形过程中容易发生严重减薄，开裂。

进行超塑预成形之前，将超塑预成形上模板4装配到上模底板3的下部，组合成一个完整的超塑预成形上模。超塑预成形上模板4相对于上模底板的下部突出设置，即超塑预成形上模板4在上模底板的下方形成一个环形压板。进行超塑预成形时，随着超塑预成形上模向下运动，超塑预成形上模板环设于成形凸台的外侧，并且超塑预成形上模板的内侧边沿与成形凸台的外侧面保留有环形间隙，板材在超塑预成形上模板的压力下，逐渐发生变形，同时在加载气体的加载下，板材中部最终形成一个预成形平台17，该预成形平台17的外侧面从所述成形凸台的上边缘平滑过渡至所述超塑预成形上模板的内侧边缘。该预成形平台17除在高度上与环形立筋一致，其在局部细节上均未加工出来。由于超塑预成形上模板的内侧边沿与成形凸台的外侧面保留有环形间隙，预成形平台的外侧面的纵向截面就成倾斜状态，这为在预成形平台的基础上形成环形立筋、附属结构以及各过渡圆角提供了余量，可以避免后续终成形时过度减薄，避免开裂。

超塑预成形时，合模后，超塑预成形上模与下模限定出一个密闭腔，由于板材放置在超塑预成形上模与下模之间，板材将密闭腔分隔成上下两部分。利用通气孔从板材的上方向密闭腔内通气，从而对板材进行加载，以使板材最终预成形出预成形平台。通过气体加载可以避免板材的预成形平台附近过渡减薄，避免开裂。加载过程中，通过排气孔排出板材和下模之间的残余气体。待预成形平台形成，停止通气。

进行热压终成形之前，先将热压终成形上模板5装设到上模底板3的下部，从而组装出热压终成形上模。热压终成形上模板5具有第一型腔面，下模6具有第二型腔面20，第一型腔面和第二型腔面的形状均与所须成形的铝合金蒙皮型面形状完全一致，当热压终成形上模和下模合模时，第一型腔面和第二型腔面20彼此配合形成一个型腔，将铝合金蒙皮成形出来。热压终成形时，预成形平台继续变形，形成与环形立筋完全一致的形状，环形立筋上的附属结构以及各过渡圆角都被成形出来。

上模底板具有螺纹孔，超塑预成形上模板通过螺栓连接至上模底板的螺纹孔，进而固定在上模底板的下部。

本发明实现了对大尺寸铝合金蒙皮的整体成形，无需多块拼焊，可以有效避免焊接变形、回弹等缺陷，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高。

本发明采用超塑预成形和热压终成形复合成形方法可以有效解决壁厚局部减薄引起的开裂问题，壁厚均匀性较好。

本发明超塑预成形和热压终成形共用一套下模，上模可通过拆装上模板与上模底板切换成形方式，可以降低模具材料及加工成本。

所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形模具中，所述通气孔用于将所述密闭腔与一外部气源连通；所述排气孔设置在所述下模上。

开启外部气源，通过通气孔从板材上方向密闭腔内通入加载气体，以对板材进行加载。

当加载结束，则停止通气，通过排气孔排出密闭腔内的气体。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形模具中，所述上模底板3在所述容纳腔的上方具有多个第一减重腔15，所述热压终成形上模板5在所述第一型腔面的上方具有多个第二减重腔21，所述下模在所述第二型腔面的下方具有多个第三减重腔。

上模底板和热压终成形上模板均按照型面形状铸有减重腔，大幅降低模具材料及加工成本。

如图1至图6所示，本发明还提供了一种大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，采用所述的成形模具加工铝合金蒙皮，包括以下步骤：

步骤一、根据所述铝合金蒙皮1构件尺寸和形状，选择板材，并为板材在长度和宽度方向上增加成形余量。

步骤二、将所述超塑预成形上模板4装设至所述上模底板3的下部，从而组合成超塑预成形上模；将所述超塑预成形上模和所述下模6合模后加热至超塑预成形温度，打开所述超塑预成形上模；将板材放置于所述下模6的第二型腔面20上；驱动所述超塑预成形上模向所述下模6运动，待所述超塑预成形上模与所述下模6合模，通过所述通气孔从所述板材的上方向由所述超塑预成形上模和所述下模合模所形成的密闭腔通入加载气体，使所述板材的中部成形出一个预成形凸台17，其中，所述预成形凸台17的外侧面从所述成形凸台18的上边缘平滑过渡至所述超塑预成形上模板4的内侧边缘；停止通气；通过所述排气孔排出所述板材与所述下模之间的残余气体，从而完成超塑预成形。

步骤三、对完成超塑预成形的板材16进行机械加工，在所述完成超塑预成形的板材16的周边余量部位切割止裂豁口，并将所述预成形凸台的上边缘向内偏置一定距离划线切割，除去所述预成形平台的顶部部分余量。

步骤四、将所述超塑预成形上模板4从所述上模底板3上拆卸，将所述热压终成形上模板5装设于所述上模底板3的下部，从而组合成热压终成形上模；将所述热压终成形上模和所述下模合模后加热至热压终成形温度，打开所述热压终成形上模；将经步骤三加工过的板材放置于所述下模的第二型腔面20上；驱动所述热压终成形上模向所述下模运动，待所述热压终成形上模与所述下模合模，完成热压终成形，成形出所述铝合金蒙皮。

步骤一中，板材长宽边缘各设置两个吊装孔，用于在成形后取出加工成形的铝合金蒙皮。两个吊装孔可以保证零件受力均匀，防止发生变形。

超塑预成形模具或者热压终成形模具装设在一个热压设备中。使用超塑预成形模具时，将超塑预成形上模(包括上模底板和超塑预成形上模板)装配至热压设备的上平台，将下模装配在热压设备的下平台，热压设备的上平台可以驱动超塑预成形上模向下运动，并实现合模。同样，使用热压终成形模具时，将热压终成形上模(包括上模底板和热压终成形上模板)装配至热压设备的上平台，将下模装配在热压设备的下平台，热压设备的上平台可以驱动热压终成形上模向下运动，并实现合模。热压设备可以实现对超塑预成形模具或者热压终成形模具的加热。超塑预成形上模板、热压终成形上模板以及下模均设置有测温孔，热电偶置于测温孔内，用于检测超塑预成形模具和热压终成形模具的温度。

图4为利用超塑预成形模具进行超塑预成形的示意图，图中处于超塑预成形上模板和下模之间的板材为完成超塑预成形的板材16。步骤二中，随着超塑预成形上模向下运动，超塑预成形上模板4环设于成形凸台18的外侧，并且超塑预成形上模板4的内侧边沿与成形凸台的外侧面保留有环形间隙，板材在超塑预成形上模板的压力下，逐渐发生变形，同时在加载气体的加载下，板材中部最终形成一个预成形平台17，该预成形平台17的外侧面从所述成形凸台18的上边沿平滑过渡至所述超塑预成形上模板4的内侧边沿。该预成形平台17除在高度上与环形立筋12一致，其在局部细节上均未加工出来。由于超塑预成形上模板4的内侧边缘与成形凸台的外侧面保留有环形间隙，预成形平台的外侧面的纵向截面就成倾斜状态，这为在预成形平台的基础上形成环形立筋、附属结构以及各过渡圆角提供了余量，可以避免后续终成形时过度减薄，避免开裂。

如图6所示，步骤三中，对经过超塑预成形的板材16的周边余量部位切割豁口。在一个实施例中，经过超塑预成形的板材的周边余量部位具有三个直角部位，因此，可以在板材这三个直角部位规划三个切割斜线22(沿着图5中黑色斜线)，沿着三个切割斜线切割止裂豁口，以避免加工时板材发生开裂。同时，预成形平台17对应着环形立筋，环形立筋的局部细节较多，局部减薄严重，因此，在预成形平台的顶壁上，沿着其上边沿规划环形切割线23，沿着环形切割线进行切割，以加工出一个豁口，豁口尖部设置有止裂孔，从而将预成形平台的顶部部分余量除去。

图5为利用热压终成形模具进行热压终成形的示意图，图中处于热压终成形上模板和下模之间的板材为完成热压终成形的铝合金蒙皮构件。为利用步骤四中，热压终成形上模板5具有第一型腔面，下模6具有第二型腔面，当热压终成形上模和下模合模时，第一型腔面和第二型腔面彼此配合形成一个型腔，将铝合金蒙皮成形出来。热压终成形过程中，预成形平台继续变形，形成与环形立筋完全一致的形状，而且环形立筋上的附属结构以及各过渡圆角都被成形出来。

本发明先利用超塑预成形，使板材形成一个大致的形状，再利用热压终成形，成形出各种局部细节，可以有效解决壁厚局部减薄引起的开裂问题，壁厚均匀性较好。

本发明实现了对大尺寸铝合金蒙皮的整体成形，无需多块拼焊，可以有效避免焊接变形、回弹等缺陷，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，两个定位板8,19分别设置在所述下模6两个彼此相邻的侧壁上，且每个定位板向上突出于相应侧壁的上方平面；所述步骤二中，当所述超塑预成形上模与所述下模合模时，以及，所述步骤四中，当所述热压终成形上模与所述下模合模时，所述上模底板3的两个彼此相邻的侧壁分别抵靠在两个定位板8,19上。

使用一对定位板对超塑预成形上模或者热压终成形上模进行定位，以保证合模时位置准确，保证加工精度。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述步骤三中，沿着所述预成形凸台17的上边缘向内偏置一定距离划线切割，除去所述预成形平台17的顶部部分余量时，保留定位孔；所述步骤四中，在经步骤三加工过的板材放置于所述下模6的第二型腔面20上时，将所述预成形凸台17重叠放置在所述下模的成形凸台18上，利用定位销9穿过所述定位孔，从而将所述经步骤三加工过的板材固定在所述成形凸台18上。

在沿着所述预成形凸台的上边沿切割时，在彼此相对的两侧各保留一个定位片，一对定位片连接至预成形平台的外侧面。进行热压终成形时，可以利用定位销将板材固定在成形凸台上，从而避免热压终成形时板材的位置发生移动，以提高加工精度。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述步骤二中，所述超塑预成形温度为450～520℃，所述加载气体的最大压力为0.3～0.8MPa，合模压力为400～600T，所述超塑预成形上模向所述下模运动的速度为1～2mm/s。

通过控制超塑预成形温度，保证板材具备合适的流动性，从而实现板材的成形。加载气体优选为氩气。加载方式可以选择阶梯式加载，将加载气体的压力缓慢上升至最大压力，可以降低板材开裂的风险。加载气体的压力不宜过大，过大容易导致板材开裂。合模压力过大，或者超塑预成形上模向下运动的速度过快，也都可能导致板材开裂。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述步骤四中，所述热压终成形温度为450～520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为0.8～10mm/s。

通过控制超塑预成形温度，保证板材具备合适的流动性，从而实现板材的成形。热压终成形上模向下运动的速度过快，可能导致板材开裂。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述平面主体10的一侧连接有曲面立边11，所述附属结构为形成在所述环形立筋的外侧面的扇形凸起13。

环形立筋的附属结构为扇形凸起13，扇形凸起还具有凹槽。下模的成形凸台具有可以成形出扇形凸起及其凹槽的形状。扇形凸起与环形立筋之间，扇形凸起与平面主体之间，以及环形立筋与平面主体之间均通过圆角过渡。热压终成形时，热压终成形上模和下模共同作用，成形出上述扇形凸起、其上的凹槽以及各个部位的过渡圆角等全部的局部细节。

曲面立边作为主体结构，在超塑预成形步骤中形成。

在一个优选的实施例中，所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法中，所述板材为牌号5083或5A06变形铝合金板材。上模底板、超塑预成形上模板、热压终成形上模板以及下模的材质优选为45号钢或304不锈钢。

实施例1

以某大尺寸铝合金蒙皮为例，其形状尺寸见图1，零件材料为5083铝合金，型面主体为平面，边缘为曲面立边，最大外形尺寸为2500mm×2000mm，中部分布有环形立筋，高度为70mm，环形立筋两侧平行分布有扇形凸起，扇形凸起与底部平面主体和环形立筋之间均通过R4圆角过渡，环形立筋与平面主体之间也通过R4圆角过渡，每个扇形凸起上带有两个凹槽，凹槽宽度为42mm。

具体加工过程按如下步骤进行：

步骤(1)根据铝合金蒙皮构件尺寸(如图1所示)，选择成形所需4mm厚5083铝合金原料板材，根据铝合金蒙皮立筋及边缘曲面特点进行曲面造型，补充余量及工艺法兰边(如图2所示)，展开确定下料尺寸为3000mm×2200mm。因板材尺寸较大，下料时在板料长宽边缘各设置两个吊装孔，在成形后取出时使零件受力均匀，防止发生变形。

步骤(2)设计成形模具：设计制作超塑成形和热压终成形所需模具，然后对成形模具的型腔按照铝合金蒙皮尺寸进行适当放大加工，放大系数选取为5‰。

步骤(3)板材超塑预成形：将超塑预成形模具通过定位板8,19安装定位并加热至470℃后，把板材放于超塑预成形上模和下模6之间；超塑预成形上模逐渐向下模运动，速度为2mm/s，板材在超塑预成形上模4的作用下向超塑预成形型腔内流动，当超塑预成形上模和下模6合模完全时，合模压力为500T，超塑预成形上模和下模之间形成密闭腔，超塑预成形上模和板材之间也形成密闭空间，通过上模底板3上的通气孔，连通密闭腔与外界的气源，向密闭腔内按阶梯加载方式通入氩气至0.6MPa，当板材成形出大致形状且无开裂倾向时停止通气，完成超塑预成形(如图4所示)。气体加载方式如图3所示，采用阶梯加载的方式通入加载气体，气体压力先升至0.2MPa(升压时间为6min)，停留6min，再升至0.4MPa(升压时间为6min)，停留6min，最后升至0.6MPa，直至加载结束。

步骤(4)对步骤(3)完成超塑预成形的铝合金蒙皮构件采用机械加工方式在余量部位切割豁口(如图6所示)。

步骤(5)板材热压终成形：将步骤(2)设计制备的热压终成形模具通过定位板8,19安装定位并加热至470℃，把步骤(4)制备的板材放于热压终成形模具上模和下模6之间(如图5所示)，热压终成形上模逐渐向下运动，速度为2mm/s，板材在热压成形模具中逐渐变形，直至热压终成形上模和下模6合模完全，即板材热压成形完毕。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.5mm，型面精度±0.4mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为14％。

实施例2

步骤(3)中，超塑预成形温度为450℃，合模压力为400T。

步骤(5)中，所述热压终成形温度为450℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为0.8mm/s。

其他加工条件与实施例1相同。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.6mm，型面精度±0.6mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为16％。相比于实施例1，可使铝合金蒙皮预成形时间缩短20％。

实施例3

步骤(3)中，超塑预成形温度为520℃，合模压力为600T。

步骤(5)中，所述热压终成形温度为520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为10mm/s。

其他加工条件与实施例1相同。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.4mm，型面精度±0.4mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为15％。

实施例4

采用5A06变形铝合金板材加工铝合金蒙皮。

步骤(3)中，超塑预成形温度为450℃，合模压力为400T，所述超塑预成形上模向所述下模运动的速度为1mm/s。

步骤(5)中，所述热压终成形温度为450℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为0.8mm/s。

其他加工条件与实施例1相同。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.6mm，型面精度±0.6mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为16％。相比于实施例1，可使铝合金蒙皮预成形时间缩短20％。

实施例5

采用5A06变形铝合金板材加工铝合金蒙皮。

步骤(3)中，超塑预成形温度为520℃，合模压力为600T。

步骤(5)中，所述热压终成形温度为520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为10mm/s。

其他加工条件与实施例1相同。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.8mm，型面精度±0.6mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为18％。

实施例6

采用5A06变形铝合金板材加工铝合金蒙皮。

步骤(3)中，超塑预成形温度为520℃，合模压力为600T。所述加载气体的最大压力为0.3MPa(升压时间为10min)。

步骤(5)中，所述热压终成形温度为520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为10mm/s。

其他加工条件与实施例1相同。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.6mm，型面精度±0.6mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为19％。

实施例7

采用5A06变形铝合金板材加工铝合金蒙皮。

步骤(3)中，超塑预成形温度为520℃，合模压力为600T。所述加载气体的最大压力为0.8MPa，采用阶梯式加载的方式，气体压力先升至0.2MPa(升压时间为6min)，停留6min，再升至0.4MPa(升压时间为6min)，停留6min，再升至0.6MPa(升压时间为6min)，停留5min，最后升至0.8MPa。

步骤(5)中，所述热压终成形温度为520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为10mm/s。

其他加工条件与实施例1相同。

采用该实施例制备的大尺寸铝合金蒙皮尺寸精度为±0.4mm，型面精度±0.6mm，表面粗糙度Ra3.2，超塑-热压复合成形后，根部圆角均贴模到位，壁厚均匀性较好，最大减薄率为15％。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种大尺寸铝合金蒙皮的成形模具，所述铝合金蒙皮包括平面主体，所述平面主体的中部具有环形立筋，所述环形立筋具有附属结构，所述环形立筋与其附属结构之间，所述环形立筋与平面主体之间以及所述附属结构与平面主体之间均通过圆角过渡，其特征在于，所述成形模具包括：

上模底板；

热压终成形上模板，其具有第一型腔面；

下模，其具有第二型腔面，所述第二型腔面的中部具有用于成形所述环形立筋、所述附属结构以及各过渡圆角的成形凸台；

超塑预成形上模板，其为一环形结构；其中，当所述超塑预成形上模板装设于所述上模底板的下部时，所述超塑预成形上模板与所述上模底板组合成超塑预成形上模，所述超塑预成形上模板相对于所述上模底板的下部突出设置；当所述超塑预成形上模与所述下模合模时，所述超塑预成形上模板环设于所述成形凸台的外侧，并且所述超塑预成形上模板的内侧边沿与所述成形凸台的外侧面保留有环形间隙；

通气孔，其设置在所述上模底板上，用于将所述超塑预成形上模与所述下模合模所形成的密闭腔与外部气源连通；

排气孔，其设置在所述下模上；

其中，当所述热压终成形上模板装设于所述上模底板的下部时，所述热压终成形上模板与所述上模底板组合成热压终成形上模，当所述热压终成形上模与所述下模合模时，所述第一型腔面和所述第二型腔面彼此配合形成用于成形所述铝合金蒙皮的型腔。

2.如权利要求1所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形模具，其特征在于，所述上模底板具有多个第一减重腔，所述热压终成形上模板在所述第一型腔面的上方具有多个第二减重腔，所述下模在所述第二型腔面的下方具有多个第三减重腔。

3.一种大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，采用如权利要求1至2中任一项所述的成形模具加工铝合金蒙皮，包括以下步骤：

步骤一、根据所述铝合金蒙皮尺寸和形状，选择板材，并为板材在长度和宽度方向上增加成形余量；

步骤二、将所述超塑预成形上模板装设至所述上模底板的下部，从而组合成超塑预成形上模；将所述超塑预成形上模和所述下模合模后加热至超塑预成形温度，打开所述超塑预成形上模；将板材放置于所述下模的第二型腔面上；驱动所述超塑预成形上模向所述下模运动，待所述超塑预成形上模与所述下模合模，通过所述通气孔从所述板材的上方向由所述超塑预成形上模和所述下模合模所形成的密闭腔通入加载气体，使所述板材的中部成形出一个预成形凸台，其中，所述预成形凸台的外侧面从所述成形凸台的上边缘平滑过渡至所述超塑预成形上模板的内侧边缘；停止通气；通过所述排气孔排出所述板材与所述下模之间的残余气体，从而完成超塑预成形；

步骤三、对完成超塑预成形的板材进行机械加工，在所述完成超塑预成形的板材的周边余量部位切割止裂豁口，并将所述预成形凸台上边缘向内偏置一定距离划线切割，除去所述预成形平台顶部部分余量；

步骤四、将所述超塑预成形上模板从所述上模底板上拆卸，将所述热压终成形上模板装设于所述上模底板的下部，从而组合成热压终成形上模；将所述热压终成形上模和所述下模合模后加热至热压终成形温度，打开所述热压终成形上模；将经步骤三加工过的板材放置于所述下模的第二型腔面上；驱动所述热压终成形上模向所述下模运动，待所述热压终成形上模与所述下模合模，完成热压终成形，成形出所述铝合金蒙皮。

4.如权利要求3所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，两个定位板分别设置在所述下模两个彼此相邻的侧壁上，且每个定位板向上突出于相应侧壁的上方平面；所述步骤二中，当所述超塑预成形上模与所述下模合模时，以及，所述步骤四中，当所述热压终成形上模与所述下模合模时，所述上模底板的两个彼此相邻的侧壁分别抵靠在两个定位板上。

5.如权利要求4所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，所述步骤三中，将所述预成形凸台上边缘向内偏置一定距离划线切割，除去所述预成形平台顶部部分余量时，保留定位孔，所述步骤四中，在将经步骤三加工过的板材放置于所述下模的第二型腔面上时，将所述预成形凸台重叠放置在所述下模的成形凸台上，利用定位销穿过所述定位孔，从而所述经步骤三加工过的板材固定在所述成形凸台上。

6.如权利要求3所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，所述步骤二中，所述超塑预成形温度为450～520℃，所述加载气体的最大压力为0.3～0.8MPa，合模压力为400～600T，所述超塑预成形上模向所述下模运动的速度为1～2mm/s。

7.如权利要求3所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，所述步骤四中，所述热压终成形温度为450～520℃，所述热压终成形上模向所述下模运动的速度为0.8～10mm/s。

8.如权利要求3至7中任一项所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，所述平面主体的一侧连接有曲面立边，所述附属结构为形成在所述环形立筋外侧面的扇形凸起。

9.如权利要求8所述的大尺寸铝合金蒙皮的成形方法，其特征在于，所述板材为牌号5083或5A06变形铝合金板材。

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