5A90合金钣金件热成形工艺研究

□刘金玲

5A90合金是可热处理强化的中等强度Al-Mg-Li系合金。该类合金在国外被广泛应用于航空航天制造上。由于该材料在常温条件下，具有材料强度高、硬度大及加工硬化敏感的特点，使其在常规钣金成形过程中随着塑性变形的增加，加工硬化现象急剧增大，造成局部变形明显的区域，塑性损失严重，而强度、硬度、弹性模量显著增加，使其变形抗力上升、回弹量增加。一般需要施加更大的变形力及保压时间，同时要考虑回弹量的增加，增大了加工难度。而研究表明，对于难成形的轻质合金材料，其塑性随温度的升高有明显的改善。因此，充分利用材料的该特点，通过采用高温模具成形工艺，减少成形过程的内应力及变形抗力等措施，为该类材料的推广应用提供了重要的参考。

一、零件结构

某机型科研生产中，某零件选用1.2mm厚的5A90铝锂合金钣金件，其外形为复杂的曲面结构，曲率过渡不均匀，过渡区半径仅为4mm，具有很明显的折点，零件在加工过程中材料不易流动导致起皱，而且零件变形量大，最大弧度变形区的弦高达265mm，在室温下成形时超过了该材料的成形极限，零件无法成形。零件结构如图1所示。

二、工艺分析

由于零件本身结构的复杂性及材料的特性，该零件在室温下无法成形，但该合金在4000C～4650C下极限强度显著降低，塑性显著提高，故可以通过选择合适的温度范围在刚性模内进行等温加热成形。等温加热成形是将热成形模具放在热成形机中加热，待模具温度达到工艺要求时，将板材放入模具中保温，待温度均匀后合模，保温保压，具体工艺流程如下：制展开毛料→预成形→手工修整→热校形→粗制外形→除油→测电导率→时效→测电导率→表面处理→制外形→终检。

三、技术难点

第一，5A90铝锂合金的热成形工艺不完善，没有具体的工艺参数，需要通过试验摸索。第二，由于5A90合金与模具材料热膨胀系数差异较大，必须考虑模具和零件材料在热成形温度下热膨胀量的差异，并对模具尺寸进行修正，才能保证零件成形后的尺寸符合设计要求。第三，对于带外伸的罩类零件应设计合理的过渡区半径，一般取r≥6～8S，而此零件料厚S为1.2mm，合理的过渡区半径r≥7.2～9.6mm,而该零件过渡区半径仅为4mm,将使零件材料在加工过程中难于流动，容易起皱，导致报废。

四、解决措施

(一)摸索工艺参数。选取尺寸为800mmX1,200mm，厚度为1.2mm的5A90板材作为试验件，在不同温度下成形。在试验过程中400℃～460℃的成形温度都使材料的变形抗力降低，塑性增加。但是零件在温度430℃～460℃更易成形。最后选定430℃±10℃作为零件的预成形温度，450℃±10℃作为零件最终校形温度。

(二)模具尺寸的确定。热成形时，必须考虑模具材料和零件在操作温度下热膨胀量的差异，并进行修正，才能保证零件冷至室温后的尺寸。

模具和零件尺寸热膨胀的差值或修正量ΔLS表示如(1)式：

ΔLS=KSLcj

(1)

式中Lcj——零件常温下的名义尺寸；KS——缩尺或放尺系数，正放负缩；

KS值可按(2)式计算：

(2)

式中T——成形温度，4300C；T0——室温，200C；aj——成形温度时，零件材料的热膨胀系数，23.63X10-61/0C；am——成形温度时，模具材料的热膨胀系数，13.7X10-61/0C。

由于5A90铝合金板料的膨胀系数不确定，故根据其同类材料5A02的热膨胀系数计算材料为中硅钼球铁的模具修正尺寸。根据(2)式计算得出KS=0.004245，考虑装配公差及制造误差将工装缩尺比例调整为1∶1.0055。

(三)解决起皱的方法。

1.精确控制毛料尺寸。毛料的余量过大，成形时不利于材料流动，容易起皱。毛料余量过小，无法保证零件外形尺寸，因此在成形前要尽量精准地确定毛料尺寸。用铝板(M状态)制取一件合格零件后，将局部收缩或拉伸部位展平，作为毛料样板，按此样板制成展开件来成形零件，经几次试压后，直至成形出合格零件，将此样板确定为展开毛料样板。

2.毛料预成形。零件结构复杂，一次成形时变形量过大，容易出现死褶，导致零件报废。在零件成形时增加预成形可有效避免褶皱的产生。预成形时，严格控制模具的进给速度，当零件出现较大变形时，停止模具进给，手工对零件进行收放料的修整，直至零件成形。零件成形后将模具加热到430℃±10℃，进行最终校形，使零件应力释放，保证成形后零件的尺寸精度。

五、结语

通过摸索合理的热成形工艺参数，合理计算模具尺寸及进行人工排褶，实现了5A90铝锂合金复杂零件的加工制造，为5A90铝锂合金薄板零件的热加工方法摸索出新出路。