具体实施方式

构成本发明申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

见图11～14，本发明提供一种铝合金后底顶盖构件的成型方法，其流程图如图11所示。本发明实施例所涉及的来料为O态2219铝合金。

所述成型方法包括如下步骤：

步骤一、下料：首先得到目标铝合金顶盖构件的平面展开图，然后根据平面展开尺寸用水切割设备切取如图12所示的构件坯料；

步骤二、平板冲压：平板冲压是将步骤一中所得构件坯料进行局部预成型，其中包括顶盖构件中部大孔的局部成型和周围翻边孔的翻边成型。首先以坯料周边三个孔作为定位孔，拉深构件中部大孔，然后以拉深后的构件中部孔进行定位，对周边三个孔进行翻边成型。平板冲压后构件示意图如图13所示。

步骤三、固溶处理：固溶处理的目的是使第二相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体，为后续的蠕变时效成型做准备。固溶处理试验所使用的设备为辊底式固溶炉，工艺参数为：在535℃温度下保温70分钟，然后立刻进行水冷，构件从固溶炉转移到水冷装置中的转移时间小于30s。

步骤四、蠕变时效成型：为获得具有目标型面精度的带凸孔后底顶盖构件，对固溶处理后的构件进行蠕变时效成型。蠕变时效成型的步骤如下所述：

步骤B、板材定位放置。将开有中心孔和周边孔的铝合金板料放置在模具型面上，使得铝合金板料的中心孔的中心点与模具主体的中心点在同一竖直线上，而铝合金板料的周边孔在模具型面上的投影落在模具主体中心点与模具凹孔中心点的连线上；

步骤C、真空加载。用透气毡将构件整体包裹，用真空袋覆盖在模具表面，密封完成后抽尽袋内空气并保压10分钟，此时，构件逐渐贴合模具型面。

步骤D、蠕变时效。将构件及其工装推进热压罐中，并在构件及工装上布置热电偶以检测成型过程中各区域温度情况。采用的蠕变时效成型工艺为：保持热压罐内气压为2MPa，时效温度为170℃，保温时间12h。

步骤E、卸去外载荷，出罐整理。时效成型完成后，取出试验构件及其工装，去除真空袋，卸载真空压力。

蠕变时效成型后构件示意图如图14所示。

此外，本发明还提供如上所述成型方法第四步中的成型装置。

参见图1至图4，本发明提供的用于蠕变时效成型的装置，包括括模具主体1、嵌在模具主体环形槽内的镶嵌环4、镶在镶嵌环中的镶块2以及吊耳螺栓6。

参见图5至图7，所述模具主体包括模具主体成型面11、设置在所述模具主体成型面外围的顶板12、位于所述模具主体周边的侧板13、连接所述侧板的卡板18、所述模具主体底部的底板19、设置在底板下的增大底板传热面积、提高通风速率的垫块14，在模具主体成型面内开设有环形槽16和在环形槽内部有两个对称分布起定位作用的定位块15，在所述的顶板上方焊接设置有两个相互对称的定位柱17；所述的镶嵌环包括镶嵌环成型面41、开设在所述镶嵌环内的通孔、四个直径相同、均匀分布且与镶嵌环内外直径的距离相等的螺纹孔、以及设置在所述通孔内部的V型块；所述镶块包括镶块成型面21、位于镶块底部的两个均匀对称的V型槽、设置于镶块中心位置的螺纹孔23，以及位于镶块侧面与成型面之间的具有过渡作用的镶块圆角24。

所述的模具主体1与镶嵌环4、镶块2为分离式部件，镶嵌环4放置于模具主体中的环形槽16内，而镶块则是嵌入镶嵌环内的通孔中。所述的模具主体成型面11与镶嵌环成型面41及镶块成型面21组成了模具型面3。

在本实施例中，镶块2和镶嵌环4的位置是根据构件凸孔位置和大小而确定的，由顶盖构件和模具型面进行平面展开计算，得到镶块中心点距离模具中心位置的距离为400-450mm，镶嵌环宽度为220-260mm。模具主体1与镶嵌环4之间为间隙配合，镶嵌环外圆与模具主体是基孔制配合，镶嵌环内圆与模具主体的配合是基轴制配合，且两者间隙小于1mm。

参见图4，为实现模具传热均匀，并减轻模具重量，降低模具制造成本，在侧板、卡板、底板都开有多个通风孔，且侧板通风孔的总面积大于侧板总面积的60％，卡板通风孔的总面积大于卡板总面积的30％，底板通风孔的总面积大于底板总面积的65％。

参见图7，在镶嵌环4底部设置有两个与定位块15相匹配的定位槽，在凹孔42的顶部设置有四个半径与构件凸孔的过渡圆角半径相等的成型圆角46，并在镶嵌环底部开有倒角，以方便在安放镶嵌环时，镶嵌环可以顺利进入环形槽中，以提高镶嵌环的安放速度，倒角大小为C5。

本实施例中，利用真空加载的方法成型大型带凸孔顶盖构件，具体步骤如下：

步骤A、更换模块：用吊耳螺栓拧入如图1所示的镶块2.1中的螺纹孔，并使用外起吊力作用于吊耳螺栓将镶块2.1取走，保留图1所示的镶块2.2和镶块2.3，亦保留镶嵌环4，并将图1中所有的吊耳螺栓取走，得到如图2所示的有两个模具凹孔的蠕变时效成型模具。

步骤B、板材放置：将中部开有大孔，周边开有两个小孔的圆形板料放置在模具型面，调节板材与模具的相对位置，使板材中部大孔中心点与模具主体中心点在水平面的投影重合，并使周边两个小孔在模具型面上的投影落在模具主体中心点与模具凹孔中心点连线上。

步骤C、施加外载荷：用透气毡将构件整体包裹，用真空袋覆盖在模具表面，密封完成后抽尽袋内空气并保压5-20分钟，此时，构件逐渐贴合模具型面，构件凸孔落入模具凹孔中。

步骤D、蠕变时效阶段：将构件及其工装推进热压罐中，并在构件及工装上布置热电偶以检测成型过程中各区域温度情况。采用的蠕变时效成型工艺为：保持罐内气压为1.5-2MPa，时效温度为150-180℃，保温时间8-13h。

步骤E、卸载阶段：蠕变时效阶段结束后，取出试验构件及其工装，去除真空袋，卸载真空压力，构件发生回弹，获得符合目标型面精度的带凸孔顶盖构件。

本实施例所得的大型带凸孔顶盖构件的实物图如图10所示。

本发明中，因所述第一螺纹孔和第二螺纹孔的尺寸小，在蠕变时效成型时该螺纹孔的存在并不会影响铝合金顶盖构件的成型精度，相应的所述吊耳螺栓例如都选用M12螺栓，即螺栓的直径为12mm。

本发明中，镶嵌环与镶块均可根据目标构件所带凸孔的数目、尺寸以及位置而相应更换。

优选的，所述模具主体与镶嵌环之间为间隙配合，并保证两者间隙小于1mm，以确保镶嵌环更换方便，且不影响构件的成型精度。

优选的，所述的镶嵌环内部开有四个直径相同、均匀分布的螺纹孔，且螺纹孔与镶嵌环内外直径的距离相等；在所述镶块中心位置亦设置有螺纹孔，螺纹孔的作用是连接所述的吊耳螺栓，在更换镶嵌环或者镶块时，外起吊力首先作用于吊耳螺栓，吊耳螺栓再作用于镶嵌环与镶块，以实现方便更换的作用。

优选的，在所述环形槽内设置有两个对称的定位块，在所述镶嵌环底部设置有相对应的定位槽，定位块与定位槽相匹配，用于实现镶嵌环在安放过程中的定位，并防止镶嵌环在使用过程中在外载荷的作用下发生运动，以避免造成构件的型面精度和凸孔位置精度误差。

优选的，所述凹孔的顶部设置有成型圆角，在凹孔处未安放镶块时，该凹孔便是模具凹孔，以容纳构件凸孔，而构件凸孔与构件型面的过渡处是以一定圆角过渡，为实现构件凸孔的成型精度，所述成型圆角的半径与构件凸孔的过渡圆角半径相等。

优选的，所述的凹孔内设置有对称的两个V型块，在所述的镶块底部开有与所述V型块相匹配的V型槽，以实现镶块定位准确，并防止在蠕变时效成型过程中镶块发生旋转运动。

优选的，所述镶嵌环底部开有倒角，以方便在安放镶嵌环时，镶嵌环可以顺利进入环形槽中，以提高镶嵌环的安放速度。

优选的，在所述的侧板、卡板、底板都开有通风孔，以实现模具传热均匀，并减轻模具重量，降低模具制造成本。

优选的，在所述的镶块的侧面与镶块成型面之间开设了镶块圆角，圆角的大小与所述镶嵌环中成型圆角大小一致，亦等于对应所需成型的构件凸孔的过渡圆角半径。

优选的，在所述的底板下侧设置有垫块，以增大模具底板与空气的接触面积，提升模具传热与通风速率，增大模具热分布均匀性，提高构件成型精度。

本发明首先通过将镶嵌环(4)镶嵌设置在环形槽(16)中，使得不同的镶嵌环(4)可以对应成型不同的铝合金顶盖构件。进一步地，本发明还在镶嵌环(4)上开设多个凹孔(42)，以及设置与凹孔(42)匹配的镶块(2)，使得本发明所述成型装置中每一块镶嵌环(4)可以对应成型多个不同的铝合金顶盖构件；因而成型模具的成本节约度得到进一步的提高。因为运载火箭是由多级火箭组成的运载航天工具，而每一级火箭具有型号不同的推进剂贮箱，每一个推进剂贮箱都含有前底顶盖和后底顶盖，而不同型号的前底顶盖和后底顶盖上的凸孔数量、位置、尺寸、构件厚度等参数不尽相同，因而每套铝合金顶盖构件对应一套成型模具时会导致模具成本过高，进而导致铝合金顶盖构件成型的成本过高。因此本发明中提供的成型装置可以适应不同的带凸孔的铝合金顶盖构件的成型，因而显著节约成型成本。

此外，本发明通过对模具的计算机仿真模拟设计而解决了构件凸孔的位置精度问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。