薄壁三层空心结构件及控制表面沟槽缺陷的方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，包括以下步骤，1）根据设计形状在芯板两面涂覆止焊剂图形，在两个包套的内侧分别涂覆止焊剂；2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮和包套，并将叠加后的组合件四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；3）将所述的组合件实施芯板和外蒙皮的扩散连接；4）实施第一步渐进超塑成形；5）实施第二步渐进超塑成形；6）去除包套得到薄壁三层空心结构件。同时还公开了薄壁三层空心结构件，采用包套的工艺毛坯设计和渐进成形的控制方法可有效减小三层结构表面沟槽，获得表面质量满足设计要求的空心结构件。

THIN-WALLED THREE-LAYER HOLLOW STRUCTURES AND METHODS FOR CONTROLLING SURFACE GROVE DEFECTS

The invention discloses a method for controlling surface groove defects of thin-walled three-layer hollow structure parts, which includes the following steps: 1) coating flux patterns on both sides of the core board according to the design shape, respectively coating flux on the inner side of the two sleeves; 2) stacking outer skin and sleeve on both sides of the core board, respectively, and sealing the overlapped assemblies around, while at the outer side of the core board and both sides. Reserved airway between skin; 3) diffuse connection between core plate and outer skin; 4) progressive superplastic forming in the first step; 5) progressive superplastic forming in the second step; 6) thin-walled three-layer hollow structure parts are obtained by removing the envelope. At the same time, the thin-walled three-layer hollow structure parts are also disclosed. By adopting the blank design of the cladding process and the control method of incremental forming, the surface grooves of the three-layer structure can be effectively reduced, and the hollow structure parts whose surface quality meets the design requirements can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
薄壁三层空心结构件及控制表面沟槽缺陷的方法
本专利技术涉及钛合金制造
，特别是涉及一种薄壁三层空心结构件及控制表面沟槽缺陷的方法。
技术介绍
超塑成形（SuperplasticForming，SPF）是利用材料的超塑性来成型零件的一种工艺方法。超塑成形工艺能够制造出常规工艺难以成形的复杂结构，而且没有回弹，能够保证成形零部件的精度，加工重复性好。扩散连接（DiffusionBonding，DB）是利用被连接材料的表面在不足以引起塑性变形的压力和低于被连接工件熔点的温度条件下,使接触面通过原子间相互固态扩散而形成连接的方法。如果一种材料同时具备超塑性和扩散连接特性，二者所需温度和压力条件又非常接近，则可以在一个热循环中完成超塑成型和扩散连接，这就是超塑/扩散组合成型工艺技术。与传统制造工艺制造的零件相比超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）在制造空心结构件具有近净成形，整体性好，刚度高，设计自由度大等优势，在航空、航天等领域具有广泛的应用。按照结构制造所需板材的层数，其工艺结构可分为单层、两层、三层和四层等结构，其中三层结构的成形难点之一为表面沟槽缺陷难以控制，通过增加外蒙皮厚度来减少沟槽缺陷，因此，其结构重量有所增加，限制其使用范围和结构设计裕度。除了增加外蒙皮厚度减少沟槽之外，还可以通过增加板材层数至五层，通过外蒙皮掩盖沟槽，然而，这种方法成形出的零件性能难以符合设计要求。对于三层结构，以工程经验，通常外蒙皮厚度是中间芯板厚度的3倍以上才能获得表面无沟槽缺陷的零件，并且随着空腔高度的增加外蒙皮厚度增加，然后通过表面减薄处理，将外蒙皮多余的厚度去除后达到设计要求，此方法材料浪费严重，特别是对空腔高度较高的零件，工序多，过程复杂。第二种方案是增加板材层数至五层，通过最外面的两层外蒙皮将中间三层结构成形过程中所产生的沟槽“掩盖”来获得表面平整的零件，这种方案中对于动态性能要求的零件所“掩盖”的沟槽往往是裂纹源，此方法对于结构完整性有要求的不可取。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术不足，而提供一种薄壁三层空心结构件及制备过程中控制表面沟槽缺陷的方法。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，包括以下步骤，1）根据设计形状在芯板两面涂覆止焊剂图形，在两个包套的内侧分别涂覆止焊剂；2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮和包套，并将叠加后的组合件四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；3）将所述的组合件实施芯板和外蒙皮的扩散连接；4）将扩散连接后组合件装入第一模具并实施第一步渐进超塑成形；5）将完成第一步渐进超塑成形的组合件装入第二模具并实施第二步渐进超塑成形；6）去除包套得到薄壁三层空心结构件。所述的外蒙皮的初始厚度与芯板的初始厚度之比为0.7-1.5。包套的初始厚度与外蒙皮的初始厚度比为1-2。所述的芯板、外蒙皮及包套一同封焊并检漏后得到所述的组合件，或者，芯板和外蒙皮封焊制得毛坯，所述的包套与所述的毛坯点焊固定连接。所述的步骤3）中加热并施加压力实现所述的扩散连接。步骤4），组合件放入第一模具进行渐进超塑变形后形成的空腔的高度一侧向另一侧逐步增大。步骤5）中第一步渐变成形后的组合件放入第二模具进行第二步渐进超塑变形，组合件的贴模方向与第一步渐进超塑成形相反。芯板和外蒙皮的材料为钛合金，包套的材料为钛合金或钢。包套具有满足零件外蒙皮对超塑变形量的要求的超塑性，同时超塑变形抗力高于芯板和外蒙皮构成的三层结构件材料的变形抗力。一种由所述的薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法制备的薄壁三层空心结构件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用包套的工艺毛坯设计和渐进成形控制方法可减小薄壁超塑成形/扩散连接三层结构件的表面沟槽。利用包套的变形抗力高于三层结构件的超塑变形抗力的原理抑制成形过程中由于局部变形过快导致沟槽产生，并且使外蒙皮与包套之间具有一定的摩擦力，防止外蒙皮扩散连接区附近的局部变形；采用渐进成形控制方法进一步抑制由于变形不均匀导致成形后期表面沟槽的形成。采用包套的工艺毛坯设计和渐进成形的控制方法可有效减小三层结构表面沟槽，获得表面质量满足设计要求的空心结构件。附图说明图1所示为本专利技术的包套、外蒙皮和芯板构成组合件的结构示意图；图2所示为进行扩散连接的结构示意图；图3所示为进行第一步渐进超塑成形的结构示意图；图4所示为进行第二步渐进超塑成形的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图所示，一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，包括以下步骤，1）在对芯板1、外蒙皮2及包套3等面板进行除油、清洗，使表面光洁，无污染，芯板和外蒙皮达到扩散连接要求的表面状态；根据设计形状在芯板1两面涂覆止焊剂图形，在两个包套3的内侧分别涂覆止焊剂；2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮2和包套3，并将叠加后的组合件4四周施焊达到密封状态实现四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；以附图为例，气道位于垂直图例中的截面，也就是垂直屏幕方向。3）将所述的组合件4实施芯板1和外蒙皮2的扩散连接；具体地，将组合件4加热至外蒙皮2与芯板1扩散连接的温度后，对上下表面施加一定的压力P，使外蒙皮2与芯板1实现除止焊剂图形区域外的扩散连接；4）将扩散连接后的组合件4装入第一模具5并实施第一步渐进超塑成形；即将扩散后的组合件4装入第一模具加热至超塑变形温度，对外蒙皮2与中间芯板1之间通过气道通入高纯氩气实施超塑变形，然后保温保压预定时间，使包套3完全贴模，然后取出；5）将完成第一步渐进超塑成形的组合件4装入第二模具6并实施第二步渐进超塑成形；将完成第一步成形的组合件4，装入第二模具6加热至超塑变形温度，对外蒙皮2与芯板1之间通过气道通入高纯氩气实施超塑变形；然后保温保压预定时间，使包套3完全贴模后出炉；6）去除包套3得到三层空心结构件，如采用高压水将组合件四周切开，然后去除包套3得到所述的三层空心结构件。本专利技术采用包套的工艺毛坯设计和渐进成形控制方法可减小薄壁超塑成形/扩散连接三层结构件的表面沟槽。利用包套的变形抗力高于三层结构件的超塑变形抗力的原理抑制成形过程中由于局部变形过快导致沟槽产生，并且使外蒙皮与包套之间具有一定的摩擦力，防止外蒙皮扩散连接区附近的局部变形；采用渐进成形控制方法进一步抑制由于变形不均匀导致成形后期表面沟槽的形成。采用包套的工艺毛坯设计和渐进成形的控制方法可有效减小三层结构表面沟槽，获得表面质量满足设计要求的空心结构件。其中，第一模具和第二模具的变形量根据设计腔高来决定，将一次超塑变形分解为两次甚至三次或更多次，能有效控制沟槽产生。具体来说，为实现所述的渐变超塑变形，步骤4）中，组合件放入第一模具进行渐进超塑变形后形成的空腔的高度从一侧向另一侧逐步增大，如为楔形。即，当将平板状组合件放入第一模具时，第一模具的底面为斜面以构成楔形，或者高度逐步变化的其他形状，如曲面型等，当放入第二模具时，因为此时组合件的变形面已经呈楔形或者其他变化的非平面结构，第二模具的底面为平面即可实现超塑变形腔逐步增大，如楔形的超塑变形腔，而且步骤5）中第一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤，1）根据设计形状在芯板两面涂覆止焊剂图形，在两个包套的内侧分别涂覆止焊剂；2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮和包套，并将叠加后的组合件四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；3）将所述的组合件实施芯板和外蒙皮的扩散连接；4）将扩散连接后组合件装入第一模具并实施第一步渐进超塑成形；5）将完成第一步渐进超塑成形的组合件装入第二模具并实施第二步渐进超塑成形；6）去除包套得到薄壁三层空心结构件。

【技术特征摘要】
1.一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤，1）根据设计形状在芯板两面涂覆止焊剂图形，在两个包套的内侧分别涂覆止焊剂；2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮和包套，并将叠加后的组合件四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；3）将所述的组合件实施芯板和外蒙皮的扩散连接；4）将扩散连接后组合件装入第一模具并实施第一步渐进超塑成形；5）将完成第一步渐进超塑成形的组合件装入第二模具并实施第二步渐进超塑成形；6）去除包套得到薄壁三层空心结构件。2.如权利要求1所述的薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，其特征在于，所述的外蒙皮的初始厚度与芯板的初始厚度之比为0.7-1.5。3.如权利要求1所述的薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，其特征在于，包套的初始厚度与外蒙皮的初始厚度比为1-2。4.如权利要求1所述的薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，其特征在于，所述的芯板、外蒙皮及包套一同封焊并检漏后得到所述的组合件，或者，芯板和外蒙皮封焊制得毛坯，所述的包套与所述的毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：付明杰，赵大龙，吕凤工，李晓华，刘胜京，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11