一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法技术

本发明专利技术公开了一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法，属于局部减重的高精度成形技术领域。本发明专利技术解决现有高温合金超塑成形温度高，时间长，极易造成材料成形后的性能损耗以及薄壁多层结构超塑成形后的减重区加工，极易造成机加变形，降低复杂构件成形精度等问题。本发明专利技术基于覆板自封闭结构的真空SPF/DB一体化成形技术，采用预制镂空板进行局部减重，在低性能损耗条件下实现高温合金精确成形。本发明专利技术提供的方法在扩散连接过程可实现真空的保护，有效解决薄壁板材非真空环境下热成形过程的氧化问题，可大幅提升超塑成形后材料的力学性能。同时采用预制镂空减重板，实现构件在材料厚度和空间结构上的双重减重。

【技术实现步骤摘要】
一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法
本专利技术涉及一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法，属于局部减重的高精度成形

技术介绍
大型构件在采用现有超塑成形/扩散连接(SPF/DB)制备时，其获得的中空结构是以等厚度连续板材为原料，成形后连接区域厚度为原始材料的叠加，这显著降低了减重效果。为了大幅提升构件减重效果，现有设计上提出的连接区域变厚度方案是通过后续机械加工或者化学腐蚀等工艺去除，但是这些方式存在着加工后构件变形、壁厚难以控制、环境污染等显著问题。且现有的国内外传统大型构件的超塑成形/扩散连接均是在空气气氛中进行，单纯型面密封的方法已无法满足薄板成形的需求。因此，提供一种无需后续复杂加工处理可直接获得局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有对薄壁多层结构超塑成形后的减重区加工处理过程，极易造成机加变形，降低复杂构件成形精度等问题，提供一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法。一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法，该方法包括以下步骤：步骤1，坯料加工：基于薄壁复杂型面中空结构的数模外形，采用激光切割合金板材和不锈钢板材，切割出底板、预镂空筋板和两块不锈钢覆板，所述的预镂空筋板包括减重区、连接区、扩散焊接区和空心筋格区，扩散焊接区和空心筋格区相连，扩散焊接区和减重区通过连接区连接，扩散焊接区和减重区之间除连接区外为镂空结构；所述的底板上加工有通气孔和焊接气道；步骤2，表面处理：对步骤1获得的底板、预镂空筋板和不锈钢覆板先使用酒精或丙酮擦拭，然后进行清洗，再然后使用酒精或丙酮擦拭掉残余液体，最后使用冷风吹干；步骤3，涂覆隔离剂：在表面处理后的底板上涂覆可剥胶，烘干后在底板上规划出与预镂空筋板相对的扩散焊接区，进行划线并剥离扩散焊接区以外区域的可剥胶，然后在剥离可剥胶后的区域以及焊接气道处喷涂隔离剂，隔离剂喷涂完成后剥离全部可剥胶；在不锈钢覆板四周粘贴5-10mm的遮盖带，并在其一侧表面喷涂隔离剂，喷涂完毕后剥离遮盖带；步骤4，组合焊接：将表面处理后的预镂空筋板和经过步骤3处理后的底板组合焊接，焊接时保证底板上未喷涂隔离剂区域与预镂空筋板的扩散焊接区相互对应，焊接完成后在上下两个表面分别覆盖一层不锈钢覆板，保证不锈钢覆板喷涂过隔离剂的表面位于内侧，对四周封边焊接，焊接气管；步骤5，扩散连接：将封焊后的四层板材定位装模，抽真空至10-3Pa，升温加压，使底板和预镂空筋板之间的扩散焊接区进行扩散连接；步骤6，超塑成形：在扩散连接后，降温，保持模具压力，通过充气管通入氩气，完成超塑成形；步骤7，后处理：去除不锈钢覆板，剪断连接区去除减重区。进一步地，步骤1中底板、预镂空筋板和两块不锈钢覆板的尺寸在构件尺寸轮廓方向单边增加有工艺段，所述的工艺段用于加工与模具定位装置配合使用的定位孔。进一步地，合金板材为钛合金板。更进一步地，步骤2中清洗是使用体积比为1：6：13的氢氟酸、硝酸和水的混合液清洗。进一步地，合金板材为镁合金板。更进一步地，步骤2中清洗是使用质量分数为30％的铬酐溶液清洗，再使用浓度为30％稀硝酸溶液进行酸洗。进一步地，合金板材为铝合金板。更进一步地，步骤2中清洗是先使用浓度为40g/L的氢氧化钠溶液清洗，在使用质量浓度为30％稀硝酸溶液进行酸洗。进一步地，不锈钢板材厚度为0.8mm。进一步地，隔离剂为氮化硼。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出基于覆板自封闭结构的真空SPF/DB一体化成形技术，采用预制镂空板进行局部减重，在低性能损耗条件下实现高温合金SPF/DB精确成形。本专利技术还具有以下优点：(1)本专利技术方法提出了自封闭结构超塑成形/扩散连接方法，在扩散连接过程可实现真空的保护，有效解决薄壁板材非真空环境下热成形过程的氧化问题，可大幅提升超塑成形后材料的力学性能。同时对于改善成形后构件的微观组织形貌和宏观力学性能具有重要作用，可以在低成本条件下进行复杂构件的低性能损耗精确成形。(2)本专利技术采用预制镂空减重板，实现构件在材料厚度和空间结构上的双重减重，解决了现有超塑成形/扩散连接中空结构以等厚度连续板材为原料，成形后连接区域厚度为原始材料的叠加，显著降低了减重效果的问题。附图说明图1为预镂空筋板结构示意图；图2为底板剥离可剥胶后局部示意图；图3为实施例1成形后构件的局部实物图；图4为实施例1成形后构件撬取减重区示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。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。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。实施例1：一、下料：采用激光切割厚度为0.8mm的Ti60合金板材作为底板，激光切割厚度为0.5mm的Ti60合金板材作为预镂空筋板，激光切割不锈钢板材作为覆板，其中底板、预镂空筋板和覆板的轮廓尺寸相同均为在构件尺寸轮廓方向单边增加60mm工艺段，工艺段主要作用为加工定位孔，模具密封槽预留尺寸等。底板和预镂空筋板的轮廓尺寸相同，方便组焊。在预镂空筋板上规划出减重区、连接区、扩散焊接区和空心筋格区，如图1所示，进行切割，使预镂空筋板的扩散焊接区和减重区之间除连接区外为镂空结构，其中连接区尺寸为0.5mm×0.5mm，既能保证成形后的易于撬取，又能满足成形过程中避免减重区塌陷。为了准确定位减重区、扩散焊接区和镂空结构，切取掩模板一套。在底板上加工通气孔和焊接气道。二、表面处理：先使用酒精或丙酮除去板料表面油污，在利用体积配比为氢氟酸：硝酸：水＝1：6：13的酸洗溶液进行酸洗，再采用30％稀硝酸溶液进行酸洗，最后将清洗后的板材用酒精或丙酮清除掉残余溶液，用冷风吹干。注意在成形过程中需要对板材表面进行保护以防止表面被污染。三、隔离剂涂覆：表面处理后的底板首先涂覆可剥胶，然后烘干，使用掩模板在底板上划线，划出与预镂空筋板相对的扩散焊接区，并剥离扩散焊接区以外以及焊接气道区域的可剥胶，如图2所示，喷涂氮化硼隔离剂，并在焊接气道处预喷涂氮化硼隔离剂，防止超塑成形过程中气道焊合，隔离剂喷涂完成后剥离全部可剥胶。在不锈钢覆板四周粘贴5-10mm的遮盖带，并在其一侧表面喷涂隔离剂，喷涂完毕后剥离遮盖带。四、组合焊接：将表面处理后预镂空筋板和经过步骤3处理后的底板组合焊接，焊接时保证底板上未喷涂隔离剂区域与预镂空筋板的扩散焊接区相互对应，防止偏差。然后在上下两个表面分别覆盖一层不锈钢覆板，保证不锈钢覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤1，坯料加工：基于薄壁复杂型面中空结构的数模外形，采用激光切割合金板材和不锈钢板材，切割出底板、预镂空筋板和两块不锈钢覆板，所述的预镂空筋板包括减重区、连接区、扩散焊接区和空心筋格区，扩散焊接区和空心筋格区相连，扩散焊接区和减重区通过连接区连接，扩散焊接区和减重区之间除连接区外为镂空结构；所述的底板上加工有通气孔和焊接气道；/n步骤2，表面处理：对步骤1获得的底板、预镂空筋板和不锈钢覆板先使用酒精或丙酮擦拭，然后进行清洗，再然后使用酒精或丙酮擦拭掉残余液体，最后使用冷风吹干；/n步骤3，涂覆隔离剂：在表面处理后的底板上涂覆可剥胶，烘干后在底板上规划出与预镂空筋板相对的扩散焊接区，进行划线并剥离扩散焊接区以外区域的可剥胶，然后在剥离可剥胶后的区域以及焊接气道处喷涂隔离剂，隔离剂喷涂完成后剥离全部可剥胶；在不锈钢覆板四周粘贴5-10mm的遮盖带，并在其一侧表面喷涂隔离剂，喷涂完毕后剥离遮盖带；/n步骤4，组合焊接：将表面处理后的预镂空筋板和经过步骤3处理后的底板组合焊接，焊接时保证底板上未喷涂隔离剂区域与预镂空筋板的扩散焊接区相互对应，焊接完成后在上下两个表面分别覆盖一层不锈钢覆板，保证不锈钢覆板喷涂过隔离剂的表面位于内侧，对四周封边焊接，焊接气管；/n步骤5，扩散连接：将封焊后的四层板材定位装模，抽真空至10...

【技术特征摘要】
1.一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，坯料加工：基于薄壁复杂型面中空结构的数模外形，采用激光切割合金板材和不锈钢板材，切割出底板、预镂空筋板和两块不锈钢覆板，所述的预镂空筋板包括减重区、连接区、扩散焊接区和空心筋格区，扩散焊接区和空心筋格区相连，扩散焊接区和减重区通过连接区连接，扩散焊接区和减重区之间除连接区外为镂空结构；所述的底板上加工有通气孔和焊接气道；
步骤2，表面处理：对步骤1获得的底板、预镂空筋板和不锈钢覆板先使用酒精或丙酮擦拭，然后进行清洗，再然后使用酒精或丙酮擦拭掉残余液体，最后使用冷风吹干；
步骤3，涂覆隔离剂：在表面处理后的底板上涂覆可剥胶，烘干后在底板上规划出与预镂空筋板相对的扩散焊接区，进行划线并剥离扩散焊接区以外区域的可剥胶，然后在剥离可剥胶后的区域以及焊接气道处喷涂隔离剂，隔离剂喷涂完成后剥离全部可剥胶；在不锈钢覆板四周粘贴5-10mm的遮盖带，并在其一侧表面喷涂隔离剂，喷涂完毕后剥离遮盖带；
步骤4，组合焊接：将表面处理后的预镂空筋板和经过步骤3处理后的底板组合焊接，焊接时保证底板上未喷涂隔离剂区域与预镂空筋板的扩散焊接区相互对应，焊接完成后在上下两个表面分别覆盖一层不锈钢覆板，保证不锈钢覆板喷涂过隔离剂的表面位于内侧，对四周封边焊接，焊接气管；
步骤5，扩散连接：将封焊后的四层板材定位装模，抽真空至10-3Pa，升温加压，使底板和预镂空筋板之间的扩散焊接区进行扩散连接；
步骤6，超塑成形：在扩散连接后，降温，保持模具压力，通入氩气，完成超塑成形；
步骤7，后处理：去除不锈钢覆板，剪断连接区去除减重区。


2.根据权利要求1所述的一种局部减重薄壁复杂型面中空轻量化结构超塑成形/扩散连接成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋少松，彭鹏，吴杰璇，卢振，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23