一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术制造技术

本发明专利技术提供了一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术，属于材料成型技术领域。具体步骤为：根据最终形成零件的外形尺寸，切取尺寸相同的两个板材和与板材相同掩模板，去除板材表面的油污和氧化皮，根据掩模板的形状切割两个板材，并经过对齐封焊，然后放入一体化成形模具中，经过真空和温度的环境，模具进行合模，经历温度和氩气的环境完成扩散连接后，进行空心筋格的超塑成形，取出一体化成形模具，将成形零件模具中取出，经过切割获得波浪形中空蒙皮结构的零件。本发明专利技术在一个工艺流程中完成整体弯曲，整体扩散连接及超塑成形三个步骤，可以有效减少高温区工作次数及时间，从而大幅减少材料性能损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术
本专利技术属于材料成型
，一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术。
技术介绍
目前制造三维曲面蒙皮结构的主要方法是，先将预制坯在压弯模中实现压弯步骤，得到最终想要的蒙皮形状，然后将其从弯曲模中取出，再将其放入超塑成形模具实现后续扩散以及超塑成形步骤。此种方法的缺点在于，成形过程中需要在高温区多次工作，对材料的性能有所损伤。基于此，本专利技术创新性地提出弯曲/扩散/胀形一体化超塑变形/扩散连接成形技术，减少成形时板材在高温区工作的次数，减少对材料性能的损害。现有的塑性成形方法在制造新一代高新装备复杂型面中空减重轻量化薄壁中空构件方面存在明显的局限性，成为制造新装备的瓶颈之一，因此，开展新型成形关键技术的研究迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了有效减少高温区工作次数及时间和减少材料性能损耗，本专利技术提供了一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术，所述超塑性变形/扩散连接的成形技术具体步骤如下：(1)根据最终形成零件的外形尺寸，分别切取尺寸相同的两块板材，再切取一块尺寸与板材相同的掩模板；(2)去除所述两个板材表面的油污和氧化皮，然后经处理使得所述两个板材表面光滑；(3)将两个所述板材分别标记为上下面板，在上下面板表面涂敷可剥离胶，待剥离胶干透后，在涂有剥离胶的上下面板固定掩模板，上下面板涂敷可剥离胶的表面未覆盖掩模板的区域为阻焊区，使用壁纸刀根据掩模板的形状在剥离胶表面刻画，并清除阻焊区的剥离胶，最后取下掩模板，对上下面板涂剥离胶的一侧整体喷涂隔离剂溶液，待隔离剂干燥后，清除上下面板的可剥离胶；(4)将所述的上下面板对齐，并将对齐后的两层面板的四周进行封焊；(5)将封焊好的两层板置于一体化成形模具中，对封焊好的两层板进行抽真空，设定加热终止温度和升温速率，待温度升至设定的温度后，保温10min-30min；(6)一体化成形模具进行合模完成板材弯曲阶段，此阶段温度保持变；(7)继续给一体化成形模具升温，设定加热终止温度和升温速率，待温度升至设定的温度后，保温30min；向一体化成形模具中吹入高压氩气，控制单侧气压加载速率和时间，完成扩散连接；(8)完成扩散连接后，对一体化成形模具进行降温，待降至超塑成形温度890℃后，保持合模压力，在两层板中间通入高压氩气，进行空心筋格的超塑成形，控制气压加载速率和时间，完成超塑成形；(9)超塑成形结束后，取出一体化成形模具，待一体化成形模具自然冷却至50℃，然后将成形零件从一体化成形模具中取出；(10)成形完毕后经过切割，获得波浪形中空蒙皮结构。进一步地限定，所步骤(1)板材可为钛合金、铝合金或镁合金板材；进一步地限定，步骤(2)所述去除所述两个板材表面的油污和氧化皮的方法为用丙酮溶剂去除预处理的合金板材表面的油污，然后分别用400#、800#和1000#SiC砂纸打磨表面至光滑去除表面氧化皮。进一步地限定，步骤(2)所述经处理使得所述两个板材表面光滑的方法为：当板材为钛合金，利用成分配比为氢氟酸：硝酸：水＝1：6：13的酸洗溶液进行酸洗；当板材为镁合金，则使用30％铬酐溶液+70％水进行清洗；当板材为铝合金，则先采用40g/L的氢氧化钠溶液进行碱洗后，再采用30％稀硝酸溶液进行酸洗。进一步地限定，步骤(5)所述抽真空的真空度为小于10-3Pa。进一步地限定，步骤(5)所述加热终止温度为800℃，所述升温速率为10-20℃/min。进一步地限定，步骤(6)所述合模力为1t。进一步地限定，步骤(7)所述加热终止温度为920℃，所述升温速率为10-20℃/min。进一步地限定，步骤(7)所述单侧气压加载速率和时间为：0.1MPa/5min，当气压为0.5MPa时，气压加载速率为0.2MPa/5min，升至2MPa后，保压2h。进一步地限定，步骤(8)所述气压加载速率为：0.1MPa/5min，当气压为0.5MPa时，气压加载速率为0.2MPa/5min，升至2MPa后，保压30min。有益效果：本专利技术采用多种形式的芯格结构排列分布，可以最大限度同时满足芯格变形与承载能力的最佳需求，可以最大程度发挥多层结构的轻量化载重优势；本专利技术在一个工艺流程中完成整体弯曲，整体扩散连接及超塑成形三个步骤，可以有效减少高温区工作次数及时间，从而大幅减少材料性能损耗。附图说明图1为本专利技术的波浪形中空蒙皮结构零件的示意图；图2为本专利技术的一体化成形模具示意图；图3为本专利技术SPF/DB成形工装总体结构示意图，其中，1是超塑成形压力机，2是一体化成形模具，3是超塑成形模具型腔，4是两层板中的一层板，5是不锈钢管，6是真空泵，7是导线，8是加热控制电源，9是模具气压进气孔，10是两层板中的另外一层板。图4为本专利技术SPF/DB成形工装总体结构示意图，其中，1是超塑成形压力机，2是一体化成形模具，3是超塑成形模具型腔，4是两层板中的一层板，5是不锈钢管，7是导线，8是加热控制电源，9是模具气压进气孔，10是两层板中的另外一层板，11是氩气瓶。具体实施例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.波浪形中空蒙皮结构零件的形状如图1所示，尺寸为长度方向为1500mm和宽度方向为1000mm。图3和图4为本专利技术SPF/DB成形工装总体结构示意图，其中一体化成形模具2的结构如图2所示，下模中间五个孔16、17、18、19和20是超塑成形过程中需要模具开孔来排气，下模两边的是定位孔14和15，上模两边是定位块12和13，合模时定位柱与定位孔配合，上模中间的小孔9用于扩散连接过程通气。一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成型技术，具体步骤如下：(1)通过激光切割分别切取尺寸相同(长度方向为1500mm和宽度方向为1000mm)、厚度分别为为0.8mm、0.5mm的TA15钛合金板材，再切取一块尺寸与板材相同、厚度为0.5mm的TA15钛合金掩模板；(2)用丙酮溶剂去除预处理板材表面的油污，然后分别用400#、800#、1000#SiC砂纸打磨表面至光滑去除表面氧化皮，然后利用成分配比为氢氟酸：硝酸：水＝1：6：13的酸洗溶液进行酸洗，酸洗之后喷涂酒精，用吹风机吹干；(3)将厚度为0.5mm的TA15板材标记为上面板，厚度为0.8mm的TA15板材标记为下面板，在上下面板表面涂敷可剥离胶，待剥离胶干透后，在涂有剥离胶的上下面板固定掩模板，上下面板涂敷可剥离胶的表面未覆盖掩模板的区域为阻焊区，使用壁纸刀根据掩模板的形状在剥离胶表面刻画，并清除阻焊区的剥离胶，最后取下掩模板，对上下面板涂剥离胶的一侧整体喷涂隔离剂溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术，其特征在于，所述超塑性变形/扩散连接的成形技术具体步骤如下：/n(1)根据最终形成零件的外形尺寸，分别切取尺寸相同的两块板材，再切取一块尺寸与板材相同的掩模板；/n(2)去除所述两个板材表面的油污和氧化皮，然后经处理使得所述两个板材表面光滑；/n(3)将两个所述板材分别标记为上下面板，在上下面板表面涂敷可剥离胶，待剥离胶干透后，在涂有剥离胶的上下面板固定掩模板，上下面板涂敷可剥离胶的表面未覆盖掩模板的区域为阻焊区，使用壁纸刀根据掩模板的形状在剥离胶表面刻画，并清除阻焊区的剥离胶，最后取下掩模板，对上下面板涂剥离胶的一侧整体喷涂隔离剂溶液，待隔离剂干燥后，清除上下面板的可剥离胶；/n(4)将所述的上下面板对齐，并将对齐后的两层面板的四周进行封焊；/n(5)将封焊好的两层板置于一体化成形模具中，对封焊好的两层板进行抽真空，设定加热终止温度和升温速率，待温度升至设定的温度后，保温10min-30min；/n(6)一体化成形模具进行合模完成板材弯曲阶段，此阶段温度保持变；/n(7)继续给一体化成形模具升温，设定加热终止温度和升温速率，待温度升至设定的温度后，保温30min；向一体化成形模具中吹入高压氩气，控制单侧气压加载速率和时间，完成扩散连接；/n(8)完成扩散连接后，对一体化成形模具进行降温，待降至超塑成形温度890℃后，保持合模压力，在两层板中间通入高压氩气，进行空心筋格的超塑成形，控制气压加载速率和时间，完成超塑成形；/n(9)超塑成形结束后，取出一体化成形模具，待一体化成形模具自然冷却至50℃，然后将成形零件从一体化成形模具中取出；/n(10)成形完毕后经过切割，获得波浪形中空蒙皮结构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种波浪形中空蒙皮结构零件的超塑性变形/扩散连接的成形技术，其特征在于，所述超塑性变形/扩散连接的成形技术具体步骤如下：
(1)根据最终形成零件的外形尺寸，分别切取尺寸相同的两块板材，再切取一块尺寸与板材相同的掩模板；
(2)去除所述两个板材表面的油污和氧化皮，然后经处理使得所述两个板材表面光滑；
(3)将两个所述板材分别标记为上下面板，在上下面板表面涂敷可剥离胶，待剥离胶干透后，在涂有剥离胶的上下面板固定掩模板，上下面板涂敷可剥离胶的表面未覆盖掩模板的区域为阻焊区，使用壁纸刀根据掩模板的形状在剥离胶表面刻画，并清除阻焊区的剥离胶，最后取下掩模板，对上下面板涂剥离胶的一侧整体喷涂隔离剂溶液，待隔离剂干燥后，清除上下面板的可剥离胶；
(4)将所述的上下面板对齐，并将对齐后的两层面板的四周进行封焊；
(5)将封焊好的两层板置于一体化成形模具中，对封焊好的两层板进行抽真空，设定加热终止温度和升温速率，待温度升至设定的温度后，保温10min-30min；
(6)一体化成形模具进行合模完成板材弯曲阶段，此阶段温度保持变；
(7)继续给一体化成形模具升温，设定加热终止温度和升温速率，待温度升至设定的温度后，保温30min；向一体化成形模具中吹入高压氩气，控制单侧气压加载速率和时间，完成扩散连接；
(8)完成扩散连接后，对一体化成形模具进行降温，待降至超塑成形温度890℃后，保持合模压力，在两层板中间通入高压氩气，进行空心筋格的超塑成形，控制气压加载速率和时间，完成超塑成形；
(9)超塑成形结束后，取出一体化成形模具，待一体化成形模具自然冷却至50℃，然后将成形零件从一体化成形模具中取出；
(10)成形完毕后经过切割，获得波浪形中空蒙皮结构。


2.根据权利要求1所述的超塑性变形/扩散连接的成形技术，其特征在于，所步骤(1)板材可为钛合金、铝合金或镁合金板材。


3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋少松，王斌，侯晨睿，
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