本发明专利技术属于铝合金成形加工技术领域，公开了一种多功能铝合金空心结构壁板，所述空心结构壁板为弧形主动空心冷却壁板，空心冷却壁板上并排设置有纵向流道，纵向流道的两端设置有缩颈节流孔，缩颈节流孔的端部对应连通空心结构壁板两侧的环向汇流通道，两侧环向汇流通道的外侧分别设置有汇流环框。本发明专利技术将多功能空心结构壁板采用穿透焊接与超塑成形复合工艺实现了一次成形，可实现汇流，节流和增加刚度多重功能，节流孔及冷却通道其大小可根据需求进行设计，设计自由度高。设计自由度高。设计自由度高。
【技术实现步骤摘要】
一种多功能铝合金空心结构壁板及其成形制备方法
[0001]本专利技术属于铝合金成形加工
，涉及一种多功能铝合金空心结构壁板及其成形制备方法，具体涉及结构功能一体化主动冷却壁板节流孔设计、汇流结构设计及成形制备。
技术介绍
[0002]近些年来航空航天飞行器为满足特定功能需求，愈发朝着耐高温、高强度刚度、轻量化、大装载方向发展，而在事实上这四大目标相互制约，互为矛盾体。从满足耐高温角度，希望选用高温材料，然而耐高温材料一般比重大，这和轻量化和大装载目标矛盾；从轻量化角度，希望选用轻质材料，而轻质材料一般密度低，耐温性能差，结构强度和刚度难以满足设计要求；从大装载角度出发，希望结构轻薄，燃料装载空间体积大，但是舱体结构作为主承力体，其飞行时受力状态严酷，结构重量占比也受限制。因此要满足耐高温、高强度刚度、轻量化，大装载四大目标，必须寻找新的设计思路，传统结构设计思维难以同时实现相互制约的四大目标。选用轻质材料和轻质结构是实现高强度刚度及轻量化前提，通过结构功能一体化是实现耐高温和大装载的必要设计思路。
技术实现思路
[0003](一)专利技术目的
[0004]本专利技术的目的是：提供一种多功能铝合金空心结构壁板及其成形制备方法，解决铝合金主动冷却壁板汇流设计、节流孔设计及成形制造关键难题。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多功能铝合金空心结构壁板及其成形制备方法。本专利技术所述铝合金空心结构壁板为主动冷却结构壁板，实现主动冷却、高结构强度和刚度、两端汇流及流道节流等功能。铝合金空心结构壁板为弧形主动空心结构壁板，空心结构壁板上并排设置有纵向流道，纵向流道的两端设置有缩颈节流孔，缩颈节流孔的端部对应连通空心结构壁板两侧的环向汇流通道，两侧环向汇流通道的外侧分别设置有汇流环框。
[0007]其中，环向汇流通道和汇流环框插接装配，过盈配合，配合间隙 0.05mm。汇流环框截面为U型，设计成上边短、下边长的结构形式，也即外侧边的长度小于内侧边的长度，便于舱段航向上对接；汇流环框中部加工形成整体空腔，U型空腔底部间隔开设有多个流道孔，既有利于减重也可保证结构刚度。
[0008]上述结构的多功能铝合金空心结构壁板的成形制备过程如下：
[0009]第一步:空心壁板成形
[0010]S1：采用电子束穿透焊接及超塑成形复合工艺进行冷却壁板成形
[0011]复合工艺过程为：
[0012]S101、坯件设计：根据冷却壁板的结构形式，计算弧面冷却壁板展开坯料，弧面冷
却壁板展开坯料可根据钣金设计手册进行计算，按照展开坯料确定坯料尺寸并下料，将坯料标记为内层板和外层板。
[0013]S102、画线：在内层板施焊面上用划针画出激光焊接轨迹线，后续激光选区焊接时激光枪将沿轨迹线对内层板和外层板进行焊接；为避免板材划伤，画线深度不宜太深，以肉眼可见即可。
[0014]S103、加工进气槽：根据后续成形气路要求，在内层板和外层板上铣进气槽，进气槽长度应深入到模具型腔内部。
[0015]S104、坯料表面处理：将内层板和外层板酸洗并对焊接部位进行打磨，由于铝合金在常温暴露于大气时也容易氧化，为保证激光穿透焊接焊缝强度，实焊前需要对焊接区域用钢丝刷打磨抛光。
[0016]S105、工装夹持：将酸洗打磨抛光处理的内层板和外层板平行叠放装卡，装卡时必须保证内层板紧密贴合，尤其是需要激光焊接部位必须用工装压实，同时保证焊接时板材不会变形翘曲，每条需要焊接的焊缝都必须有工装压实。
[0017]S106、激光焊接：采用激光焊接工装将内层板和外层板压实后实施激光焊接，激光焊接时必须确保内层板和外层板完全贴合，保证实焊过程板材不翘曲变形；激光焊接是从内层板实施焊接，焊接电流根据内层板的厚度进行调节，保证内层板能够焊透，但不能击穿外层板。
[0018]S107、氩弧焊接封口：将激光焊接后的双层板周边采用氩弧焊接封口，形成密闭空腔，并焊接进气管，焊接完毕后可采用抽真空检漏，确保封口焊接不漏气。
[0019]S108、装模：将氩弧焊封口后的坯料装模，装模时可对坯料施加预紧力，使坯料弯曲，为避免氩弧焊焊缝及激光穿透焊焊缝在冷态下压过程中开裂，装模时对坯料施加的预紧力使零件产生些许变形即可。
[0020]装模时应将上下模具用导柱合模，然后将上下模具用压块固定在设备的上下平台上，然后卸掉导柱。
[0021]S109、模具加热升温：设定成形温度，加热升温过程中必须保证模具受热均匀，大型模具可适当延长均温时间。
[0022]S110、模具合模：为避免坯料在升温过程中软化而形成坍塌，当模具温度达到预设温度后可将模具合模，使坯料完全贴和模具。此时压力机开始加载机械压力，压力机所需压力吨位可根据胀形面积
×
最大进气压力计算得出。
[0023]S111、超塑气胀成形：模具到达设定温度后，在内层板和外层板形成的密封腔中进气成形，内层局部未焊合部位在气体介质作用下形成U型加强筋。
[0024]S112、脱模检验：出炉，然后热脱模，得到铝合金轻量化主动冷却壁板。
[0025]S2：机械加工去除工艺余量，并将环向汇流通道加工去除掉圆弧边，形成主动空心结构壁板1，空心结构壁板上直接形成环向汇流通道4、缩颈节流孔6、纵向流道5特征。
[0026]S3：将冷却壁板整体酸洗处理
[0027]第二步：汇流环框机械加工
[0028]按照设计模型，机械加工汇流环框。环向汇流通道和汇流环框过盈配合。汇流环框设计成上边短，下边缘长的结构形式，便于舱段直接的对接。
[0029]第三步：汇流环框和冷却壁板装配。
[0030]将汇流环框和冷壁板环向流道插接装配。
[0031]第四步：汇流环框和冷却壁板激光穿透焊接，将环向汇流框和冷却壁板实现连接。
[0032]第五步：焊接后进行气密形检查，确保焊后无漏点。
[0033](三)有益效果
[0034]上述技术方案所提供的多功能铝合金空心结构壁板及其成形制备方法，具有以下有益效果：
[0035](1)本专利技术提出了一种空心结构壁板成形方法，将多功能空心结构壁板采用穿透焊接与超塑成形复合工艺实现了一次成形，形成了环向汇流通道、纵向流道及节流孔。
[0036](2)本专利技术提出了一种环向汇流框设计思路，将汇流框和空心结构冷却壁板采用穿透焊接进行连接，这种环向汇流框有利于航向结构装配，可实现汇流，节流和增加刚度多重功能。
[0037](3)本专利技术实现的空心结构壁板设计、成形、装配，空心壁板结构实现了高结构强度刚度、主动冷却、汇流、节流多重功能，节流孔及冷却通道其大小可根据需求进行设计，设计自由度高。
[0038](4)本专利技术实现的结构形式特别适合于燃油系统舱体冷却结构壁板的使用，将轻量化铝合金材料，轻量化空心结构，高强度加强筋结构及主动冷却结构实现有机结合，是一种结构设计合理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多功能铝合金空心结构壁板，其特征在于，所述空心结构壁板为弧形主动空心冷却壁板，空心冷却壁板上并排设置有纵向流道，纵向流道的两端设置有缩颈节流孔，缩颈节流孔的端部对应连通空心结构壁板两侧的环向汇流通道，两侧环向汇流通道的外侧分别设置有汇流环框。2.如权利要求1所述的多功能铝合金空心结构壁板，其特征在于，所述环向汇流通道和汇流环框插接装配，过盈配合，配合间隙0.05mm。3.如权利要求1所述的多功能铝合金空心结构壁板，其特征在于，所述汇流环框截面为U型，U型截面中，外侧边的长度小于内侧边的长度；汇流环框中部加工形成整体空腔，U型空腔底部间隔开设有多个流道孔。4.一种多功能铝合金空心结构壁板成形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：空心冷却壁板成形S1：采用电子束穿透焊接及超塑成形复合工艺进行弧形主动空心冷却壁板成形；S2：机械加工去除工艺余量，并将环向汇流通道加工去除掉圆弧边，形成主动空心冷却壁板，空心冷却壁板上直接形成环向汇流通道、缩颈节流孔、纵向流道；纵向流道并排设置在空心冷却壁板上，纵向流道的两端设置缩颈节流孔，缩颈节流孔的端部对应连通空心冷却壁板两侧的环向汇流通道；S3：将空心冷却壁板整体酸洗处理；第二步：汇流环框机械加工按照设计模型，机械加工汇流环框；第三步：汇流环框和空心冷却壁板装配；将汇流环框和空心冷却壁板环向汇流通道插接装配；第四步：汇流环框和空心冷却壁板激光穿透焊接，将汇流环框和空心冷却壁板实现连接；第五步：焊接后进行气密形检查，确保焊后无漏点。5.如权利要求4所述的多功能铝合金空心结构壁板成形制备方法，其特征在于，步骤S1中，复合工艺过程为：S101、坯件设计：根据冷却壁板的结构形式，计算弧形冷却壁板展开坯料，弧形冷却壁板展开坯料根据钣金设计手册进行计算，按照展开坯料确定坯料尺寸并下料，将坯料标记为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹤鹏，王斌，沈华，赵艳华，师利民，梁滨，李升，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。