一种空心夹层结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种空心夹层结构及其制造方法，其中，所述夹层结构内部为中空腔或由中空腔和实心结构组成，所述中空腔内具有加强筋，所述夹层结构的上面板和下面板之间具有中空腔，所述加强筋包括设置在上面板上的上面板加强筋，以及设置在下面板上的下面板加强筋，本发明专利技术在空心夹层结构的生产过程中分别对上面板和下面板的内部的加强筋结构进行加工，然后再进行扩散焊接，最后对其外部轮廓进行加工完成对空心夹层结构的制造，可以简化夹层结构的工艺过程，提高其成品率，降低其生产成本，并且表面质量好，无弱连接，产品的重心可调，可以增加局部位置的刚度，在增加产品强度和刚度的同时不影响产品的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种空心夹层结构及其制造方法
本专利技术属于夹层结构的制造加工
，涉及一种空心夹层结构及其制造方法。
技术介绍
目前，在航天、航空器材中或一些低质量高强度的结构，都会涉及到空心夹层结构，尤其是在航空、航天领域的一些飞行器的机翼或其他组件中，为了减轻飞行器材的质量，其结构会被制造成夹层结构。在夹层结构制造过程中，通常使用的制造工艺是“铸造骨架结合蒙皮激光焊或电阻焊”的方法，所述方法的主要步骤是：首先铸造夹层结构的骨架，然后热成形上蒙皮和下蒙皮，最后通过蒙皮激光焊或电阻焊将蒙皮焊接在骨架上，在焊接过程中，蒙皮的四周通过电阻滚焊的方式焊接，其中间位置通过电阻点焊的方式连接，此种加工方法的优点是操作简单，各部件的制造和连接过程技术要求相对较低，制造难度不大，但是它存在着工艺路线长，工艺复杂，加工过程中要经历多道工序，蒙皮与骨架棱线处配合要求高，容易出现蒙皮折线和骨架棱线处配合不好的问题，影响其结构强度；在焊接过程中会造成表面凹陷，对其气动性能造成影响，并且其棱线不清晰，型面精度差；由于其中间位置采用是点焊，造成其连接强度低，刚度可设计性差。另一种常用的方法，是通过超塑成形/扩散连接（SPF/DB）的方法进行生产制造，其制造过程是将多层板材部分位置通过扩散焊连接，然后将连接好的板材放置到专用模腔内，并对多层板材进行超塑成型工艺,最终加工成所需要的空心夹层结构，其优点是其生产工艺相对应于上述铸造骨架加蒙皮的方式来说生产工艺路线短，但是其存在以下缺点，其加工过程中所需要的技术含量较高，在生产过程中需要高精度的控制，经常存在由于操作失误导致的废品的出现，同时其表面连接面积比较小，大部分位置为弱连接，所以其结构强度较差；其表面在超塑成型过程中由于组件之间拉力的作用会使夹层表面出现凹槽的现象；此种加工方法生成出来的空心夹层结构，夹层之间的加强筋是通过拉伸的方式产生的，并不能保证加强筋完成垂直于夹层表面，倾斜的加强筋使其结构强度也比较弱。但在现有的航天、航空器材或一些要求低质量高强度的机件结构中，为了便于调节运动路线，设计人员需要对所述机件结构的重心进行调节，提高机件结构的适用性，以满足不同场合的使用要求；同时，由于使用环境或者使用方式的不同，所述机件结构的刚度要求不同，例如涡轮叶片远离旋转中心的一端受力较大，刚度要求较高，则如果能够将所述机件的刚度进行相应调节，就能大大加强机件结构的耐用性。根据实际使用情况调节机件结构的重心和刚度分布，不但能够大大提高机件结构的耐用性、适用性；而且调节机件结构的刚度分布，只需要对需要增加刚度的地方进行合适的提高，无需对整体机件结构进行刚度提高，由此可以大大降低机件结构的材料成本。但是现有技术中，无论是“铸造骨架结合蒙皮激光焊或电阻焊”的方法、“超塑成形/扩散连接”，亦或是其他出于减轻机件重量、保持其刚度的目的而开发的制造方法都无法解决调节机件结构重心、刚度分布的问题以及其不能实现同时加工出具有实心结构和空心结构共存的结构。如何开发一种重心可调、刚度高、刚度分布可调、工艺简单、成品率高、表面质量好、且成本较低的机件结构是本领域一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种空心夹层结构及其制造方法，通过先对空心夹层结构的上面板和下面板的加强筋进行加工再对其进行扩散连接，可以增强空心夹层结构的结构强度、提高产品的生产效率，简化产品的工艺过程，以及提高产品的成品率。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种空心夹层结构，所述夹层结构内部为中空腔或由中空腔和实心结构组成，所述中空腔内具有加强筋。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述夹层结构包括上面板和下面板，所述上面板和下面板之间具有中空腔，所述加强筋包括设置在上面板上的上面板加强筋，以及设置在下面板上的下面板加强筋。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述上面板加强筋和下面板加强筋为一一对称设置，并且所述上面板加强筋和下面板加强筋均与其各自所在的平面垂直。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述加强筋由多个环形和/或圆弧形上面板加强筋和多个环形和/或圆弧形下面板加强筋组成。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述加强筋之间在水平方向上设置连接筋，所述连接筋用于增强加强筋的支撑强度。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述加强筋由多条相互平行的上面板加强筋和多条相互平行的下面板加强筋组成。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述加强筋是由多条上面板加强筋和下面板加强筋组成的网状结构，所述网状结构的结构单元为三角形、梯形或矩形以及它们的组合。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，所述上面板和下面板之间部分是实心结构，部分是由加强筋连接形成的中空腔，所述实心结构用于设置所述夹层结构的连接部，或通过将实心结构设置在的不同位置来改变夹层结构的重心。作为上述空心夹层结构的一种优选方案，部分加强筋之间设置有辅助加强筋，所述辅助加强筋用于进一步增强所述夹层结构的工作强度。本领域技术人员应该明了，本专利技术所述的空心夹层结构的空心夹层由上面板和下面板扣合得到，所述的空心夹层中设置有加强筋、连接筋、辅助加强筋或实心结构中的任意一种或至少两种的组合，所述组合例如在空心夹层中同时设置加强筋/连接筋、连接筋/辅助加强筋、加强筋/实心结构/连接筋、加强筋/连接筋/辅助加强筋/实心结构等。本专利技术所述的加强筋、连接筋或辅助加强筋的形状独立地选自直线和/或弧线，本领域技术人员可以根据实际情况对加强筋、连接筋或辅助加强筋的形状进行选择。本专利技术所述加强筋、连接筋、辅助加强筋或实心结构的位置也没有特别的限定，本领域技术人员可以根据设计需要（例如重心的位置、刚度分布）来设置加强筋和连接筋。典型但非限制性的实例有：通过在空心夹层结构中设置大小可调、质量可调的实心结构调节空心夹层结构的重心；通过在空心夹层结构中设置辅助加强筋的数量和排布密度来调节夹层结构的刚度分布。由此可以看出，本专利技术所提供的空心夹层结构具有重心可调、刚度分布可调的优点，弥补了现有机件结构重心不可调、刚度无法按需设置的缺点。本专利技术的目的还在于提供一种空心夹层结构的加工方法，所述方法是在上板面和下板面上加工出一一对应的筋（包括加强筋、连接筋、辅助加强筋或实心部分），然后通过扣合、焊接得到空心夹层结构。优选地，本专利技术通过如下技术方案实现，一种空心夹层结构的加工方法，包括，步骤A：首先将两块板材按设计要求加工出上面板和下面板的坯板，此步骤加工的坯板为平板结构，为了方便其进行下一步的加工不需要对其外部轮廓进行加工；步骤B：根据加强筋的设计形状，通过机加工分别在所述上面板和下面板的坯板上加工出上面板加强筋和下面板加强筋。步骤C：将步骤B中加工有上面板加强筋和下面板加强筋的上面板和下面板坯板相互扣合，在扣合过程中必须保证相对应的上面板加强筋和下面板加强筋必须相互对齐，然后通过整体扩散连接对其上面板和下面板进行焊接。步骤D：通过机加工对焊接在一起的上面板和下面板的外部轮廓进行加工；步骤E：按设计精度对空心夹层结构的外部轮廓进行精加工。本领域技术人员可以看出，本专利技术提供的一种空心夹层结构的制备步骤中，步骤A的胚板加工、步骤B的加强筋的加工、步骤C的上板面和下板面的扣合焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心夹层结构，其特征在于，所述夹层结构内部为中空腔、或该夹层结构内部由中空腔和实心结构组成；所述中空腔内具有加强筋。

【技术特征摘要】
1.一种空心夹层结构，其特征在于，该空心夹层结构适用于机翼的制造，所述空心夹层结构内部为中空腔、或该空心夹层结构内部由中空腔和实心结构组成；所述中空腔内具有加强筋；所述实心结构用于设置所述空心夹层结构的连接部，或通过将实心结构设置在的不同位置来改变空心夹层结构的重心；所述空心夹层结构包括上面板和下面板，所述上面板和下面板之间具有中空腔，所述加强筋包括设置在上面板上的上面板加强筋，以及设置在下面板上的下面板加强筋。2.根据权利要求1所述的空心夹层结构，其特征在于，所述上面板加强筋和下面板加强筋为一一对称设置；所述上面板加强筋与上面板垂直，所述下面板加强筋与下面板垂直。3.根据权利要求2所述的空心夹层结构，其特征在于，所述加强筋由环形和/或圆弧形上面板加强筋和环形和/或圆弧形下面板加强筋组成。4.根据权利要求3所述的空心夹层结构，其特征在于，所述加强筋之间在水平方向上设置连接筋，所述连接筋用于增强加强筋的支撑强度。5.根据权利要求2所述的空心夹层结构，其特征在于，所述加强筋由多条相互平行的上面板加强筋和多条相互平行的下面板加强筋组成。6.根据权利要求4所述的空心夹层结构，其特征在于，所述加强筋是由多条上面板加强筋和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，吴维贵，
申请(专利权)人：北京智创联合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：