[發(fā)明專利]一種密閉帶筋空心構件的成形方法

有效

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• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108817867B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 張紀春;邵杰;韓秀全;陳福龍
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K20/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種密閉帶筋空心構件的成形方法，其采用機械加工的方法加工完成兩個帶有立筋的空腔半坯構件，將兩個半坯構件的立筋對齊，焊接成為一個整體毛坯，并在整體毛坯一側焊接進氣管，將整體毛坯放入加熱爐中，在向整體毛坯空腔內(nèi)充入惰性氣體并保持一定壓力的條件下進行超塑成形/擴散連接。該方法簡單、高效，可有效防止采用其他工藝方法成形的空腔結構表面出現(xiàn)的溝槽、凹陷等缺陷，空腔區(qū)域壁厚在高溫、高壓下發(fā)生的蠕變變形問題，保證了零件的外形輪廓精度。

技術領域

本發(fā)明涉一種密閉帶筋空心構件的成形方法，屬于鈦合金超塑成形/擴散連接技術領域。

背景技術

隨著航空航天制造技術的發(fā)展，飛行器已經(jīng)從亞聲速、超聲速進入超高速聲速階段發(fā)展，飛行器的制造技術也向著輕量化、耐高溫的方向發(fā)展。飛行器結構的某些承力部件，必須具備良好的氣動性能，升力大，阻力小，重量輕，氣動加熱小等要求。為了實現(xiàn)結構的輕量化， 減重的主要途經(jīng)就是在結構上采用“以空代實”，即對于承受以彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷為主的構件, 采用空心結構取代實心結構，這樣既可以減輕重量節(jié)約材料又可以充分利用材料的強度和剛度。綜上所述，飛行器的此類功能性構件也由實心板式結構向空心結構轉(zhuǎn)變，由鋁合金材料向鈦合金材料轉(zhuǎn)變。

目前鈦合金帶筋空心結構零件的制造主要有三種方法：蒙皮骨架式、超塑成形/擴散連接結構、真空擴散焊。

蒙皮骨架式構件，骨架一般采用輻射梁式或網(wǎng)格式直接加工而成,蒙皮與骨架采用焊接或鉚釘、螺釘裝配。骨架一般采用鋁合金機加、化學洗切、模鍛等方法成型。蒙皮一般采用熱成形工藝方法完成制造。蒙皮骨架式結構不論是采用了鉚接方式還是螺釘連接方式，均為連接結構，存在結構整體性差、型面精度差、裝配復雜，生產(chǎn)效率低等缺點。蒙皮與骨架之間采用焊接方式時，雖然其內(nèi)部為空心結構，在一定程度上減輕了工件重量。但是，由于工件在焊接后冷卻過程中散熱不均，工件型面輪廓產(chǎn)生變形，影響工件在飛行過程中的受載分布，對飛行軌跡產(chǎn)生較大影響。另外，在焊接過程中，焊接位置和熱影響區(qū)域經(jīng)歷焊接熱循環(huán)過程，造成組織長大，極易產(chǎn)生母材強度下降或延遲裂紋以及裂紋等缺陷，直接影響到工件的使用性能，甚至整體產(chǎn)品的使用壽命。蒙皮與骨架鉚接是薄壁與實體連接，蒙皮在與骨架連接區(qū)域，應力集中大，型面輪廓產(chǎn)生變形。在鉚接外力的作用下，鉚釘發(fā)生塑性形變，鉚釘桿膨脹、變粗，強度下降，鉚釘產(chǎn)生脫落。

超塑成形/擴散連接技術（SPF/DB）是在一定溫度下、一個熱循環(huán)狀態(tài)下完成超塑成形和擴散連接兩個工藝過程，從而制造出外形曲面復雜、內(nèi)部立筋的空心構件。利用鈦合金超塑成形技術可以制造多種復雜航空航天空心結構零件，如兩層結構艙門、壁板、口蓋、四層結構葉片等飛機、發(fā)動機零件以及導彈舵翼類零件。利用SPF/DB 組合工藝技術成形鈦合金空心結構，雖然保證了結構的整體性，但是其工藝過程復雜，溫度、時間、壓力等工藝參數(shù)多，立筋完整性易出現(xiàn)缺陷。但是，在超塑成形立筋過程中，極易出現(xiàn)表面溝槽、褶皺、筋條缺失或不完整等缺陷，影響零件的氣動外形和質(zhì)量分布，嚴重時可引起顫振。

擴散焊是一種將工件在一定溫度和壓力的作用下，在母材表面產(chǎn)生極小的微觀塑性流變相但無相對移動的固態(tài)焊接方法。真空擴散焊的原理是：將兩個待焊接工件的斷面磨光后放在一起，在真空環(huán)境下加熱到金屬熔化溫度的0.7～0.9倍，在加壓條件下使工件接觸面發(fā)生局部塑性變形，發(fā)生金屬原子間的連接和原子間的互相擴散從而實現(xiàn)兩個工件的連接。擴散焊空心構件，受爐體真空環(huán)境影響較大，直接影響構件接觸界面的焊合質(zhì)量。另外，受到真空爐體工作臺面積的制約，不適用于大零件的加工，且針對焊接處和裝配要求較高，焊接過程中，熱循環(huán)時間較長，導致生產(chǎn)效率不高，零件尺寸也受到了設備的局限。在真空擴散爐內(nèi)，受長時間熱循環(huán)狀態(tài)影響，空腔處產(chǎn)生蠕變變形，造成空腔處塌陷，引起壁厚分布不均，不能保證零件最終的外形輪廓。采用超塑成形/擴散連接技術制造的空心立筋結構存在筋條寬度不一致，筋條紊亂或缺失等嚴重缺陷。采用本發(fā)明可避免上述缺點，并存在以下改進點：

（1）空腔立筋采用機械加工的方法，保證了筋條尺寸的精度，避免了筋條紊亂和缺失缺陷；