一种钛合金筒形四层结构的超塑成形/扩散连接成形方法

文档序号:3211325阅读:226来源:国知局
专利名称:一种钛合金筒形四层结构的超塑成形/扩散连接成形方法
技术领域
本发明属于钣金成形技术,涉及一种钛合金筒形四层结构的超塑成形/扩散连接成形方法。
背景技术
筒体夹层结构作为导弹进气道、壳体典型结构形式,要求构件不仅满足同轴度、圆度等外形尺寸精度要求,更需要其满足轻质、高强、密封、隔热等特殊使用性能要求,制造过程复杂,难度较大。筒体夹层结构的传统制造方式为蒙皮骨架焊接、铆接方式,如图1所示。首先,通过机加或者铸造等方式成形钛合金内部骨架2,再将骨架2与蒙皮I焊接、铆接成为整体,形成内外蒙皮和框架的空心夹层结构。 对于蒙皮骨架焊接或铆接这种传统制造方式,其制造工艺包括蒙皮I和骨架2成形,铸造的骨架2为了保证精度,通常还要进行机械加工,不仅工艺复杂,而且厚度大,结构超重。而对于传统的蒙皮成形,无法做到复杂外形,经常要分块成形,导致整体性不好。另外蒙皮I和骨架2在焊接、焊后热处理或铆接过程容易产生变形,使构件外形尺寸精度难以保证。相比之下,采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺进行筒形夹层结构成形具有整体性好、可显著减少结构零件数量、构件尺寸精度高、设计自由度好等优点。SPF/DB构件的基本结构形式包括四种超塑成形(SPF)单层结构、SPF/DB双层结构、三层结构以及四层结构。SPF/DB多层结构最常见的应用是用于平板外形以及小曲率的曲面外形夹层零件,其中典型平板四层结构如图2所示。对于圆筒形等一些回转类夹层结构件,传统平板多层结构SPF/DB成形工艺已经无法实现。尤其是对于筒体夹层结构,传统的制造方式为蒙皮骨架焊接、铆接方式,存在铸造骨架厚度大,结构超重,蒙皮、骨架在焊接、铆接过程容易产生变形,使构件外形尺寸精度难以保证,整体性差等缺点。而传统SPF/DB成形工艺只能成形平板多层结构,无法实现圆筒形等一些回转类夹层结构件的成形。

发明内容
本发明的目的是提出一种能够对钛合金筒形四层结构进行超塑成形/扩散连接成形的工艺方法。本发明的技术解决方案是(I)单筒制备(1.1)制备外筒根据最终成形零件的外形尺寸计算外筒下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 2)制备第一个芯筒按照外层筒内径与第一个芯筒外径之间间隙为O.的要求,计算第一个芯筒下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;
(1. 3)制备第二个芯筒按照第一个芯筒内径与第二个芯筒外径之间间隙为O.的要求,计算第二个芯筒下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 4)制备内筒按照第二个芯筒内径与内筒外径之间间隙为O.的要求,计算内筒下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;将焊接好的四个单筒分别装入相应的热胀形模具进行热校形,将各个单筒校形到 相应尺寸;(2)筒体止焊剂图形制备对各个单筒进行表面酸洗处理,将酸洗后的第二个芯筒固定在分度头工装上,根据所需立筋数量在第二个芯筒的外壁上进行分度划线,根据划线留好立筋扩散区;在第二个芯筒10的外壁上手工覆膜,并按照分度划线刻形,然后去除非扩散区的覆膜并在该区涂敷止焊剂;(3)筒体装配按照外筒-第一个芯筒-第二个芯筒-内筒的顺序将四个单筒依次套装,套好后先采用亚弧焊点焊的方式将四个单筒进行固定,然后对装配好的四层结构筒两端面进行封焊,并留好内外层进排气道,在进排气道口上焊接气管;(4)筒体超塑成形/扩散连接将封焊完成的四层结构筒毛坯装入超塑成形模具,放入超塑成形设备进行超塑成形/扩散连接,成形工艺条件为温度910-920°C,成形压力1. 5Mpa ;(5)炉冷取件关闭加热和机床液压泵,加热炉自然冷却,取出零件竖直放入保温箱内缓冷,成形完毕。所述超塑成形模具的结构是,模具包括5个部分,分别是胀芯、胀瓣、外模、套环和托盘,其中胀芯为带圆盘的锥体,胀瓣由中心带锥孔的圆柱体沿对称轴切割为4瓣或6瓣形成,胀芯的锥角与胀瓣中心锥孔的锥角相同,外模为带内部型腔的圆环,外模沿对称轴切割为4瓣,采用上下两个套环固定,托盘为一个圆盘,置于胀芯、胀瓣、外模、套环和筒体毛坯的下方。本发明具有的优点和有益效果,本发明首次提出了一种四层结构筒体SPF/DB工艺方法和具有胀形功能的SPF/DB回转夹层结构成形模具结构,可以实现筒形回转四层结构的制备。相比传统制造工艺,采用该工艺方法制造的筒形回转夹层结构具有结构重量更轻,整体性更好,尺寸精度更高,结构设计自由度更大等优点。本发明通过采用新型毛坯结构形式和制坯方法,可靠实现了四层结构止焊剂涂敷、筒体定位等要求,降低了工艺工装的难度和复杂性,稳定可靠实现了钛合金筒形四层结构SPF / DB成形,提高了成形质量和工艺稳定性。将SPF/DB工艺方法从成形平板夹层结构拓展到了成形筒形回转夹层结构,扩大了该工艺的应用领域,可以实现了较好经济和技术效益。


图1现有技术中蒙皮骨架铆(焊)接筒形结构示意图;图2是SPF/DB四层平板构件的基本结构示意图;图3是本发明工艺流程框图;图4含胀形功能的SPF/DB回转夹层结构成形模具结构示意图;图5是筒形四层结构毛坯结构示意图; 图6是采用本发明方法制备的四层结构筒体结构示意图。
具体实施例方式本发明提出的四层结构筒体成形方法其流程见图3。(I)单筒制备(1.1)制备外筒8根据最终成形零件的外形尺寸计算外筒8下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(I·2)制备第一个芯筒9按照外层筒内径与第一个芯筒9外径之间间隙为O.的要求,计算第一个芯筒9下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 3)制备第二个芯筒10按照第一个芯筒内径9与第二个芯筒10外径之间间隙为O.的要求,计算第二个芯筒10下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 4)制备内筒 11按照第二个芯筒10内径与内筒11外径之间间隙为O.的要求,计算内筒11下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;将焊接好的四个单筒分别装入相应的热胀形模具进行热校形,将各个单筒校形到相应尺寸;(2)筒体止焊剂图形制备对各个单筒进行表面酸洗处理,将酸洗后的第二个芯筒10固定在分度头工装上,根据所需立筋数量在第二个芯筒10的外壁上进行分度划线,根据划线留好立筋扩散区;在第二个芯筒10的外壁上手工覆膜,并按照分度划线刻形,然后去除非扩散区的覆膜并在该区涂敷止焊剂;(3)筒体装配按照外筒8-第一个芯筒9-第二个芯筒10-内筒11的顺序将四个单筒依次套装,套好后先采用亚弧焊点焊的方式将四个单筒进行固定,然后对装配好的四层结构筒两端面进行封焊,并留好内外层进排气道,在进排气道口上焊接气管;
(4)筒体超塑成形/扩散连接将封焊完成的四层结构筒毛坯装入超塑成形模具,放入超塑成形设备进行超塑成形/扩散连接,成形工艺条件为温度910-920°C,成形压力1. 5Mpa ;(5)炉冷取件关闭加热和机床液压泵,加热炉自然冷却,取出零件竖直放入保温箱内缓冷,成形完毕。所述超塑成形模具的结构是,模具包括5个部分,分别是胀芯3、胀瓣4、外模5、套环6和托盘7,其中胀芯3为带圆盘的锥体,胀瓣4由中心带锥孔的圆柱体沿对称轴切割为4瓣或6瓣形成,胀芯3的锥角与胀瓣4中心锥孔的锥角相同,外模5为带内部型腔的圆环,外模5沿对称轴切割为4瓣,采用上下两个套环6固定,托盘7为一个圆盘,置于胀芯3、胀瓣4、外模5、套环6和筒体毛坯的下方。实施例1.采用TC4钛合金超塑性板材,内外筒和芯筒板厚均为Imm ;进行了单个筒体的制备,其单筒内径如表I所示。表I各层筒子的内径分布
权利要求
1.一种钛合金筒形四层结构的超塑成形/扩散连接成形方法,其特征是(1)单筒制备(1.1)制备外筒(8)根据最终成形零件的外形尺寸计算外筒(8)下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 2)制备第一个芯筒(9)按照外层筒内径与第一个芯筒(9)外径之间间隙为O.的要求,计算第一个芯筒(9)下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 3)制备第二个芯筒(10)按照第一个芯筒内径(9)与第二个芯筒(10)外径之间间隙为O.的要求,计算第二个芯筒(10)下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;(1. 4)制备内筒(11)按照第二个芯筒(10)内径与内筒(11)外径之间间隙为O.的要求,计算内筒(11)下料尺寸,按该下料尺寸切割钛合金板材,将此板材料滚弯成筒形,采用激光焊或氩弧焊对对接缝进行焊接;将焊接好的四个单筒分别装入相应的热胀形模具进行热校形,将各个单筒校形到相应尺寸;(2)筒体止焊剂图形制备对各个单筒进行表面酸铣处理,将酸铣后的第二个芯筒(10)固定在分度头工装上,根据所需立筋数量在第二个芯筒(10)的外壁上进行分度划线,根据划线留好立筋扩散区;在第二个芯筒(10)的外壁上手工覆膜,并按照分度划线刻形,然后去除非扩散区的覆膜并在该区涂敷止焊剂;(3)筒体装配按照外筒(8)-第一个芯筒(9)-第二个芯筒(10)-内筒(11)的顺序将四个单筒依次套装,套好后先采用亚弧焊点焊的方式将四个单筒进行固定,然后对装配好的四层结构筒两端面进行封焊,并留好内外层进排气道,在进排气道口上焊接气管;(4)筒体超塑成形/扩散连接将封焊完成的四层结构筒毛坯装入超塑成形模具,放入超塑成形设备进行超塑成形/扩散连接,成形工艺条件为温度910-920°C,成形压力1. 5Mpa ;(5)炉冷取件关闭加热和机床液压泵,加热炉自然冷却,取出零件竖直放入保温箱内缓冷,成形完毕。所述超塑成形模具的结构是,模具包括(5)个部分,分别是胀芯(3)、胀瓣(4)、外模(5)、套环(6)和托盘(7),其中胀芯(3)为带圆盘的锥体,胀瓣(4)由中心带锥孔的圆柱体沿对称轴切割为(4)瓣或(6)瓣形成,胀芯(3)的锥角与胀瓣(4)中心锥孔的锥角相同,外模(5)为带内部型腔的圆环,外模(5)沿对称轴切割为(4)瓣,采用上下两个套环(6)固定,托盘(7)为一个圆盘,置于胀芯(3)、胀瓣(4)、外模(5)、套环(6)和筒体毛坯的下方。
全文摘要
本发明属于钣金成形技术,涉及一种钛合金筒形四层结构的超塑成形/扩散连接成形方法。本发明通过采用新型毛坯结构形式和制坯方法,可靠实现了四层结构止焊剂涂敷、筒体定位等要求,降低了工艺工装的难度和复杂性,稳定可靠实现了钛合金筒形四层结构SPF/DB成形,提高了成形质量和工艺稳定性。将SPF/DB工艺方法从成形平板夹层结构拓展到了成形筒形回转夹层结构,扩大了该工艺的应用领域,可以实现了较好经济和技术效益。
文档编号B21D37/10GK103008997SQ20121054526
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者许慧元, 邵杰, 韩秀全, 韩晓宁 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所
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