一种轻量化蒙皮骨架弹翼整体扩散连接成形方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精密成形技术领域，具体涉及一种轻量化蒙皮骨架弹翼零件整体扩散连接方法。
【背景技术】
[0002]轻量化结构在航天航空领域得到越来越广泛的应用，传统弹翼零件大多采用蒙皮骨架结构，但此类钛合金弹翼零件制造过程为:骨架机械加工，蒙皮冷折弯成形，蒙皮周边与骨架焊接，蒙皮与骨架筋条部位点焊。但由于点焊工艺性，骨架筋条宽度受到限制，筋条宽度至少10_，影响弹翼零件的重量。而其它轻量化弹翼零件结构形式如超塑成形扩散连接结构，虽然能取得很好的减重效果，但由于工艺难度比较大，产品合格率低和生产效率低等方面的因素，没有在航空航天领域得到大批量使用。
【发明内容】
[0003]本发明提出了一种蒙皮骨架整体扩散连接结构弹翼，此种弹翼结构形式可以将骨架筋条分布根据最大承力效果进行设计，骨架内部筋条宽度可以设计为更窄的筋条形式(2-4)_，这样能够大大减轻弹翼重量，将蒙皮与骨架实现扩散连接后能够形成符合使用要求的轻量化弹翼零件。
[0004]本发明解决的技术问题是钛合金轻量化弹翼零件整体扩散连接方法，弹翼零件设计为蒙皮骨架结构，骨架筋条依据高度方面上不产生失稳的原则，宽度方向上可以设计的尽量窄，骨架上留有通气孔并与通气管路连接。蒙皮与骨架装备合适后周边用电子束进行焊接，形成密闭空腔。蒙皮骨架坯料装入模具，放入热成形设备进行升温。到达设定温度后合模并加载合适压力，蒙皮与骨架接触加压一定时间实现扩散连接，在此过程中为了防止蒙皮塌陷在零件内部加载气压。零件扩散连接完成后开始降温，降温后取出零件。
[0005]具体技术流程如下:
[0006](I)蒙皮零件下料，折弯成形符合型面要求的零件。
[0007](2)骨架铸造后根据设计模型进行机加，骨架在翼根处设计有通气孔。
[0008](3)对骨架和蒙皮需要进行扩散连接的部位进行抛光，要求表面粗糙度至少3.2。
[0009](4)将蒙皮周边与骨架下陷部位进行电子束焊接，内部形成密闭空腔，在成形过程中可以从通气孔对蒙皮内部加载气压。
[0010](5)将封焊好的蒙皮骨架零件表面喷涂防氧化剂，与扩散连接模具进行合理装配，并放入设备进行升温。
[0011](6)到达设定温度后合模加载压力，蒙皮与骨架接触处进行扩散连接，为防止压缩量过大影响零件尺寸，在上下模具之间可以设置合理厚度的限位块。为防止扩散连接过程中蒙皮软化塌陷，在蒙皮内层通过进行孔加载氩气。
[0012](7)经过一定的时间零件扩散连接完成后降温，到达合理温度取出零件，并放入下一个弹翼零件进行成形。
[0013]所述轻量化弹翼零件骨架改进了筋条尺寸，筋条在受压不失稳的前提下，宽度可以设计为(2-5) mm。
[0014]所述合模吨位可以通过单位压力及蒙皮与骨架的扩散连接面积计算得到，TA15钛合金弹翼为例参数如下:温度为(925±5) °C，单位面积压力为(8-10)Mpa，扩散连接时间大约为 120min。
[0015]所述内部气压加载可以控制在(0.1-0.2)Mpa，并在扩散连接完成后卸载气压加载。
[0016]有益效果
[0017](I)能够实现大尺寸弹翼零件蒙皮骨架整体扩散连接，提供了技术方案和完善工艺流程。
[0018](2)相比传统骨架蒙皮点焊结构弹翼大大减轻的弹翼重量。蒙皮与骨架的连接形式由点接触变为面连接，增大了弹翼承力能力。
[0019](3)相比超塑成形扩散连接结构弹翼，工艺流程更加简单，提高了产品合格率和生产效率，能够实现大批量生产。
【附图说明】
[0020]图1为本发明所要成形的轻量化蒙皮骨架整体扩散连接零件；
[0021 ]图2为弹翼零件蒙皮与骨架示意图；
[0022]图3为骨架示意图；
[0023]图4为整体扩散连接骨架弹翼模具示意图。
[0024]图中:1一蒙皮，2-骨架，3-通气孔，4-骨架筋条，5-弹翼整体扩散连接模具、6-蒙皮骨架整体扩散连接弹翼。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。本发明提供的轻量化蒙皮骨架弹翼零件整体扩散连接方法，包括以下步骤:
[0026](I)蒙皮零件下料，折弯成形符合型面要求的零件。
[0027](2)骨架铸造后根据设计模型进行机加，骨架在翼根处设计有通气孔。
[0028](3)对骨架和蒙皮需要进行扩散连接的部位进行抛光，要求表面粗糙度至少3.2。
[0029](4)将蒙皮周边与骨架下陷部位进行电子束焊接，内部形成密闭空腔，在成形过程中可以从通气孔对蒙皮内部加载气压。
[0030](5)将封焊好的蒙皮骨架零件表面喷涂防氧化剂，与扩散连接模具进行合理装配，并放入设备进行升温。
[0031](6)到达设定温度后合模加载压力，蒙皮与骨架接触处进行扩散连接，为防止压缩量过大影响零件尺寸，在上下模具之间可以设置合理厚度的限位块。为防止扩散连接过程中蒙皮软化塌陷，在蒙皮内层通过进行孔加载氩气。
[0032](7)经过一定的时间零件扩散连接完成后降温，到达合理温度取出零件，并放入下一个弹翼零件进行成形。
[0033]如图1所示，为采用本发明制造轻量化弹翼零件，材料为TA15钛合金，零件尺寸较大长度1200mm，宽度380mm左右。
[0034]如图2为蒙皮与骨架示意图，为了进一步减重蒙皮进行化铣扩散连接处厚度1.2，其余为0.8。骨架加强筋条宽度设计为4mm，大大减轻了弹翼重量。
[0035]将蒙皮周边与骨架进行封焊，并焊接通气管路，与模具进行装配后装入设备进行升温。设定温度925°C，到达温度后开始启动扩散连接过程，模具合模加压吨位为单位面积9Mpa，模具合模后蒙皮骨架内部气压加载，压力为0.2MPa。整个扩散连接时间设定为120min，成形完成后开始降温，温度降低到650°C -700°C后，开炉取出零件。
【主权项】
1.一种轻量化蒙皮骨架弹翼整体扩散连接成形方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)蒙皮零件下料，折弯成形符合型面要求的零件； (2)骨架铸造后根据设计模型进行机加，骨架在翼根处设计有通气孔；(3)对骨架和蒙皮需要进行扩散连接的部位进行抛光，要求表面粗糙度至少3.2 ; (4)将蒙皮周边与骨架下陷部位进行电子束焊接，内部形成密闭空腔，在成形过程中从通气孔对蒙皮内部加载气压； (5)将封焊好的蒙皮骨架零件表面喷涂防氧化剂，与扩散连接模具进行合理装配，并放入设备进行升温； (6)到达设定温度后合模加载压力，蒙皮与骨架接触处进行扩散连接，骨架筋条宽度为2-4mm，温度为925±5°C，单位面积压力为8_10Mpa，扩散连接时间为120min，上下模具之间设置限位块，在蒙皮内层通过进行孔加载氩气，内部气压为0.1-0.2Mpa ; (7)零件扩散连接完成后降温，取出零件，并放入下一个弹翼零件进行成形。
【专利摘要】本发明提出了一种轻量化蒙皮骨架整体扩散连接结构弹翼及其成形方法，此种弹翼结构形式可以将骨架筋条分布根据最大承力效果进行设计，骨架内部筋条宽度可以设计为更窄的筋条形式2-4mm，这样能够大大减轻弹翼重量。蒙皮与骨架装备合适后周边用电子束进行焊接，蒙皮骨架坯料装入模具，放入热成形设备进行升温。到达设定温度后合模并加载合适压力，蒙皮与骨架接触加压一定时间实现扩散连接，此种结构形式弹翼能够大大减轻重量并提高承载能力，而且尺寸精度高。
【IPC分类】B23P15/00, B23K20/00
【公开号】CN105057990
【申请号】CN201510518844
【发明人】刘太盈, 刘伟, 侯龙田, 沈华, 肖天骄, 李建辉
【申请人】北京星航机电装备有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月21日