專利名稱：一種鈦合金工字型截面波紋梁及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金工字型截面波紋梁的制造技術(shù)，涉及一種鈦合金工字型截面波紋梁和對(duì)鈦合金工字型截面波紋梁制造方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
鈦合金工字型截面波紋梁由上緣條、下緣條和位于上緣條、下緣條之間的腹板組成，上緣條、腹板和下緣條相互連接為整體結(jié)構(gòu)。目前，鈦合金工字型截面波紋梁的制造一般采用鍛造與機(jī)加工藝進(jìn)行，即先利用自由鍛造制備零件毛坯，然后利用數(shù)控機(jī)床加工保證型面形狀尺寸。若零件尺寸較大，則導(dǎo)致鍛件投影面積大，由于受鍛造設(shè)備能力的限制， 需將波紋梁分段制造，然后進(jìn)行拼焊。上述方法制造鈦合金工字型截面波紋梁存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)(1)由于鈦合金變形抗力大，若加之投影面積大，則需使用大型鍛造設(shè)備；(2)鈦合金對(duì)鍛造工藝參數(shù)非常敏感，鍛造溫度、變形量、變形及冷卻速度的改變都會(huì)引起鈦合金組織性能的變化；(3)鈦合金鍛件存在大余量加工表面，材料利用率低；(4)鈦合金鍛件切削加工性能差，且需要采用數(shù)控加工，加工成本高；(5)若鈦合金波紋梁截面壁厚較薄時(shí)，數(shù)控加工難度大，通常粗加工后還需要經(jīng)過退火去除表面應(yīng)力，再進(jìn)行精加工，加工周期長(zhǎng)；(6)切削加工之后其組織中的流線被切斷，至使疲勞等力學(xué)性能會(huì)大幅下降；(7)若鈦合金波紋梁尺寸大，則會(huì)導(dǎo)致鈦合金鍛件投影面積越大，需要分段制造再拼焊而成，而焊縫的增加，會(huì)降低其力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種無(wú)需鍛造工藝、材料利用率高、加工周期短、成本低、無(wú)需拼焊的鈦合金工字型截面波紋梁的制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鈦合金工字型截面波紋梁，其特征在于，它由左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板組合連接構(gòu)成，左側(cè)腹板的截面形狀是“口”字去掉左側(cè)一豎的形狀，右側(cè)腹板的截面形狀是“ 口”字去掉右側(cè)一豎的形狀，左側(cè)腹板中間立板的右表面與右側(cè)腹板中間立板的左表面貼合，左側(cè)腹板和右側(cè)腹板的上平板與上緣板的下表面貼合，左側(cè)腹板和右側(cè)腹板的下平板與下緣板的上表面貼合，左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板之間的貼合面通過擴(kuò)散連接形成整體結(jié)構(gòu)，左側(cè)腹板中間立板的厚度與右側(cè)腹板中間立板的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁腹板的厚度，左側(cè)腹板和右側(cè)腹板的上平板與上緣板的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁上緣條的厚度，左側(cè)腹板和右側(cè)腹板的下平板與下緣板的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁下緣條的厚度。如上面所述鈦合金工字型截面波紋梁的制造方法，其特征在于，制造的步驟如下
1、模具制造根據(jù)波紋梁的數(shù)學(xué)模型制造出波紋梁左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板的超塑成形模具以及波紋梁熱等靜壓擴(kuò)散模具；若上緣板和下緣板不帶型面，則不需要制造上緣板和下緣板的超塑成形模具；2、下料按左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板的超塑成形模具所需要的尺寸分別裁取鈦合金板坯，清除板坯毛刺并進(jìn)行除油，然后在板坯表面均勻噴涂氧化釔型隔離劑 (含氧化釔粉、聚甲基丙烯酸甲酯粉、醋酸乙酯，比例為20 1 10，用大量丙酮稀釋)；3、超塑成形將左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板的鈦合金板坯分別裝入相應(yīng)的超塑成形模具中，然后放進(jìn)加熱爐中升溫加熱到880°C 920°C，向模具中通入氬氣進(jìn)行超塑成形，超塑成形的最大氣壓為1. 5MPa,超塑成形時(shí)間60min 90min，爐內(nèi)自然冷卻，得到左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板的毛坯；4、切邊采用線切割的方法去除左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板毛坯上多余的工藝邊；5、毛坯表面處理對(duì)毛坯表面進(jìn)行堿崩酸洗處理，去除氧化皮；6、毛坯組焊采用氬弧焊將左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板各毛坯的貼合邊緣組合封焊成波紋梁毛坯，左側(cè)腹板、右側(cè)腹板、上緣板和下緣板各毛坯的貼合面內(nèi)應(yīng)保持真空狀態(tài)，真空度不大于0. IPa ；7、擴(kuò)散連接在波紋梁毛坯表面均勻噴涂止焊劑后，將波紋梁毛坯裝入熱等靜壓擴(kuò)散模具中，放入加熱爐中升溫加熱至880°C 920°C，向熱等靜壓擴(kuò)散模具中通入氬氣進(jìn)行擴(kuò)散連接，最大氣壓2MPa，保壓時(shí)間Ih 1. 5h，爐內(nèi)自然冷卻后出爐；8、切割焊接工藝邊采用線切割的方法去除多余的焊接工藝邊，獲得鈦合金工字型截面波紋梁。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需鍛造工藝；由于鈦合金超塑變形抗力小，可降低設(shè)備噸位， 并以較小的氣壓獲得較大的變形量；鈦合金可在較寬的溫度范圍內(nèi)超塑變形，而其組織性能與原始鈦合金相比降低很少；零件外型面通過超塑精確成形，除周邊的氬弧焊工藝邊外， 不存在加工余量，材料利用率高；無(wú)需數(shù)控加工及去應(yīng)力退火，加工周期短，成本低；零件通過熱等靜壓擴(kuò)散連接在一起成為整體結(jié)構(gòu)，疲勞性能好；能制造大尺寸薄壁零件，而無(wú)需拼焊。


圖1是本發(fā)明鈦合金工字型截面波紋梁的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見圖1，一種鈦合金工字型截面波紋梁，其特征在于，它由左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4組合連接構(gòu)成，左側(cè)腹板1的截面形狀是“ 口，，去掉左側(cè)一豎的形狀，右側(cè)腹板2的截面形狀是“ 口，，去掉右側(cè)一豎的形狀， 左側(cè)腹板1中間立板的右表面與右側(cè)腹板2中間立板的左表面貼合，左側(cè)腹板1和右側(cè)腹板2的上平板與上緣板3的下表面貼合，左側(cè)腹板1和右側(cè)腹板2的下平板與下緣板4的上表面貼合，左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4之間的貼合面通過擴(kuò)散連接形成整體結(jié)構(gòu)，左側(cè)腹板1中間立板的厚度與右側(cè)腹板2中間立板的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁腹板的厚度，左側(cè)腹板1和右側(cè)腹板2的上平板與上緣板3的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁上緣條的厚度，左側(cè)腹板1和右側(cè)腹板2的下平板與下緣板4的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁下緣條的厚度。如上面所述鈦合金工字型截面波紋梁的制造方法，其特征在于，制造的步驟如下1、模具制造根據(jù)波紋梁的數(shù)學(xué)模型制造出波紋梁左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形模具以及波紋梁熱等靜壓擴(kuò)散模具；若上緣板3和下緣板4不帶型面，則不需要制造上緣板3和下緣板4的超塑成形模具；2、下料按左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形模具所需要的尺寸分別裁取鈦合金板坯，清除板坯毛刺并進(jìn)行除油，然后在板坯表面均勻噴涂氧化釔型隔離劑(含氧化釔粉、聚甲基丙烯酸甲酯粉、醋酸乙酯，比例為20 1 10，用大量丙酮稀釋)；3、超塑成形將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的鈦合金板坯分別裝入相應(yīng)的超塑成形模具中，然后放進(jìn)加熱爐中升溫加熱到880°C 920°C，向模具中通入氬氣進(jìn)行超塑成形，超塑成形的最大氣壓為1. 5MPa，超塑成形時(shí)間60min 90min，爐內(nèi)自然冷卻，得到左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的毛坯；4、切邊采用線切割的方法去除左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4毛坯上多余的工藝邊；5、毛坯表面處理對(duì)毛坯表面進(jìn)行堿崩酸洗處理，去除氧化皮；6、毛坯組焊采用氬弧焊將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4各毛坯的貼合邊緣組合封焊成波紋梁毛坯，左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4各毛坯的貼合面內(nèi)應(yīng)保持真空狀態(tài)，真空度不大于0. IPa ；7、擴(kuò)散連接在波紋梁毛坯表面均勻噴涂止焊劑后，將波紋梁毛坯裝入熱等靜壓擴(kuò)散模具中，放入加熱爐中升溫加熱至880°C 920°C，向熱等靜壓擴(kuò)散模具中通入氬氣進(jìn)行擴(kuò)散連接，最大氣壓2MPa，保壓時(shí)間Ih 1. 5h，爐內(nèi)自然冷卻后出爐；8、切割焊接工藝邊采用線切割的方法去除多余的焊接工藝邊，獲得鈦合金工字型截面波紋梁。本發(fā)明是利用鈦合金良好的超塑和擴(kuò)散連接性能，采用單層板超塑成形工藝，在超塑模具中分別進(jìn)行左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形，實(shí)現(xiàn)了左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4板坯的精確成形，然后采用整體熱等靜壓的方式將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4板坯通過擴(kuò)散連接成為整體結(jié)構(gòu)。實(shí)施例11、模具制造根據(jù)波紋梁的數(shù)學(xué)模型制造出波紋梁左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形模具以及波紋梁熱等靜壓擴(kuò)散模具；若上緣板3和下緣板4不帶型面，則不需要制造上緣板3和下緣板4的超塑成形模具；2、下料按左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形模具所需要的尺寸分別裁取鈦合金板坯，清除板坯毛刺并進(jìn)行除油，然后在板坯表面均勻噴涂氧化釔型隔離劑(含氧化釔粉、聚甲基丙烯酸甲酯粉、醋酸乙酯，比例為20 1 10，用大量丙酮稀釋)；
3、超塑成形將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的鈦合金板坯分別裝入相應(yīng)的超塑成形模具中，然后放進(jìn)加熱爐中升溫加熱到880°C，向模具中通入氬氣進(jìn)行超塑成形，超塑成形的最大氣壓為1. 5MPa，超塑成形時(shí)間80min，爐內(nèi)自然冷卻，得到左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的毛坯；4、切邊采用線切割的方法去除左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4毛坯上多余的工藝邊；5、毛坯表面處理對(duì)毛坯表面進(jìn)行堿崩酸洗處理，去除氧化皮；6、毛坯組焊采用氬弧焊將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4各毛坯的貼合邊緣組合封焊成波紋梁毛坯，左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4各毛坯的貼合面內(nèi)應(yīng)保持真空狀態(tài)，真空度不大于0. IPa ；7、擴(kuò)散連接在波紋梁毛坯表面均勻噴涂止焊劑后，將波紋梁毛坯裝入熱等靜壓擴(kuò)散模具中，放入加熱爐中升溫加熱至890°C，向熱等靜壓擴(kuò)散模具中通入氬氣進(jìn)行擴(kuò)散連接，最大氣壓2MPa，保壓時(shí)間1. 5h，爐內(nèi)自然冷卻后出爐；8、切割焊接工藝邊采用線切割的方法去除多余的焊接工藝邊，獲得鈦合金工字型截面波紋梁。實(shí)施例21、模具制造根據(jù)波紋梁的數(shù)學(xué)模型制造出波紋梁左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形模具以及波紋梁熱等靜壓擴(kuò)散模具；若上緣板3和下緣板4不帶型面，則不需要制造上緣板3和下緣板4的超塑成形模具；2、下料按左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的超塑成形模具所需要的尺寸分別裁取鈦合金板坯，清除板坯毛刺并進(jìn)行除油，然后在板坯表面均勻噴涂氧化釔型隔離劑(含氧化釔粉、聚甲基丙烯酸甲酯粉、醋酸乙酯，比例為20 1 10，用大量丙酮稀釋)；3、超塑成形將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的鈦合金板坯分別裝入相應(yīng)的超塑成形模具中，然后放進(jìn)加熱爐中升溫加熱到900°C，向模具中通入氬氣進(jìn)行超塑成形，超塑成形的最大氣壓為1. 5MPa，超塑成形時(shí)間60min，爐內(nèi)自然冷卻，得到左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4的毛坯；4、切邊采用線切割的方法去除左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4毛坯上多余的工藝邊；5、毛坯表面處理對(duì)毛坯表面進(jìn)行堿崩酸洗處理，去除氧化皮；6、毛坯組焊采用氬弧焊將左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4各毛坯的貼合邊緣組合封焊成波紋梁毛坯，左側(cè)腹板1、右側(cè)腹板2、上緣板3和下緣板4各毛坯的貼合面內(nèi)應(yīng)保持真空狀態(tài)，真空度不大于0. IPa ；7、擴(kuò)散連接在波紋梁毛坯表面均勻噴涂止焊劑后，將波紋梁毛坯裝入熱等靜壓擴(kuò)散模具中，放入加熱爐中升溫加熱至910°C，向熱等靜壓擴(kuò)散模具中通入氬氣進(jìn)行擴(kuò)散連接，最大氣壓2MPa，保壓時(shí)間lh，爐內(nèi)自然冷卻后出爐；8、切割焊接工藝邊采用線切割的方法去除多余的焊接工藝邊，獲得鈦合金工字型截面波紋梁。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金工字型截面波紋梁，其特征在于，它由左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]組合連接構(gòu)成，左側(cè)腹板[1]的截面形狀是“口”字去掉左側(cè)一豎的形狀，右側(cè)腹板[2]的截面形狀是“口”字去掉右側(cè)一豎的形狀，左側(cè)腹板[1]中間立板的右表面與右側(cè)腹板[2]中間立板的左表面貼合，左側(cè)腹板[1]和右側(cè)腹板[2]的上平板與上緣板[3]的下表面貼合，左側(cè)腹板[1]和右側(cè)腹板[2]的下平板與下緣板W]的上表面貼合，左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]之間的貼合面通過擴(kuò)散連接形成整體結(jié)構(gòu)，左側(cè)腹板[1]中間立板的厚度與右側(cè)腹板[2]中間立板的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁腹板的厚度，左側(cè)腹板[1]和右側(cè)腹板[2]的上平板與上緣板[3]的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁上緣條的厚度，左側(cè)腹板[1]和右側(cè)腹板[2]的下平板與下緣板W]的厚度之和等于鈦合金工字型截面波紋梁下緣條的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的鈦合金工字型截面波紋梁的制造方法，其特征在于，制造的步驟如下-2. 1、模具制造根據(jù)波紋梁的數(shù)學(xué)模型制造出波紋梁左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]的超塑成形模具以及波紋梁熱等靜壓擴(kuò)散模具；若上緣板[3]和下緣板[4]不帶型面，則不需要制造上緣板[3]和下緣板W]的超塑成形模具；-2. 2、下料按左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]的超塑成形模具所需要的尺寸分別裁取鈦合金板坯，清除板坯毛刺并進(jìn)行除油，然后在板坯表面均勻噴涂氧化釔型隔離劑(含氧化釔粉、聚甲基丙烯酸甲酯粉、醋酸乙酯，比例為20 1 10，用大量丙酮稀釋)；-2. 3、超塑成形將左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]的鈦合金板坯分別裝入相應(yīng)的超塑成形模具中，然后放進(jìn)加熱爐中升溫加熱到880°C 920°C，向模具中通入氬氣進(jìn)行超塑成形，超塑成形的最大氣壓為1. 5MPa，超塑成形時(shí)間60min 90min，爐內(nèi)自然冷卻，得到左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板W]的毛坯；-2. 4、切邊采用線切割的方法去除左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板 [4]毛坯上多余的工藝邊；-2. 5、毛坯表面處理對(duì)毛坯表面進(jìn)行堿崩酸洗處理，去除氧化皮； 2. 6、毛坯組焊采用氬弧焊將左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]各毛坯的貼合邊緣組合封焊成波紋梁毛坯，左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板 [4]各毛坯的貼合面內(nèi)應(yīng)保持真空狀態(tài)，真空度不大于0. IPa ；-2. 7、擴(kuò)散連接在波紋梁毛坯表面均勻噴涂止焊劑后，將波紋梁毛坯裝入熱等靜壓擴(kuò)散模具中，放入加熱爐中升溫加熱至880°C 920°C，向熱等靜壓擴(kuò)散模具中通入氬氣進(jìn)行擴(kuò)散連接，最大氣壓2MPa，保壓時(shí)間Ih 1.5h，爐內(nèi)自然冷卻后出爐；-2. 8、切割焊接工藝邊采用線切割的方法去除多余的焊接工藝邊，獲得鈦合金工字型截面波紋梁。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈦合金工字型截面波紋梁的制造技術(shù)，涉及一種鈦合金工字型截面波紋梁和對(duì)鈦合金工字型截面波紋梁制造方法的改進(jìn)。它由左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]組合連接構(gòu)成，左側(cè)腹板[1]、右側(cè)腹板[2]、上緣板[3]和下緣板[4]之間的貼合面通過擴(kuò)散連接形成整體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制造步驟是模具制造；下料；超塑成形；切邊；毛坯表面處理；毛坯組焊；擴(kuò)散連接；切割焊接工藝邊。本發(fā)明無(wú)需鍛造工藝，材料利用率高，加工周期短，成本低，無(wú)需拼焊。
文檔編號(hào)B23P15/24GK102182907SQ20101057422
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者侯紅亮, 李志強(qiáng), 李曉華, 韓秀全 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所