專利名稱：一種鈦合金筒形四層結(jié)構(gòu)的超塑成形/擴散連接成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈑金成形技術(shù)，涉及一種鈦合金筒形四層結(jié)構(gòu)的超塑成形/擴散連接成形方法。
背景技術(shù)：
筒體夾層結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)彈進氣道、殼體典型結(jié)構(gòu)形式，要求構(gòu)件不僅滿足同軸度、圓度等外形尺寸精度要求，更需要其滿足輕質(zhì)、高強、密封、隔熱等特殊使用性能要求，制造過程復(fù)雜，難度較大。筒體夾層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)制造方式為蒙皮骨架焊接、鉚接方式，如圖1所示。首先，通過機加或者鑄造等方式成形鈦合金內(nèi)部骨架2，再將骨架2與蒙皮I焊接、鉚接成為整體，形成內(nèi)外蒙皮和框架的空心夾層結(jié)構(gòu)。 對于蒙皮骨架焊接或鉚接這種傳統(tǒng)制造方式，其制造工藝包括蒙皮I和骨架2成形，鑄造的骨架2為了保證精度，通常還要進行機械加工，不僅工藝復(fù)雜，而且厚度大，結(jié)構(gòu)超重。而對于傳統(tǒng)的蒙皮成形，無法做到復(fù)雜外形，經(jīng)常要分塊成形，導(dǎo)致整體性不好。另外蒙皮I和骨架2在焊接、焊后熱處理或鉚接過程容易產(chǎn)生變形，使構(gòu)件外形尺寸精度難以保證。相比之下，采用超塑成形/擴散連接(SPF/DB)工藝進行筒形夾層結(jié)構(gòu)成形具有整體性好、可顯著減少結(jié)構(gòu)零件數(shù)量、構(gòu)件尺寸精度高、設(shè)計自由度好等優(yōu)點。SPF/DB構(gòu)件的基本結(jié)構(gòu)形式包括四種超塑成形(SPF)單層結(jié)構(gòu)、SPF/DB雙層結(jié)構(gòu)、三層結(jié)構(gòu)以及四層結(jié)構(gòu)。SPF/DB多層結(jié)構(gòu)最常見的應(yīng)用是用于平板外形以及小曲率的曲面外形夾層零件，其中典型平板四層結(jié)構(gòu)如圖2所示。對于圓筒形等一些回轉(zhuǎn)類夾層結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)平板多層結(jié)構(gòu)SPF/DB成形工藝已經(jīng)無法實現(xiàn)。尤其是對于筒體夾層結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的制造方式為蒙皮骨架焊接、鉚接方式，存在鑄造骨架厚度大，結(jié)構(gòu)超重，蒙皮、骨架在焊接、鉚接過程容易產(chǎn)生變形，使構(gòu)件外形尺寸精度難以保證，整體性差等缺點。而傳統(tǒng)SPF/DB成形工藝只能成形平板多層結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)圓筒形等一些回轉(zhuǎn)類夾層結(jié)構(gòu)件的成形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠?qū)︹伜辖鹜残嗡膶咏Y(jié)構(gòu)進行超塑成形/擴散連接成形的工藝方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是(I)單筒制備(1.1)制備外筒根據(jù)最終成形零件的外形尺寸計算外筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 2)制備第一個芯筒按照外層筒內(nèi)徑與第一個芯筒外徑之間間隙為O.的要求，計算第一個芯筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；
(1. 3)制備第二個芯筒按照第一個芯筒內(nèi)徑與第二個芯筒外徑之間間隙為O.的要求，計算第二個芯筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 4)制備內(nèi)筒按照第二個芯筒內(nèi)徑與內(nèi)筒外徑之間間隙為O.的要求，計算內(nèi)筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應(yīng)的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到 相應(yīng)尺寸；(2)筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸洗處理，將酸洗后的第二個芯筒固定在分度頭工裝上，根據(jù)所需立筋數(shù)量在第二個芯筒的外壁上進行分度劃線，根據(jù)劃線留好立筋擴散區(qū)；在第二個芯筒10的外壁上手工覆膜，并按照分度劃線刻形，然后去除非擴散區(qū)的覆膜并在該區(qū)涂敷止焊劑；(3)筒體裝配按照外筒-第一個芯筒-第二個芯筒-內(nèi)筒的順序?qū)⑺膫€單筒依次套裝，套好后先采用亞弧焊點焊的方式將四個單筒進行固定，然后對裝配好的四層結(jié)構(gòu)筒兩端面進行封焊，并留好內(nèi)外層進排氣道，在進排氣道口上焊接氣管；(4)筒體超塑成形/擴散連接將封焊完成的四層結(jié)構(gòu)筒毛坯裝入超塑成形模具，放入超塑成形設(shè)備進行超塑成形/擴散連接，成形工藝條件為溫度910-920°C，成形壓力1. 5Mpa ；(5)爐冷取件關(guān)閉加熱和機床液壓泵，加熱爐自然冷卻，取出零件豎直放入保溫箱內(nèi)緩冷，成形完畢。所述超塑成形模具的結(jié)構(gòu)是，模具包括5個部分，分別是脹芯、脹瓣、外模、套環(huán)和托盤，其中脹芯為帶圓盤的錐體，脹瓣由中心帶錐孔的圓柱體沿對稱軸切割為4瓣或6瓣形成，脹芯的錐角與脹瓣中心錐孔的錐角相同，外模為帶內(nèi)部型腔的圓環(huán)，外模沿對稱軸切割為4瓣，采用上下兩個套環(huán)固定，托盤為一個圓盤，置于脹芯、脹瓣、外模、套環(huán)和筒體毛坯的下方。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，本發(fā)明首次提出了一種四層結(jié)構(gòu)筒體SPF/DB工藝方法和具有脹形功能的SPF/DB回轉(zhuǎn)夾層結(jié)構(gòu)成形模具結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)筒形回轉(zhuǎn)四層結(jié)構(gòu)的制備。相比傳統(tǒng)制造工藝，采用該工藝方法制造的筒形回轉(zhuǎn)夾層結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)重量更輕，整體性更好，尺寸精度更高，結(jié)構(gòu)設(shè)計自由度更大等優(yōu)點。本發(fā)明通過采用新型毛坯結(jié)構(gòu)形式和制坯方法，可靠實現(xiàn)了四層結(jié)構(gòu)止焊劑涂敷、筒體定位等要求，降低了工藝工裝的難度和復(fù)雜性，穩(wěn)定可靠實現(xiàn)了鈦合金筒形四層結(jié)構(gòu)SPF / DB成形，提高了成形質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性。將SPF/DB工藝方法從成形平板夾層結(jié)構(gòu)拓展到了成形筒形回轉(zhuǎn)夾層結(jié)構(gòu)，擴大了該工藝的應(yīng)用領(lǐng)域，可以實現(xiàn)了較好經(jīng)濟和技術(shù)效益。


圖1現(xiàn)有技術(shù)中蒙皮骨架鉚(焊)接筒形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是SPF/DB四層平板構(gòu)件的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明工藝流程框圖；圖4含脹形功能的SPF/DB回轉(zhuǎn)夾層結(jié)構(gòu)成形模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是筒形四層結(jié)構(gòu)毛坯結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是采用本發(fā)明方法制備的四層結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的四層結(jié)構(gòu)筒體成形方法其流程見圖3。(I)單筒制備(1.1)制備外筒8根據(jù)最終成形零件的外形尺寸計算外筒8下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(I·2)制備第一個芯筒9按照外層筒內(nèi)徑與第一個芯筒9外徑之間間隙為O.的要求，計算第一個芯筒9下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 3)制備第二個芯筒10按照第一個芯筒內(nèi)徑9與第二個芯筒10外徑之間間隙為O.的要求，計算第二個芯筒10下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 4)制備內(nèi)筒 11按照第二個芯筒10內(nèi)徑與內(nèi)筒11外徑之間間隙為O.的要求，計算內(nèi)筒11下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應(yīng)的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到相應(yīng)尺寸；(2)筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸洗處理，將酸洗后的第二個芯筒10固定在分度頭工裝上，根據(jù)所需立筋數(shù)量在第二個芯筒10的外壁上進行分度劃線，根據(jù)劃線留好立筋擴散區(qū)；在第二個芯筒10的外壁上手工覆膜，并按照分度劃線刻形，然后去除非擴散區(qū)的覆膜并在該區(qū)涂敷止焊劑；(3)筒體裝配按照外筒8-第一個芯筒9-第二個芯筒10-內(nèi)筒11的順序?qū)⑺膫€單筒依次套裝，套好后先采用亞弧焊點焊的方式將四個單筒進行固定，然后對裝配好的四層結(jié)構(gòu)筒兩端面進行封焊，并留好內(nèi)外層進排氣道，在進排氣道口上焊接氣管；
(4)筒體超塑成形/擴散連接將封焊完成的四層結(jié)構(gòu)筒毛坯裝入超塑成形模具，放入超塑成形設(shè)備進行超塑成形/擴散連接，成形工藝條件為溫度910-920°C，成形壓力1. 5Mpa ；(5)爐冷取件關(guān)閉加熱和機床液壓泵，加熱爐自然冷卻，取出零件豎直放入保溫箱內(nèi)緩冷，成形完畢。所述超塑成形模具的結(jié)構(gòu)是，模具包括5個部分，分別是脹芯3、脹瓣4、外模5、套環(huán)6和托盤7，其中脹芯3為帶圓盤的錐體，脹瓣4由中心帶錐孔的圓柱體沿對稱軸切割為4瓣或6瓣形成，脹芯3的錐角與脹瓣4中心錐孔的錐角相同，外模5為帶內(nèi)部型腔的圓環(huán)，外模5沿對稱軸切割為4瓣，采用上下兩個套環(huán)6固定，托盤7為一個圓盤，置于脹芯3、脹瓣4、外模5、套環(huán)6和筒體毛坯的下方。實施例1.采用TC4鈦合金超塑性板材，內(nèi)外筒和芯筒板厚均為Imm ;進行了單個筒體的制備，其單筒內(nèi)徑如表I所示。表I各層筒子的內(nèi)徑分布
權(quán)利要求
1.一種鈦合金筒形四層結(jié)構(gòu)的超塑成形/擴散連接成形方法，其特征是(1)單筒制備(1.1)制備外筒(8)根據(jù)最終成形零件的外形尺寸計算外筒(8)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 2)制備第一個芯筒(9)按照外層筒內(nèi)徑與第一個芯筒(9)外徑之間間隙為O.的要求，計算第一個芯筒(9)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 3)制備第二個芯筒(10)按照第一個芯筒內(nèi)徑(9)與第二個芯筒(10)外徑之間間隙為O.的要求，計算第二個芯筒(10)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 4)制備內(nèi)筒(11)按照第二個芯筒(10)內(nèi)徑與內(nèi)筒(11)外徑之間間隙為O.的要求，計算內(nèi)筒(11)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應(yīng)的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到相應(yīng)尺寸；(2)筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸銑處理，將酸銑后的第二個芯筒(10)固定在分度頭工裝上，根據(jù)所需立筋數(shù)量在第二個芯筒(10)的外壁上進行分度劃線，根據(jù)劃線留好立筋擴散區(qū)；在第二個芯筒(10)的外壁上手工覆膜，并按照分度劃線刻形，然后去除非擴散區(qū)的覆膜并在該區(qū)涂敷止焊劑；(3)筒體裝配按照外筒(8)-第一個芯筒(9)-第二個芯筒(10)-內(nèi)筒(11)的順序?qū)⑺膫€單筒依次套裝，套好后先采用亞弧焊點焊的方式將四個單筒進行固定，然后對裝配好的四層結(jié)構(gòu)筒兩端面進行封焊，并留好內(nèi)外層進排氣道，在進排氣道口上焊接氣管；(4)筒體超塑成形/擴散連接將封焊完成的四層結(jié)構(gòu)筒毛坯裝入超塑成形模具，放入超塑成形設(shè)備進行超塑成形/擴散連接，成形工藝條件為溫度910-920°C，成形壓力1. 5Mpa ；(5)爐冷取件關(guān)閉加熱和機床液壓泵，加熱爐自然冷卻，取出零件豎直放入保溫箱內(nèi)緩冷，成形完畢。所述超塑成形模具的結(jié)構(gòu)是，模具包括(5)個部分，分別是脹芯(3)、脹瓣(4)、外模(5)、套環(huán)(6)和托盤(7)，其中脹芯(3)為帶圓盤的錐體，脹瓣(4)由中心帶錐孔的圓柱體沿對稱軸切割為(4)瓣或(6)瓣形成，脹芯(3)的錐角與脹瓣(4)中心錐孔的錐角相同，外模(5)為帶內(nèi)部型腔的圓環(huán)，外模(5)沿對稱軸切割為(4)瓣，采用上下兩個套環(huán)(6)固定，托盤(7)為一個圓盤，置于脹芯(3)、脹瓣(4)、外模(5)、套環(huán)(6)和筒體毛坯的下方。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈑金成形技術(shù)，涉及一種鈦合金筒形四層結(jié)構(gòu)的超塑成形/擴散連接成形方法。本發(fā)明通過采用新型毛坯結(jié)構(gòu)形式和制坯方法，可靠實現(xiàn)了四層結(jié)構(gòu)止焊劑涂敷、筒體定位等要求，降低了工藝工裝的難度和復(fù)雜性，穩(wěn)定可靠實現(xiàn)了鈦合金筒形四層結(jié)構(gòu)SPF／DB成形，提高了成形質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性。將SPF/DB工藝方法從成形平板夾層結(jié)構(gòu)拓展到了成形筒形回轉(zhuǎn)夾層結(jié)構(gòu)，擴大了該工藝的應(yīng)用領(lǐng)域，可以實現(xiàn)了較好經(jīng)濟和技術(shù)效益。
文檔編號B21D37/10GK103008997SQ20121054526
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者許慧元, 邵杰, 韓秀全, 韓曉寧 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所