CN104096741A - 一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法，利用该方法成形的四层结构的表面平整无褶皱，属于表面防褶皱技术领域。本发明的方法在芯板成形为网格的过程中，使深宽比不同的网格胀形的开始时间不同，即深宽比较大的网格先于深宽比较小的网格成形，并且深宽比接近的网格胀形开始时间接近，这样做便使各个网格与其所在位置的面板开始接触的时间接近。同时，网格成形过程中始终保持面板与芯板间的较高气压可以使胀形过程中的网格与面板接触部分不立即发生扩散连接。两方面同时作用可防止网格继续胀形过程中面板随芯板变形而发生回抽，进而防止褶皱出现。

Description

一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法

技术领域

本发明涉及一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法，利用该方法成形的四层结构的表面平整无褶皱，属于表面防褶皱技术领域。

背景技术

超塑成形/扩散连接工艺通常应用于金属板材的成形，依靠这种工艺可以成形四层结构的薄壁网格零件，这种结构具有薄壁、轻质的优点，可应用于制造航天飞行器舵翼类零件的制造，满足结构的减重需求。

该工艺是高温下在零件模具型腔内，使用气压对四层金属板材坯料进行超塑成形和局部扩散连接来实现的。在四层板材中靠外侧的为面板，最终成形出零件的蒙皮；靠内侧的为芯板，最终成形出零件的网格。四层结构超塑成形/扩散连接常规工艺流程，如图1所示：首先进行面板与芯板间进气，如图1中步骤a；而后当气压达到工艺要求后进行面板超塑成形、芯板扩散连接，如图1中步骤b所示。在这一步中，芯板与芯板间通过局部阻焊处理，划分后续扩散连接与非扩散连接区；完成步骤b后，进行芯板与芯板间进气，如图1中步骤c，开始芯板成形为网格的过程，通过芯板的扩散连接区为各网格间的边界，非扩散连接区最终成形为网格表面；最后，进行芯板成形为网格、各接触面扩散连接，如图1中步骤d，使成形件连接为整体，从而完成整个工艺过程。

一般的，具有四层薄壁网格结构的零件不完全是等厚度的，如图2所示，具有此结构的典型零件便是中心处较厚，边缘较薄的结构。这就意味着零件较厚处于较薄处的网格可能存在深宽比不同的情况(网格深宽比如图3所示)。

现阶段具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构在成形后经常出现表面褶皱，如图4所示，褶皱一般以向内线形凹陷形式出现，位置通常位于不同深宽比的网格之间。此缺陷的出现主要原因是，在网格开始膨胀变形后，面板与芯板间的气压较小，同时与深宽比大的网格相比深宽比较小的网格先与面板接触(如图5所示)，在高温条件下发生部分扩散连接。而后，发生扩散连接的面板随着网格的进一步变形而向网格边界处流动并缩进，进而出现褶皱现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决超塑成形/扩散连接工艺中具有变深宽比网格的四层结构在成形后经常出现的表面褶皱缺陷的问题，提出具一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法，具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构以下简称零件，步骤为：

1)估算零件各个网格的深宽比，将网格按深宽比大小由大到小顺序排序；

2)设计气路路径：按步骤1)的排序结果排布网格进气顺序，即深宽比大的先进气，深宽比小的后进气；尽量使深宽比相同或相近的网格在同一时间进气；

3)设计各网格气路宽度：使深宽比大的网格进气口宽度大于深宽比小的进气口宽度，从而完成零件的气路设计；

4)根据完成的气路设计，在零件芯板间涂覆阻焊剂，划分扩散连接区与非扩散连接区，即实现网格及气路尺寸、位置的设计及划分；

5)在面板与芯板间进气，进行零件中面板超塑成形和芯板扩散连接；

6)在面板与芯板间保持较高气压，再开始芯板与芯板间的进气，进行芯板成形为网格的过程，过程中始终保持面板与芯板间的较高气压；

7)网格成形结束后降低面板与网格间气压值，提高网格内的气压值，进行网格与网格间、网格与面板间的扩散连接，完成全部成形过程。

有益效果

本发明的方法在芯板成形为网格的过程中，使深宽比不同的网格胀形的开始时间不同，即深宽比较大的网格先于深宽比较小的网格成形，并且深宽比接近的网格胀形开始时间接近，这样做便使各个网格与其所在位置的面板开始接触的时间接近。同时，网格成形过程中始终保持面板与芯板间的较高气压可以使胀形过程中的网格与面板接触部分不立即发生扩散连接。两方面同时作用可防止网格继续胀形过程中面板随芯板变形而发生回抽，进而防止褶皱出现。本发明主要通过调整气路的尺寸、位置及进气参数的控制来实现预防褶皱出现的目的。

附图说明

图1a为面板与芯板间进气示意图；

图1b为面板超塑成形、芯板扩散连接示意图；

图1c为芯板与芯板间进气示意图；

图1d为芯板成形为网格、各接触面扩散连接示意图；

图2a为零件的外形示意图；

图2b为零件的内部网格示意图；

图3为网格的深度和宽度示意图；

图4为零件表面褶皱示意图；

图5为面板回抽示意图；

图6为网格及气路分布示意图；图中编号为网格编号；

图7为优化后的气路设计及进气顺序示意图；图中编号为进气顺序编号，进气由先到后依次为1、2、3、4；

图8为优化后的气路宽度设计；图中编号为气路编号。

具体实施方式

下面结合幅图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

以图2所示的四层薄壁结构为例，进行防褶皱超塑成形/扩散连接工艺进行成形。具体流程如下：

1)估算该零件有9个网格，从下到上按一条龙排序分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9；2、4、6、8号网格的深宽比相同，1、3、7、9号网格的深宽比相同；且处于中心处的5号网格深宽比最大，其次为2、4、6、8号网格，深宽比最小的为1、3、7、9号网格；

2)设计气路路径：9个网格进气顺序为：5号→2、4、6、8号→1、3、7、9号；由超塑成形/扩散连接的工艺特点决定，零件成形进气起点一般在零件边缘处。因此，此零件成形进气起点设置在2号网格下方边缘中心。为使气体按设计顺序进入各网格，应从2号先进入5号网格，而后同时通入4、6、8号，再同时进入1、3、7、9号，则在图6基础上气路优化设计后应为图7所示排布并进气，途中序号为进气先后顺序。

3)按深宽比大小即进气顺序设计各网格气路宽度，使深宽比大的网格进气口较宽，深宽比小的进气口较窄。具体的如图8所示，以芯板厚度为1.5mm为例，网格间扩散连接区设计宽度为3mm；气路1为主进气气路，宽度设定为2mm；气路2为进入深宽比最大的中心网格(5号)的唯一气路，宽度也设定为较大的2mm；气路3为中心网格(5号)进入两侧深宽比稍小的4、6、8号网格的分气路，气路宽度设计为稍小一些的1.5mm；气路4为4、6、8号网格通向深宽比最小的1、3、7、9号网格的分气路，气路宽度设计为最小的1mm。至此，可以基本保证使深宽比相同或相近的网格在同一时间进气，并相同程度地胀形。

4)根据完成的气路设计，在零件芯板间涂覆阻焊剂，划分扩散连接区与非扩散连接区，即实现网格及气路尺寸、位置的设计及划分；

5)在完成面板超塑成形，芯板扩散连接后，在面板与芯板间保持较高气压。在芯板成形过程中，面板与芯板间气压保持在0.5MPa～1.0MPa，再开始芯板与芯板间的进气，网格成形过程中始终保持面板与芯板间的较高气压。网格成形结束后，再降低该气压值至常规的0.2MPa。

6)在面板与芯板间保持较高气压，再开始芯板与芯板间的进气，进行芯板成形为网格的过程，过程中始终保持面板与芯板间的较高气压；

7)网格成形结束后降低面板与网格间气压值，提高网格内的气压值，进行网格与网格间、网格与面板间的扩散连接，完成全部成形过程。

Claims (2)

1.一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法，具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构以下简称零件，其特征在于步骤为：

1)将网格按深宽比大小由大到小顺序排序；

2)按步骤1)的排序结果排布网格进气顺序；

3)设计各网格气路宽度，使深宽比大的网格进气口宽度大于深宽比小的进气口宽度；

4)根据完成的气路设计，在零件芯板间涂覆阻焊剂，划分扩散连接区与非扩散连接区；

5)在面板与芯板间进气，进行零件中面板超塑成形和芯板扩散连接；

6)在面板与芯板间保持较高气压，再开始芯板与芯板间的进气，进行芯板成形为网格的过程，过程中始终保持面板与芯板间的较高气压；

7)网格成形结束后降低面板与网格间气压值，提高网格内的气压值，进行网格与网格间、网格与面板间的扩散连接，完成零件的成形过程。

2.根据权利要求1所述的一种具有变深宽比网格的超塑成形/扩散连接四层结构的成形方法，其特征在于：步骤6)中面板与芯板间保持较高气压是指气压为0.5MPa～1.0MPa。