CN104174751A - 一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，该方法具体步骤如下：步骤一、设定主进气气路位置；步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序；步骤三、设定各网格气路宽度；步骤四、进气成形。采用本发明方法，在芯板成形为网格的过程中，使距离主进气气路较远的网格在气路路径上更加直接，使距离主进气气路远近程度不同的网格胀形开始时间尽量接近。同时，距离主进气气路远的网格进气气路宽度较大，进气较快，距离主进气气路近的网格进气气路宽度较小，进气较慢，这又在进气速率方面保证了不同位置网格的成形程度尽量接近，实现协调成形。

Description

一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁结构的成形工艺，特别是涉及一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法。

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(如附图1所示)，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。其典型过程如图2所示：首先进行a、面板与芯板间进气；而后、当气压达到工艺要求后进行b、面板超塑成形、芯板扩散连接。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b后，进行c、芯板与芯板间进气，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，进行到d、芯板成形为网格、各接触面扩散连接，完成网格超塑成形后，进行各接触面的扩散连接，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内部网格数量较多，成形时主进气气路设置在零件边缘。这便导致不同位置的网格距离主进气气路的距离不同，使不同位置网格在零件成形时进气先后顺序不同。先变形的网格板料壁厚变薄，使其变形抗力更小从而更容易变形，而后变形的网格与其相比而言更加难变形，从而出现不同位置网格成形程度不同的现象。

如图3所示的是具有此结构的典型零件，以该零件为例，若主进气气路放置在2号网格边缘，则进气后2号网格优先变形，而距离其较远的7号、9号网格必定后变形，这便可能造成这些网格最终的成形程度不一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其解决了网格四层结构零件的超塑成形/扩散连接工艺中不同位置网格在成形程度不同，成形不协调的现象。

实现本发明目的技术方案：一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其中四层板材中外侧两层板为面板，最终成形出零件的蒙皮；在两层面板之间为两层芯板，最终成形出零件的网格；该方法先在芯板上设定网格和气路，然后采用超塑成形/扩散连接方法成型网格；所述的在芯板上设定网格和气路的具体步骤如下：

步骤一、设定主进气气路位置

当芯板为长方形时，将主进气气路设定在零件的较长边的中间网格的边缘中心处；

当芯板为正方形时，将主进气气路设置在零件的任意一个边的中间网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行排序，即由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a，主进气气路宽度值d₀设定为5％a，相邻网格间即距离为n与n-1的气路宽度d_n为(1+10％)d_n-1，宽度值d_n达到10％a后不再增加，即d_n最大值为10％a，允许距离较远的多数网格气路宽度相同；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

如上所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其在芯板上设定正方形3×3个网格和气路的具体步骤如下：

步骤一、设定主进气气路位置

将主进气气路设置在零件的一个边的中间2号网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行1号至9号排序，由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数，即

由主进气气路到达2号网格经过的网格数量n＝0，

由主进气气路到达1号、3号和5号网格经过的网格数量n＝1，

由主进气气路到达4号、6号和8号网格经过的网格数量n＝2，

由主进气气路到达7号、9号网格经过的网格数量n＝3；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a，2号网格下边缘主进气气路宽度值d₀设定为5％a，

2号与1号、3号和5号网格网格间气路宽度d₁＝(1+10％)d₀；

1号与4号、3号与6号、5号与4号、5号与6号、5号与8号网格间气路宽度d₂＝(1+10％)d₁；

7号与4号、7号与8号、9号与6号、9号与8号网格间气路宽度d₃＝(1+10％)d₂；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

如上所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其在芯板上设定正方形6×4个网格和气路的具体步骤如下：

步骤一、设定主进气气路位置

将主进气气路设置在零件的较长边的中间3号网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行1号至24号排序，由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数，即

由主进气气路到达3号网格经过的网格数量n＝0，

由主进气气路到达2号、4号和9号网格经过的网格数量n＝1，

由主进气气路到达1号、5号、8号、10号和15号网格经过的网格数量n＝2，以此类推；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a；3号网格下边缘主进气气路宽度值d₀设定为5％a；

3号与2号、4号和9号网格间气路宽度d₁＝(1+10％)d₀；

以此类推，但是由于网格数量较多，d_n递增至10％a后不再递增；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

本发明的效果在于：

本发明所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其主要通过调整气路路径，即气路位置、气路尺寸来实现不同位置网格成形程度一致，达到协调成形的目的。

采用本发明方法，在芯板成形为网格的过程中，使距离主进气气路较远的网格在气路路径上更加直接，使距离主进气气路远近程度不同的网格胀形开始时间尽量接近。同时，距离主进气气路远的网格进气气路宽度较大，进气较快，距离主进气气路近的网格进气气路宽度较小，进气较慢，这又在进气速率方面保证了不同位置网格的成形程度尽量接近，实现协调成形。

附图说明

图1为超塑成形/扩散连接四层结构零件示意图；

图2为四层薄壁网格结构的超塑成形.扩散连接过程；

a、面板与芯板间进气；b、面板超塑成形、芯板扩散连接

c、芯板与芯板间进气；d、芯板成形为网格、各接触面扩散连接

图3为典型四层薄壁网格结构零件示意图；

图4为实施例1网格及气路分布示意图(编号为网格编号)；

图5为实施例2网格及气路分布示意图(编号为网格编号)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法作进一步描述。

实施例1

以具有9个网格的正方形四层薄壁结构零件的超塑成形/扩散连接为例，进行网格协调成形。具体流程如下，如图4所示：

步骤一、设定主进气气路位置

将主进气气路设置在零件的一个边的中间2号网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行1号至9号排序，由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数，即

由主进气气路到达2号网格经过的网格数量n＝0，

由主进气气路到达1号、3号和5号网格经过的网格数量n＝1，

由主进气气路到达4号、6号和8号网格经过的网格数量n＝2，

由主进气气路到达7号、9号网格经过的网格数量n＝3；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a＝40mm，2号网格下边缘主进气气路宽度值d₀设定为5％a＝2mm，

2号与1号、3号和5号网格网格间气路宽度d₁＝(1+10％)d₀＝2.2mm；

1号与4号、3号与6号、5号与4号、5号与6号、5号与8号网格间气路宽度d₂＝(1+10％)d₁＝2.42mm；

7号与4号、7号与8号、9号与6号、9号与8号网格间气路宽度d₃＝(1+10％)d₂＝2.662mm；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

实施例2

以具有24个网格的矩形四层薄壁结构零件的超塑成形/扩散连接为例，进行网格协调成形。具体流程如下，如图5所示：

步骤一、设定主进气气路位置

将主进气气路设置在零件的较长边的中间3号网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行1号至24号排序，由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数，即

由主进气气路到达3号网格经过的网格数量n＝0，

由主进气气路到达2号、4号和9号网格经过的网格数量n＝1，

由主进气气路到达1号、5号、8号、10号和15号网格经过的网格数量n＝2，以此类推。

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a＝40mm，3号网格下边缘主进气气路宽度值d₀设定为5％a＝2mm，

3号与2号、4号和9号网格间气路宽度d₁＝(1+10％)d₀＝2.2mm；

以此类推，但是由于网格数量较多，网格间气路宽度递增次数较多，但递增至10％a，即4mm后不再递增，即d_n达到4mm后，随着n值的继续增加，d₀＝4mm不变。

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

本发明所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，设定零件成形的主进气气路位置，估算零件内各个网格距离主进气气路的距离，将网格按距离的远近顺序区分；设计气路路径，按与主进气气路距离值的大小将网格排序，尽量使用发散状气路，使距离主进气气路远的网格更直接的连通主进气气路；设计各网格气路宽度，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽。本发明超塑成形/扩散连接工艺成形四层结构的薄壁网格零件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。本发明通过调整气路路径，即气路位置、气路尺寸来使距离主进气气路远近程度不同的网格进气速率接近，从而实现不同位置网格成形程度一致，达到网格协调成形的目的。

Claims (3)

1.一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其中四层板材中外侧两层板为面板，最终成形出零件的蒙皮；在两层面板之间为两层芯板，最终成形出零件的网格；该方法先在芯板上设定网格和气路，然后采用超塑成形/扩散连接方法成型网格；其特征在于：所述的在芯板上设定网格和气路的具体步骤如下：

步骤一、设定主进气气路位置

当芯板为长方形时，将主进气气路设定在零件的较长边的中间网格的边缘中心处；

当芯板为正方形时，将主进气气路设置在零件的任意一个边的中间网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行排序，即由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a，主进气气路宽度值d₀设定为5％a，相邻网格间即距离为n与n-1的气路宽度d_n为(1+10％)d_n-1，宽度值d_n达到10％a后不再增加，即d_n最大值为10％a，允许距离较远的多数网格气路宽度相同；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

2.根据权利要求1所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其特征在于：在芯板上设定正方形3×3个网格和气路的具体步骤如下：

步骤一、设定主进气气路位置

将主进气气路设置在零件的一个边的中间2号网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行1号至9号排序，由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数，即

由主进气气路到达2号网格经过的网格数量n＝0，

由主进气气路到达1号、3号和5号网格经过的网格数量n＝1，

由主进气气路到达4号、6号和8号网格经过的网格数量n＝2，

由主进气气路到达7号、9号网格经过的网格数量n＝3；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a，2号网格下边缘主进气气路宽度值d₀设定为5％a，

2号与1号、3号和5号网格网格间气路宽度d₁＝(1+10％)d₀；

1号与4号、3号与6号、5号与4号、5号与6号、5号与8号网格间气路宽度d₂＝(1+10％)d₁；

7号与4号、7号与8号、9号与6号、9号与8号网格间气路宽度d₃＝(1+10％)d₂；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。

3.根据权利要求1所述的一种超塑成形/扩散连接四层结构的网格协调成形方法，其特征在于：在芯板上设定正方形6×4个网格和气路的具体步骤如下：

步骤一、设定主进气气路位置

将主进气气路设置在零件的较长边的中间3号网格的边缘中心处；

步骤二、按与主气气路距离的远近将所有网格排序

根据与主进气气路距离远近，对网格进行1号至24号排序，由主进气气路到达目标网格经过的网格数量为n，n为自然数，即

由主进气气路到达3号网格经过的网格数量n＝0，

由主进气气路到达2号、4号和9号网格经过的网格数量n＝1，

由主进气气路到达1号、5号、8号、10号和15号网格经过的网格数量n＝2，以此类推；

步骤三、设定各网格气路宽度

设定时，使沿设定完毕的气路路径上距离主进气气路近的网格进气口较窄，距离主进气气路远的网格进气口较宽；具体如下

设定网格边长为a；3号网格下边缘主进气气路宽度值d₀设定为5％a；

3号与2号、4号和9号网格间气路宽度d₁＝(1+10％)d₀；

以此类推，但是由于网格数量较多，d_n递增至10％a后不再递增；

步骤四、进气成形

设定完网格或各气路位置及宽度后，从主进气气路进气，采用超塑成形/扩散连接方法成型网格。