CN107065781A - 一种Ti‑Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法及其使用方法 - Google Patents

一种Ti‑Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种Ti‑Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法及其使用方法，涉及一种成形/连接复合方法数据库的建立方法及其使用方法。本发明是为了解决现有的Ti‑Al基合金薄壁结构复合成型时成形工艺或连接工艺无法快速有效准确的进行选择的问题，进而造成的Ti‑Al基合金薄壁结构生产效率低的问题。方法：将结构案例的高温塑性成形方法特征和连接方法特征建成形方法特征模块、连接方法征模块和复合特征模块，获取每个案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)；使用方法：根据三维模型划分，然后确定适用的成形/连接复合方法；或进行复合特征分解，特征组合、可行性判断及工艺确定。

Description

一种Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立 方法及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种成形/连接复合方法数据库的建立方法及其使用方法。
背景技术
Ti-Al基合金由于其优异的性能，例如低密度(3.8-5.3g/mm3)，高的比强度，优良的抗氧化性能，以及高温条件下好的抗蠕变性，Ti-Al基合金作为航空航天领域的一种结构材料在具有很大的应用潜力。Ti-Al基合金可以用来成形二层板结构、三层板结构、四层板结构，还可以成形单层异形筒结构、多层筒结构，这些结构具有轻量化、高温下承载等诸多优点，在航空航天领域有广泛应用前景。Ti-Al基合金的这些结构制造的主要是采用热成形和连接的组合工艺方法，成形方法常用的技术主要有热弯曲、热拉深、热胀形和超塑性成形；连接方法常用的技术主要有熔化焊和扩散焊，其中熔化焊又包括氩弧焊、激光焊、电子束焊等。这些多样的成形方法和连接方法会形成多种组合，从而形成许多种方法。这些方法有各自的适用性，有各自的特点。在需要制造Ti-Al基合金的各种结构的时候，就面临着方法的选择问题。因而，建立一个Ti-Al基合金结构成形/连接复合方法数据库，对于提高Ti-Al基合金的各种结构的生产效率，促进结构件的应用，具有重要的作用。目的：
发明内容
本发明是为了解决现有的Ti-Al基合金薄壁结构复合成型时成形工艺或连接工艺无法快速、有效、准确的进行选择的问题，进而造成的Ti-Al基合金薄壁结构生产效率低的问题，提出一种Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法及其使用方法。
一种Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法，该方法按以下步骤进行；
一、将每个Ti-Al基合金薄壁结构案例的高温塑性成形方法特征和连接方法特征建立Ti-Al基合金板材高温塑性成形方法特征模块、Ti-Al基合金板材连接方法征模块和Ti-Al基合金板材复合特征模块；所述数据库由若干个Ti-Al基合金薄壁结构案例组成；
所述Ti-Al基合金板材高温塑性成形方法特征模块由应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5组成；
所述Ti-Al基合金板材连接方法特征模块由扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5组成；所述扩散焊B1的参数为时间、压力和温度；所述钎焊B2的参数为钎料和温度；所述氩弧焊B3的参数为电流和速度；所述激光焊B4的参数为功率和速度；所述电子束焊B5的参数为功率和速度；
所述Ti-Al基合金板材复合特征模块由多层板类C1和多层筒C2类组成；多层板类由芯板特征X和面板特征M组成；
二、获取每个案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)；
其中，Ssc’为案例薄壁结构的主体外观形状，为板状、筒状或圆弧状；
Numc’为案例薄壁结构的层数，为单层结构、双层结构、三层结构或四层结构，
Mc’为案例薄壁结构的材料属性；
Wnum’为案例薄壁结构的焊缝数量；
Ddef’为案例薄壁结构的变形特征，为应变量；
上述Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法具体按以下步骤进行：
一、根据零件的三维模型，将零件进行划分，得到单层壳体结构、单层筒体结构、空心多层板结构、心多层筒结构桁条结构和蜂窝热防护结构七种三维模型结构；
二、根据步骤一的到七种三维模型结构确定适用的成形/连接复合方法；
所述单层壳体结构适用的成形/连接复合方法为：应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3和超塑成形A4；
所述单层筒体结构适用的成形/连接复合方法为：弯曲A2，或氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5，或应力松弛A1；
所述空心多层板结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X、面板特征M和超塑成形A4，或扩散焊B1，或激光焊B4；
所述空心多层筒结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X、面板特征M和超塑成形A4，或扩散焊B1，或激光焊B4；
所述桁条结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X和弯曲A2，或面板特征M和钎焊B2；
所述蜂窝热防护结构适用的成形/连接复合方法为：面板特征M和切空拉伸A5，或芯板特征X和钎焊B2；
上述Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的另一种使用方法具体按以下步骤进行：
一、根据零件的三维模型进行分解，分解为面板特征M和芯板特征X，如果为单层结构则直接进行特征判断，不分解；
二、对得到的面板特征M和芯板特征X进行高温塑性成形方法特征和连接方法特征的判断，得到应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5中的一种或几种；以及扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5中的一种或几种；
三、根据判断结果进行特征组合；
所述根据判断结果进行特征组合的步骤为：
①、将零件的三维模型进行分解得到面板特征M和芯板特征X；
②、将面板特征M分解为应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5，并确定为应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5中的一种；将芯板特征X分解为扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5，并确定为扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5中的一种；
③、将得到的确定的面板特征M和芯板特征X进行组合得到特征组合；
四、将得到特征组合根据可行性判据进行判断，得到明确的薄壁结构的具体成形方法及相关工艺参数；
所述根据可行性判据进行判断的具体步骤为：
①、分析目标薄壁结构的几何形状特征信息Gshape(Ssc,Numc,Mc,Wnum,Ddef)；
其中，Ssc为目标薄壁结构的主体外观形状，为板状、筒状或圆弧状；
Numc为目标薄壁结构的层数，为单层结构、双层结构、三层结构、四层结构；
Mc为目标薄壁结构的材料属性；
Wnum为目标薄壁结构的焊缝数量；
Ddef为目标薄壁结构的变形特征，为应变量；
②、将复合特征分解为面板特征M和芯板特征X，并与数据库中相应形状特征进行比对，进行单元特征和连接特征的判断；判断主要根据M和X分解后的A1、A2、A3、A4、A5特征进行判断，判断后根据变形量获得变形工艺；
③、根据连接特征，如连接方式，力学性能要求等与数据库中的相应B1、B2、B3、B4、B5进行判断，判断后获得相应的连接工艺及具体参数，如焊接速度，焊接功率等；
④、根据Mc的材料属性作出进一步数据优化，包括A1、A2、A3、A4、A5特征和B1、B2、B3、B4、B5特征，并将两者合理组合以获得优化参数；
⑤、将目标薄壁结构的几何形状特征信息Gshape(Ssc,Numc,Mc,Wnum,Ddef)与案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)进行匹配即得到得到明确的薄壁结构的具体成形方法及相关工艺参数；
本发明具备以下有益效果：
本发明数据库能够解决实际的Ti-Al基合金结构制备过程中针对的各种结构所面临的方法选择困难的问题，建立该Ti-Al基合金薄壁结构成形连接复合方法数据库，能够提高Ti-Al基合金的各种结构的生产效率，促进结构件的应用。
附图说明：
图1为本发明Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法流程图；
图2为具体实施方式三中Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的另一种使用方法流程图；
图3为具体实施方式四中Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的另一种使用方法中，步骤二根据判断结果进行特征组合的流程图。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法，该方法按以下步骤进行；
一、将每个Ti-Al基合金薄壁结构案例的高温塑性成形方法特征和连接方法特征建立Ti-Al基合金板材高温塑性成形方法特征模块、Ti-Al基合金板材连接方法征模块和Ti-Al基合金板材复合特征模块；所述数据库由若干个Ti-Al基合金薄壁结构案例组成；
二、获取每个案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)；
其中，Ssc’为案例薄壁结构的主体外观形状，为板状、筒状或圆弧状；
Numc’为案例薄壁结构的层数，为单层结构、双层结构、三层结构或四层结构，
Mc’为案例薄壁结构的材料属性；
Wnum’为案例薄壁结构的焊缝数量；
Ddef’为案例薄壁结构的变形特征，为应变量。
本实施方式具备以下有益效果：
本实施方式数据库能够解决实际的Ti-Al基合金结构制备过程中针对的各种结构所面临的方法选择困难的问题，建立该Ti-Al基合金薄壁结构成形连接复合方法数据库，能够提高Ti-Al基合金的各种结构的生产效率，促进结构件的应用。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述Ti-Al基合金板材高温塑性成形方法特征模块由应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5组成；
所述Ti-Al基合金板材连接方法特征模块由扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5组成；
所述扩散焊B1的参数为时间、压力和温度；所述钎焊B2的参数为钎料和温度；所述氩弧焊B3的参数为电流和速度；所述激光焊B4的参数为功率和速度；所述电子束焊B5的参数为功率和速度；
所述Ti-Al基合金板材复合特征模块由多层板类C1和多层筒C2类组成；多层板类由芯板特征X和面板特征M组成。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法，具体按以下步骤进行：
一、根据零件的三维模型，将零件进行划分，得到单层壳体结构、单层筒体结构、空心多层板结构、心多层筒结构桁条结构和蜂窝热防护结构七种三维模型结构；
二、根据步骤一的到七种三维模型结构确定适用的成形/连接复合方法；
所述单层壳体结构适用的成形/连接复合方法为：应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3和超塑成形A4；
所述单层筒体结构适用的成形/连接复合方法为：弯曲A2，或氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5，或应力松弛A1；
所述空心多层板结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X、面板特征M和超塑成形A4，或扩散焊B1，或激光焊B4；
所述空心多层筒结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X、面板特征M和超塑成形A4，或扩散焊B1，或激光焊B4；
所述桁条结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X和弯曲A2，或面板特征M和钎焊B2；
所述蜂窝热防护结构适用的成形/连接复合方法为：面板特征M和切空拉伸A5，或芯板特征X和钎焊B2。
具体实施方式四：本实施方式Ti-Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法，具体按以下步骤进行：
一、根据零件的三维模型进行分解，分解为面板特征M和芯板特征X，如果为单层结构则直接进行特征判断，不分解；
二、对得到的面板特征M和芯板特征X进行高温塑性成形方法特征和连接方法特征的判断，得到应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5中的一种或几种；以及扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5中的一种或几种；
三、根据判断结果进行特征组合；
四、将得到特征组合根据可行性判据进行判断，得到明确的薄壁结构的具体成形方法及相关工艺参数。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤三所述根据判断结果进行特征组合的步骤为：
①、将零件的三维模型进行分解得到面板特征M和芯板特征X；
②、将面板特征M分解为应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5，并确定为应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5中的一种；将芯板特征X分解为扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5，并确定为扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5中的一种；
③、将得到的确定的面板特征M和芯板特征X进行组合得到特征组合。其他步骤和参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤四所述根据可行性判据进行判断的具体步骤为：
①、分析目标薄壁结构的几何形状特征信息Gshape(Ssc,Numc,Mc,Wnum,Ddef)；
其中，Ssc为目标薄壁结构的主体外观形状，为板状、筒状或圆弧状；
Numc为目标薄壁结构的层数，为单层结构、双层结构、三层结构、四层结构；
Mc为目标薄壁结构的材料属性；
Wnum为目标薄壁结构的焊缝数量；
Ddef为目标薄壁结构的变形特征，为应变量；
②、将复合特征分解为面板特征M和芯板特征X，并与数据库中相应形状特征进行比对，进行单元特征和连接特征的判断；判断主要根据M和X分解后的A1、A2、A3、A4、A5特征进行判断，判断后根据变形量获得变形工艺；
③、根据连接特征，如连接方式，力学性能要求等与数据库中的相应B1、B2、B3、B4、B5进行判断，判断后获得相应的连接工艺及具体参数，如焊接速度，焊接功率等；
④、根据Mc的材料属性作出进一步数据优化，包括A1、A2、A3、A4、A5特征和B1、B2、B3、B4、B5特征，并将两者合理组合以获得优化参数；
⑤、将目标薄壁结构的几何形状特征信息Gshape(Ssc,Numc,Mc,Wnum,Ddef)与案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)进行匹配即得到得到明确的薄壁结构的具体成形方法及相关工艺参数。其他步骤和参数与具体实施方式四或五相同。

Claims (6)

1.一种Ti‐Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行；
一、将每个Ti-Al基合金薄壁结构案例的高温塑性成形方法特征和连接方法特征建立Ti-Al基合金板材高温塑性成形方法特征模块、Ti-Al基合金板材连接方法征模块和Ti-Al基合金板材复合特征模块；所述数据库由若干个Ti-Al基合金薄壁结构案例组成；
二、获取每个案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)；
其中，Ssc’为案例薄壁结构的主体外观形状，为板状、筒状或圆弧状；
Numc’为案例薄壁结构的层数，为单层结构、双层结构、三层结构或四层结构，
Mc’为案例薄壁结构的材料属性；
Wnum’为案例薄壁结构的焊缝数量；
Ddef’为案例薄壁结构的变形特征，为应变量。
2.根据权利要求1所述的Ti‐Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的建立方法，其特征在于：
所述Ti-Al基合金板材高温塑性成形方法特征模块由应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5组成；
所述Ti-Al基合金板材连接方法特征模块由扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5组成；
所述扩散焊B1的参数为时间、压力和温度；所述钎焊B2的参数为钎料和温度；所述氩弧焊B3的参数为电流和速度；所述激光焊B4的参数为功率和速度；所述电子束焊B5的参数为功率和速度；
所述Ti-Al基合金板材复合特征模块由多层板类C1和多层筒C2类组成；多层板类由芯板特征X和面板特征M组成。
3.一种如权利要求1所述的Ti‐Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法，其特征在于：具体按以下步骤进行：
一、根据零件的三维模型，将零件进行划分，得到单层壳体结构、单层筒体结构、空心多层板结构、心多层筒结构桁条结构和蜂窝热防护结构七种三维模型结构；
二、根据步骤一的到七种三维模型结构确定适用的成形/连接复合方法；
所述单层壳体结构适用的成形/连接复合方法为：应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3和超塑成形A4；
所述单层筒体结构适用的成形/连接复合方法为：弯曲A2，或氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5，或应力松弛A1；
所述空心多层板结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X、面板特征M和超塑成形A4，或扩散焊B1，或激光焊B4；
所述空心多层筒结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X、面板特征M和超塑成形A4，或扩散焊B1，或激光焊B4；
所述桁条结构适用的成形/连接复合方法为：芯板特征X和弯曲A2，或面板特征M和钎焊B2；
所述蜂窝热防护结构适用的成形/连接复合方法为：面板特征M和切空拉伸A5，或芯板特征X和钎焊B2。
4.一种如权利要求1所述的Ti‐Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法，其特征在于：具体按以下步骤进行：
一、根据零件的三维模型进行分解，分解为面板特征M和芯板特征X，如果为单层结构则直接进行特征判断，不分解；
二、对得到的面板特征M和芯板特征X进行高温塑性成形方法特征和连接方法特征的判断，得到应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5中的一种或几种；以及扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5中的一种或几种；
三、根据判断结果进行特征组合；
四、将得到特征组合根据可行性判据进行判断，得到明确的薄壁结构的具体成形方法及相关工艺参数。
5.根据权利要求4所述的所述的Ti‐Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法，其特征在于：步骤三所述根据判断结果进行特征组合的步骤为：
①、将零件的三维模型进行分解得到面板特征M和芯板特征X；
②、将面板特征M分解为应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5，并确定为应力松弛A1、弯曲A2、拉伸A3、超塑成形A4和切空拉伸A5中的一种；将芯板特征X分解为扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5，并确定为扩散焊B1、钎焊B2、氩弧焊B3、激光焊B4和电子束焊B5中的一种；
③、将得到的确定的面板特征M和芯板特征X进行组合得到特征组合。
6.根据权利要求3所述的所述的Ti‐Al基合金薄壁结构成形/连接复合方法数据库的使用方法，其特征在于：步骤四所述根据可行性判据进行判断的具体步骤为：
①、分析目标薄壁结构的几何形状特征信息Gshape(Ssc,Numc,Mc,Wnum,Ddef)；
其中，Ssc为目标薄壁结构的主体外观形状，为板状、筒状或圆弧状；
Numc为目标薄壁结构的层数，为单层结构、双层结构、三层结构、四层结构；
Mc为目标薄壁结构的材料属性；
Wnum为目标薄壁结构的焊缝数量；
Ddef为目标薄壁结构的变形特征，为应变量；
②、将复合特征分解为面板特征M和芯板特征X，并与数据库中相应形状特征进行比对，进行单元特征和连接特征的判断；判断主要根据M和X分解后的A1、A2、A3、A4、A5特征进行判断，判断后根据变形量获得变形工艺；
③、根据连接特征，如连接方式，力学性能要求等与数据库中的相应B1、B2、B3、B4、B5进行判断，判断后获得相应的连接工艺及具体参数，如焊接速度，焊接功率等；
④、根据Mc的材料属性作出进一步数据优化，包括A1、A2、A3、A4、A5特征和B1、B2、B3、B4、B5特征，并将两者合理组合以获得优化参数；
⑤、将目标薄壁结构的几何形状特征信息Gshape(Ssc,Numc,Mc,Wnum,Ddef)与案例的Gshape’(Ssc’,Numc’,Mc’,Wnum’,Ddef’)进行匹配即得到得到明确的薄壁结构的具体成形方法及相关工艺参数。
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