CN109203423B - 一种提高spf/db三层结构成形质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，包括：根据待成形的零件结构，反求设计三层结构毛坯；在三层结构毛坯的上下两侧的蒙皮外侧增设板坯；在各层之间涂覆止焊剂；对增设板坯后形成的五层结构封焊口袋，进行扩散连接；对中间三层结构完成超塑成形，打开板坯周边的焊缝，去除板坯。本发明提出在SPF/DB三层结构的蒙皮的外部再分别增加板坯，并在其界面间部分区域预涂止焊剂后，采用抽真空封口后直接扩散的方法，达到界面间的弱连接状态，从而增加成形中外层蒙皮的刚度，达到抑制表面褶皱的目的。同时，预涂的止焊剂阻止了新板坯与原蒙皮的扩散，后续容易去除。

Description

一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法
技术领域
本发明涉及超塑成形/扩散连接技术领域，特别是涉及一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法。
背景技术
一般的，超塑成形/扩散连接三层结构毛坯组成，如图2所示。在三个板坯间涂覆有止焊剂，高温下通过扩散连接使三个板坯连接组成一个边缘焊合、内部未焊合的口袋；再在高温下，由进气管向口袋中通入高压气体，吹胀口袋的中部区域并使其最终贴合模具内型面，形成预设的外形、空腔和立筋。
SPF/DB三层结构成形工艺中，三个板坯组合封边并抽真空后形成密闭口袋；先进行扩散连接工序，高温高压环境下，板坯间紧密贴合，除涂覆止焊剂区域外，金属层间焊合界面消失；其后，进行超塑成形工序，同样在高温环境下，外部惰性气体通过气道进入口袋内部，吹胀成形，外部的面板贴模后形成零件外形，内部芯板受拉形成桁架式支撑立筋。
然而，对蒙皮-芯板厚度比小、立筋夹角小的SPF/DB三层结构，超塑成形过程中易出现表面褶皱造成零件报废，其根本原因是蒙皮刚性相对较弱、在芯板的拉伸下产生变形不协调，即在自由吹胀过程中在立筋拉扯下蒙皮扩散连接与非扩散连接区的成形速率出现较大差异，使得蒙皮变形中的表面积超过了其成形后理论表面积，当贴模成形时，非扩散连接区首先贴模成形，增大的表面积使得蒙皮无法全部贴模成形，扩散连接区蒙皮则出现材料聚集、形成褶皱。
褶皱问题的存在，使得SPF/DB的结构设计自由度大大受限，为确保成形质量，一方面需要蒙皮相对内部芯板壁厚更大，不利于结构减重，另一方面需要立筋角度更大，不利于提高结构的刚性和效率。
针对该问题，对蒙皮-芯板厚度比小、立筋夹角小的SPF/DB结构，当前常用的解决方案是尽量增加蒙皮工艺余量，在成形时保持蒙皮的较强刚性，在成形后通过化铣、砂带磨削或数控加工等方式去除。然而，该方法耗时费力，不仅增大了制造成本，由于余量去除过程中引入了新的误差，更不利于成形后零件外形精度的保持。
发明内容
本发明提出了既能在结构成型时增强蒙皮的刚性，又能在后续加工中方便去除，实现制造周期和成本的有效降低的一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法。
本发明提供了一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，包括：
根据待成形的零件结构，反求设计三层结构毛坯；
在三层结构毛坯的上下两侧的蒙皮外侧增设板坯，形成五层结构；
在各层之间涂覆止焊剂；
对增设板坯后形成的五层结构封焊口袋，两个板坯和与其同侧的三层结构的蒙皮分别形成气腔，分别焊气管后抽真空，完成后封焊气管；内部三层结构形成气腔，焊气管后进行加热抽真空，完成后封焊气管；五层结构进行扩散连接；
进一步地，所述在三层结构毛坯的上下两侧的蒙皮外侧增设板坯步骤包括：根据三层结构的成形性评估准则，确定待增加板坯的最小厚度，板坯的材料与三层结构一致。
进一步地，对于等厚度的板坯，通过直接选有现有板材或等厚度化铣至要求厚度进行获取。
进一步地，对于变厚度的板坯，采用数控加工或变厚度化铣方法进行制备。
进一步地，所述在各层之间涂覆止焊剂，其中，板坯和与其同侧的蒙皮之间涂覆止焊剂的图形，和与其同侧的三层结构的层间涂覆止焊剂的图形一致。
进一步地，所述在各层之间涂覆止焊剂，其中，板坯和与其同侧的蒙皮之间涂覆止焊剂的图形，和与其同侧的三层结构的层间涂覆止焊剂的图形一致步骤中，所述止焊剂图形距离板坯的边缘1.6mm-2.4mm。
进一步地，所述内部三层结构焊接气管后进行加热抽真空，其中，加热温度为300~500摄氏度。
本发明提出在SPF/DB三层结构的蒙皮的外部再分别增加板坯，并在其界面间部分区域预涂止焊剂后，采用抽真空封口后直接扩散的方法，达到界面间的弱连接状态，从而增加成形中外层蒙皮的刚度，达到抑制表面褶皱的目的。同时，预涂的止焊剂阻止了新板坯与原蒙皮的扩散，后续容易去除。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法的流程图；
图2为现有技术中三层结构毛坯的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种五层结构的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种五层结构的焊接示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，如图1所示，包括：
步骤S10，根据待成形的零件结构，反求设计三层结构毛坯。
步骤S20，在三层结构毛坯的上下两侧的蒙皮外侧增设板坯，形成五层结构，如图3所示。在增设板坯时，根据三层结构的成形性评估准则，确定待增加板坯的最小厚度，板坯的材料与三层结构一致。对于等厚度的板坯，通过直接选有现有板材或等厚度化铣至要求厚度进行获取；对于变厚度的板坯，采用数控加工或变厚度化铣方法进行制备。
步骤S30，在各层之间涂覆止焊剂，其中，板坯和与其同侧的蒙皮之间涂覆止焊剂的图形，和与其同侧的三层结构的层间涂覆止焊剂的图形一致，所述止焊剂图形距离板坯的边缘1.6mm-2.4mm。
步骤S40，对增设板坯后形成的五层结构封焊口袋，两个板坯和与其同侧的三层结构的蒙皮分别形成气腔，分别焊气管后抽真空，完成后封焊气管；内部三层结构形成气腔，焊气管后进行加热抽真空，加热温度为300~500摄氏度，完成后封焊气管；五层结构进行扩散连接。通过本步骤，形成的结构如图4所示，板坯与内部三层结构蒙皮实现弱连接，为加工后容易去除做准备。
步骤S50，对中间三层结构完成超塑成形，打开板坯周边的焊缝，去除板坯。
本发明提出在SPF/DB三层结构的蒙皮的外部再分别增加板坯，并在其界面间部分区域预涂止焊剂后，采用抽真空封口后直接扩散的方法，达到界面间的弱连接状态，从而增加成形中外层蒙皮的刚度，达到抑制表面褶皱的目的。同时，预涂的止焊剂阻止了新板坯与原蒙皮的扩散，后续容易去除。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，其特征在于，包括：
根据待成形的零件结构，反求设计三层结构毛坯；
在三层结构毛坯的上下两侧的蒙皮外侧增设板坯，形成五层结构，所述在三层结构毛坯的上下两侧的蒙皮外侧增设板坯步骤包括：根据三层结构的成形性评估准则，确定待增加板坯的最小厚度，板坯的材料与三层结构一致；
在各层之间涂覆止焊剂，其中，板坯和与其同侧的蒙皮之间涂覆止焊剂的图形，和与其同侧的三层结构的层间涂覆止焊剂的图形一致；
对增设板坯后形成的五层结构封焊口袋，两个板坯和与其同侧的三层结构的蒙皮分别形成气腔，分别焊气管后抽真空，完成后封焊气管；内部三层结构形成气腔，焊气管后进行加热抽真空，其中，加热温度为300~500摄氏度，完成后封焊气管；五层结构进行扩散连接，其中，板坯界面与蒙皮界面之间形成弱连接；
对中间三层结构完成超塑成形，打开板坯周边的焊缝，去除板坯。
2.如权利要求1所述的一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，其特征在于，对于等厚度的板坯，通过直接选有现有板材或等厚度化铣至要求厚度进行获取。
3.如权利要求1所述的一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，其特征在于，对于变厚度的板坯，采用数控加工或变厚度化铣方法进行制备。
4.如权利要求1所述的一种提高SPF/DB三层结构成形质量的方法，其特征在于，所述在各层之间涂覆止焊剂，其中，板坯和与其同侧的蒙皮之间涂覆止焊剂的图形，和与其同侧的三层结构的层间涂覆止焊剂的图形一致步骤中，所述止焊剂图形距离板坯的边缘1.6mm-2.4mm。
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