CN110508891A

CN110508891A - 一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法

Info

Publication number: CN110508891A
Application number: CN201910841985.3A
Authority: CN
Inventors: 张纪春; 邵杰; 雷海龙; 廖金华; 陈福龙
Original assignee: AVIC Manufacturing Technology Institute
Current assignee: AVIC Manufacturing Technology Institute
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2019-11-29

Abstract

本发明涉及一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法。该方法包括：采用机械加工的方法完成带有型腔和立筋的零件毛坯；清理零件半坯表面，将两件毛坯焊接成一个整体毛坯，并对毛坯进行抽真空处理；将封焊好的毛坯，依次按照相应位置放入模具之中；用两包套将模具包裹，并封焊包套周边且利用气管进行抽真空处理；将抽真空处理后的模具放入真空加热炉内；真空加热炉升温，到达一定温度后，向炉腔内充入一定压力的惰性气体并保持一定的时间；停止真空炉加热，卸载炉腔内压力。当温度达到室温时，取出模具，去除表面包套，将扩散后的毛坯零件取出。

Description

一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法

技术领域

本发明涉及钛合金超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术领域，特别是涉及一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法。

背景技术

钛合金超塑成形/扩散连接技术(Superplastic Forming and DiffusionBonding简称SPF/DB)被广泛应用于航空航天领域，主要是由于超塑成形/扩散连接技术具有柔性设计和轻量化的制造一体化的优势，实现结构的减重。

真空扩散焊技术，是把两个或两个以上的固相材料紧压在一起，置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度，对其施加压力使连接界面微观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而想成牢固结合的一种连接方法。利用扩散焊技术成形密闭带筋空心零件，是将两个加工带型腔立筋的工件的断面磨光后放在一起，在真空炉环境下加热到金属熔化温度的0.7～0.9倍，在压头加压条件下使工件接触面发生局部塑性变形，发生金属原子间的连接和原子间的互相扩散从而实现两个工件的连接，形成密闭空心结构。

利用SPF/DB组合工艺技术成形钛合金密闭空心带筋结构，其工艺过程复杂，工艺参数多、设备温度均匀性要求高，升降温时间长，成形效率较低。另外，在超塑成形过程中，筋条容易出现缺失、扩散连接焊合质量不稳定，且表面质量控制难度大。

真空扩散焊一般需要一般需要设备具有精确的压力控制装置、特殊的压头材料。一般地真空扩散采用压头对工件施加机械力进行扩散，对施力表面的平面度要求很高。另外，真空扩散焊受限于设备平台尺寸，往往采用单件零件扩散焊生产，导致生产效率不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，通过采用惰性气体作为加载方式，通过多层模具进行批量扩散成形，大幅提高钛合金空心结构零件成形生产效率，并保证焊合质量。

第一方面，本发明的实施例提出了一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，包括：

加工毛胚，通过机械加工的方法加工出两个内侧面有型腔和筋条结构的零件毛胚，将两个零件毛胚的内侧面的筋条结构及边缘对齐并焊接在一起形成一个整体毛胚，其厚度为D₁，并对整体毛胚进行抽真空处理后密封；

组装模具，将多个整体毛胚均匀的置于模具内，所述模具包括从上至下依次设置的上层模具、中层模具和下层模具，所述的中层模具上端面与上层模具下端面形成用于放置整体毛胚的上容置腔、中层模具下端面和下层模具上端面之间形成用于放置整体毛胚的下容置腔；未放置整体毛坯前的上、下容置腔高度为D₂，D₁-D₂＝△D(△D＞0)。

包覆包套，将上层模具的上侧和下层模具的下侧分别套装有用于包覆模具的模具包套，将上下两侧的模具包套的边缘封焊接在一起并与放有整体毛胚的模具共同形成组合结构，对模具包套内部进行抽真空处理后密封；

扩散成形，将抽真空后的组合结构放置与真空加热炉中升温加压，并在炉腔内充入一定压力的惰性气体；上层模具和中层模具之间的间隙、中层模具和下层模具之间的间隙由D₁变为D₂。

降温出炉，停止加热，卸载炉腔内的压力，取出组合结构，去除模具包套和模具，取出成形后的零件。

进一步地，加工毛胚的方法中，在将两个零件毛胚焊接成整体毛胚前对所述的零件毛胚进行除油酸洗处理。

进一步地，筋条结构为“十字”筋条结构，筋条上端面设有用于零件毛胚中各型腔之间通气的连通槽。

进一步地，零件毛胚内侧面设有用于通气的半圆形通气口，当零件毛胚组合成整体毛胚时，两个零件毛胚上的半圆形通气口组合成圆形通气口，在整体毛胚上焊接有用于抽真空的空心管，空心管位于整体毛胚的通气口处。

进一步地，加工毛胚的方法中，对整体毛胚进行抽真空后密封空心管。

进一步地，模具包套为半开式结构。

进一步地，模具包套边缘焊接有用于对包套内部抽真空的空心管，对模具包套内部进行抽真空处理后密封空心管。

进一步地，扩散成形的方法中，密封后的组合结构在真空加热炉中，在温度为880℃～950℃，压强为0.5Mpa～4.5Mpa的条件下，保温保压1h～2h进行扩散成形。

进一步地，所述降温出炉的方法中，当温度将至100℃以下后，卸载炉腔内的压力。

进一步地，惰性气体为氦气、氖气、氪气或氩气中任一种。

综上，本发明通过采用惰性气体加载方式，压力稳定、精度高、成形质量好；本发明中的模具为多层叠加形式，包括上下容置腔，可一次扩散成形大批量零件，效率高；本方法中的整体毛坯内腔均为真空状态，环境清洁；本方法中控制参数少，操作简单，效率高；通过设置连通槽和通气口，保证整体毛胚内部的型腔均处于真空状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中零件毛胚的结构示意图；

图2是图1中A-A截面剖视图；

图3是本发明中整体毛胚的结构示意图；

图4是本发明中整体毛胚的剖视图；

图5是本发明中模具的剖视图；

图6是本发明中组合结构的装配示意图；

图7是本发明中组合结构的结构示意图

图8是本发明中组合结构置于真空加热炉中加压示意图。

图中：

1-零件毛胚；2-整体毛胚；3-空心管；4-模具；4-1-上层模具；4-2-中层模具；4-3-下层模具；5-上层包套；6-下层包套；7-惰性气体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1至图8所示，本发明实施例的

一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，包括：

加工毛胚，通过机械加工的方法加工出两个内侧面有型腔和筋条结构的零件毛胚1，将两个零件毛胚1的内侧面的筋条结构及边缘对齐并焊接在一起形成一个整体毛胚2，其厚度为D₁，在将两个零件毛胚1焊接成整体毛胚2前对所述的零件毛胚1进行除油酸洗处理，并对整体毛胚2进行抽真空处理后密封，机械加工可采用数控铣削加工的方式加工出型腔和筋条结构，筋条结构的形式可以是任意形式，本实施例中的筋条结构为“十字”筋条结构，具体实践中，也可以采用其他交叉形筋条结构，比如“H”、“K”形等。筋条上端面设有用于零件毛胚1中各型腔之间通气的连通槽；零件毛胚1内侧面设有用于通气的半圆形通气口，当零件毛胚1组合成整体毛胚2时，两个零件毛胚1上的半圆形通气口组合成圆形通气口，在整体毛胚2上焊接有用于抽真空的空心管3，空心管3位于整体毛胚2的通气口处，当对整体毛胚2进行抽真空时，通过空心管3连接真空泵即可对整体毛胚2进行抽真空处理，对整体毛胚2进行抽真空后密封空心管3，保证整体毛胚2型腔内始终处于真空环境，本实施例中的空心管3采用钛管；

组装模具4，将多个整体毛胚2均匀的置于模具4内，所述模具4包括从上至下依次设置的上层模具4-1、中层模具4-2和下层模具4-3，上层模具4-1下端面设有容置型腔，中层模具4-2上下端面均设有容置型腔，下层模具4-3上端面也设有容置型腔，并且各个模具4中的容置型腔形状尺寸均相同，中层模具4-2上端面与上层模具4-1下端面形成用于放置整体毛胚2的上容置腔、中层模具4-2下端面和下层模具4-3上端面之间形成用于放置整体毛胚2的下容置腔，未放置零件毛胚前，上下容置腔的高度为D₂(D₂＜D₁)，放置整体毛胚2的上下容置腔高度为D₁；

包覆包套，将上层模具4-1的上侧和下层模具4-3的下侧分别套装有用于包覆模具4的模具包套，上层模具4-1上侧为上层包套5，下层模具4-3下侧为下层包套6，模具包套可为钛合金材料，也可以是其他易成形、易焊接的金属材料，本实施例中的模具4包套为半开式结构，将上下两侧的模具包套的边缘封采用氩弧焊的方法焊接在一起并与放有整体毛胚2的模具4共同形成组合结构，对模具包套内部进行抽真空处理后密封，模具包套边缘焊接有用于对包套内部抽真空的空心管3，对模具包套内部进行抽真空处理后密封空心管3；

扩散成形，将抽真空后的组合结构放置与真空加热炉中升温加压，并在炉腔内充入带有压力的惰性气体7，惰性气体7为氦气、氖气、氪气或氩气中任一种，密封后的组合结构在真空加热炉中，在温度为880℃～950℃，压强为0.5Mpa～4.5Mpa的条件下，保温保压1h～2h进行扩散成形，上下容置腔高度由D₁变为D₂；降温出炉，停止加热，当温度将至100℃以下后，卸载炉腔内的压力，随后取出组合结构，去除模具包套5、6和模具4，取出成形后的零件。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims

1.一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，包括：

加工毛胚，通过机械加工的方法加工出两个内侧面有型腔和筋条结构的零件毛胚，将两个零件毛胚的内侧面的筋条结构及边缘对齐并焊接在一起形成一个整体毛胚，并对整体毛胚进行抽真空处理后密封；

组装模具，将多个整体毛胚均匀的置于模具内，所述模具包括从上至下依次设置的上层模具、中层模具和下层模具，所述的中层模具上端面与上层模具下端面形成用于放置整体毛胚的上容置腔、中层模具下端面和下层模具上端面之间形成用于放置整体毛胚的下容置腔；

扩散成形，将抽真空后的组合结构放置于真空加热炉中升温加压，到达一定温度后，在炉腔内充入一定压力的惰性气体；

2.根据权利要求1所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的加工毛胚的方法中，在将两个零件毛胚焊接成整体毛胚前对所述的零件毛胚进行除油酸洗处理。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的筋条结构为“十字”筋条结构，筋条上端面设有用于零件毛胚中各型腔之间通气的连通槽。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的零件毛胚内侧面设有用于通气的半圆形通气口，当零件毛胚组合成整体毛胚时，两个零件毛胚上的半圆形通气口组合成圆形通气口，在整体毛胚上焊接有用于抽真空的空心管，空心管位于整体毛胚的通气口处。

5.根据权利要求4所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的加工毛胚的方法中，对整体毛胚进行抽真空后密封空心管。

6.根据权利要求1所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的模具包套为半开式结构。

7.根据权利要求1所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的模具包套边缘焊接有用于对包套内部抽真空的空心管，对模具包套内部进行抽真空处理后密封空心管。

8.根据权利要求7所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的扩散成形的方法中，密封后的组合结构在真空加热炉中，在温度为880℃～950℃，压强为0.5Mpa～4.5Mpa的条件下，保温保压1h～2h进行扩散成形。

9.根据权利要求1任一项所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的所述降温出炉的方法中，当温度将至100℃以下后，卸载炉腔内的压力。

10.根据权利要求1所述的一种钛合金密闭带筋空心结构成形方法，其特征在于，所述的惰性气体为氦气、氖气、氪气或氩气中任一种。