CN110560875A - 一种带通道结构的双层板及其真空电子束加工方法 - Google Patents

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刘奋成
陈悦
夏春
黄春平
李春雨
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Abstract

本发明公开一种带通道结构的双层板及其真空电子束加工方法，涉及带通道结构的双层板技术领域；本发明中将厚度0.1至10mm的合金板材根据设定间隙装配组合在一起；将装配好的双层板结构送至真空电子束的真空室内；抽真空至真空度优于7×10‑4Pa；进行电子束表面聚焦或散焦，编辑加工路径和参数，并设置电子束加工参数到合适范围；按照预定程序，在指定部位进行双层板间带通道结构的电子束加工，加工期间保证上面板熔透、下面板有一定熔深，两板间隙处由上面板熔化金属流下并与下面板接触形成通道结构；加工完毕后静置10至30分钟，给真空室充气，取出双层板。本发明利用高真空电子束加工大熔深特点，可实现不同厚度、不同间隙的带通道结构双层板的快速加工。

Description

一种带通道结构的双层板及其真空电子束加工方法
技术领域
本发明涉及带通道结构的双层板技术领域，特别是涉及一种带通道结构的双层板及其真空电子束加工方法。
背景技术
双层板结构由于重量轻，可增加飞行器运载能力，提高机动性能，加大航程，减少燃油或推进剂消耗，从而达到飞行器制造业的经济性要求。而带冷却结构的双层板结构继承了上述优点的同时，又因其密度小、刚性大、抗冲击、通道结构密封性好、隔热性能好，被广泛地应用在航空航天、交通运输、建筑装饰、军事防卫等领域。
目前，双层板结构传统制造方法包括：焊接、铆接、螺接等连接方式把双层板结构零件装配起来，其主要缺点是零件数量多，装配难度大，可靠性差，给现代军用、民用飞行器的制造带来诸多不便。而有两种常用的双层板结构，一种是通过胶接将面板与芯体连接在一起从而制备双层板，存在容易脱胶、起鼓，不可修复的缺陷，双层板的应用也因此常受制于胶粘剂。另外一种是钎焊制备双层板，钎焊方法设备投资多、钎焊周期长、产品成本高难以被广泛推广应用，此外，对于厚度小于0.5mm的薄板结构，钎焊存在钎料溶蚀母材以及钎料预置困难的缺点。
在国外，双层板结构的超塑性成形(SPF)技术早已成为航空航天工业的研究热点，在国内这种技术尚未发展成熟，没有进入实质性的大规模生产阶段。而对于带有通道结构的双层板研究更少，报导的方法仅有通过增材制造技术在一侧板材上生长通道后，使用过渡液相连接技术将上下板连接在一起从而制备双层板的方法。该方法工艺复杂，且制备过程中板材变形量大，加工精度低，加工效率较低。使用真空电子束方法直接制备带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，目前还没有相关方面的研究。
该工艺技术作为航空制造工程领域一种制造技术，其主要优点是：不仅成形性能好，又附带双层板冷却、输送流体的功能，成形好的双层板结构是常规工艺难以制造的多功能结构件，这不仅为设计提供更多的自由度，实现结构的整体化，达到减重和节约成本的目的，同时为双层板加工制造提供了新途径，为航空航天制造工程双层板制造技术开辟了新领域。
发明内容
本发明目的是针对现有制备双层板间带通道结构的技术局限性，提供一种带通道结构的双层板及其真空电子束加工方法，成形后的双层板间通道结构不仅可以起到冷却散热的效果，还可以利用密封的通道结构输送流体，双层板制备方法具有工艺简单、成形效率高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种带通道结构的双层板，包括上面板和下面板，所述上面板和所述下面板之间留有间隙，所述间隙内形成有通道结构，所述上面板和所述下面板通过所述通道结构连接在一起。
优选的，所述上面板和所述下面板采用金属板。
优选的，所述上面板和所述下面板的厚度相同或不同，所述上面板和所述下面板所采用金属板的材质相同或不同。
优选的，所述通道结构的高度由所述上面板和下面板间的间隙高度控制。
本发明还公开一种带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，包括以下步骤：
(1)将上面板和下面板的表面清洗打磨干净，确保表面光滑平整无异物；
(2)根据实际需要或制造要求规定，将上面板和下面板以规定间隙装夹固定；
(3)将装夹固定好的上面板和下面板放入电子束加工设备的真空室工作台上，并加以固定；
(4)关闭真空室仓门，抽真空；
(5)进行电子束表面聚焦或散焦，编辑加工路径和参数，并设置电子束加工参数到合适范围；
(6)按照预定程序，在指定部位进行上面板和下面板之间通道结构的电子束加工；
(7)加工完毕后静置10至30分钟，使双层板得到充分冷却后，真空室充气并取出；
(8)切削上面板表面多余的金属，使双层板表面平整无缺陷。
优选的，所述步骤(4)中，抽真空至真空室内真空度优于7×10-4Pa。
优选的，所述步骤(6)中，加工期间，保证上面板熔透、下面板有部分熔深，上面板和下面板的间隙处由上面板熔化金属流下并与下面板接触形成通道结构。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明在上面板和下面板间通过真空电子束的方法直接制备带通道结构，利用高真空电子束加工大熔深特点，可实现不同厚度、不同间隙双层板间带通道结构的快速加工；一方面可以实现上面板和下面板间通道结构的快速高效制备，另一方面可以通过通道结构实现上面板和下面板的连接，即通道壁加工的同时实现了上面板和下面板的连接，具有工艺简单、节省工时、加工成本低等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明带通道结构的双层板的结构示意图；
图2为本发明带通道结构的双层板设置1.0mm间隙时的通道壁横截面示意图；
图3为本发明带通道结构的双层板设置1.0mm间隙时的通道壁纵截面示意图；
图4为本发明带通道结构的双层板设置0.8mm间隙时的通道壁横截面示意图；
图5为本发明带通道结构的双层板设置0.8mm间隙时的通道壁纵截面示意图；
图6为本发明带通道结构的双层板的真空电子束加工方法的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是针对现有制备双层板间带通道结构的技术局限性，提供一种带通道结构的双层板及其真空电子束加工方法，成形后的双层板间通道结构不仅可以起到冷却散热的效果，还可以利用密封的通道结构输送流体，双层板制备方法具有工艺简单、成形效率高的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种带通道结构的双层板，包括上面板和下面板，所述上面板和所述下面板之间留有间隙，所述间隙内形成有通道结构，所述上面板和所述下面板通过所述通道结构连接在一起。
在本实施例中，所述上面板和所述下面板采用金属板；所述上面板和所述下面板的厚度相同或不同，所述上面板和所述下面板所采用金属板的材质相同或不同；其中，上面板和下面板的厚度优选0.1至10mm。
在本实施例中，所述通道结构的高度由所述上面板和下面板间的间隙高度控制，可根据实际需要和制造要求规定，在前两者允许范围内不限特定值。
如图2、3和6所示，本实施例中还公开一种带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，包括以下步骤：
(1)以厚度为4mm、长度为50mm、宽度为50mm的GH4169作为成形件上面板，厚度为8mm、长度为50mm、宽度为50mm的316L不锈钢作为成形件下面板，板材表面清洗打磨干净，确保表面光滑平整无异物；
(2)通道结构以1.0mm的GH4169焊丝架起均匀的间隙高度并装夹固定；
(3)将装夹固定好的上面板和下面板放入真空电子束设备的真空室工作台；
(4)关闭真空室仓门，抽真空，至真空室内真空度优于7×10-4Pa；
(5)进行电子束表面聚焦，添加圆形扫描波，直径0.5mm、扫描频率500Hz，电子束流42mA，送丝速度0mm/s、行走速度600mm/min；
(6)按照预定程序，在指定部位进行双层板间带通道结构的电子束加工；加工期间利用电子束大熔深的特点，保证上面板熔透、下面板有一定熔深，两板间间隙处由上面板熔化金属流下并与下面板接触形成通道结构；
(7)加工完毕后静置10至30分钟，使双层板得到充分冷却后，真空室充气并取出；
(8)用机械加工的方式切削上面板表面多余的金属，使双层板表面平整无缺陷。
实施例二
如图4-6所示，本实施例中带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，包括以下步骤：
(1)以厚度为4mm、长度为50mm、宽度为50mm的GH4169作为成形件上面板，厚度为8mm、长度为50mm、宽度为50mm的316L不锈钢作为成形件下面板，板材表面清洗打磨干净，确保表面光滑平整无异物；
(2)间隙层以0.8mm厚的GH4169垫块架起均匀的间隙高度并装夹固定；
(3)将装夹固定好的双层板放入真空电子束设备的真空室工作台；
(4)关闭真空室仓门，抽真空，至真空室内真空度优于7×10-4Pa；
(5)进行电子束表面聚焦，添加圆形扫描波，直径0.5mm、扫描频率500Hz，送丝速度43mm/s，电子束流42mA、行走速度600mm/min；
(6)按照预定程序，在指定部位进行双层板间带通道结构的电子束加工；加工期间利用电子束大熔深的特点，保证上板熔透、下板有一定熔深，两板间间隙处由上板熔化金属流下并与下板接触形成通道结构；
(7)加工完毕后静置10至30分钟，使双层板得到充分冷却后，真空室充气并取出；
(8)用机械加工的方式切削上面板表面多余的金属，使双层板表面平整无缺陷。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种带通道结构的双层板，其特征在于：包括上面板和下面板，所述上面板和所述下面板之间留有间隙，所述间隙内形成有通道结构，所述上面板和所述下面板通过所述通道结构连接在一起。
2.根据权利要求1所述的带通道结构的双层板，其特征在于：所述上面板和所述下面板采用金属板。
3.根据权利要求2所述的带通道结构的双层板，其特征在于：所述上面板和所述下面板的厚度相同或不同，所述上面板和所述下面板所采用金属板的材质相同或不同。
4.根据权利要求3所述的带通道结构的双层板，其特征在于：所述通道结构的高度由所述上面板和下面板间的间隙高度控制。
5.一种带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将上面板和下面板的表面清洗打磨干净，确保表面光滑平整无异物；
(2)根据实际需要或制造要求规定，将上面板和下面板以规定间隙装夹固定；
(3)将装夹固定好的上面板和下面板放入电子束加工设备的真空室工作台上，并加以固定；
(4)关闭真空室仓门，抽真空；
(5)进行电子束表面聚焦或散焦，编辑加工路径和参数，并设置电子束加工参数到合适范围；
(6)按照预定程序，在指定部位进行上面板和下面板之间通道结构的电子束加工；
(7)加工完毕后静置10至30分钟，使双层板得到充分冷却后，真空室充气并取出；
(8)切削上面板表面多余的金属，使双层板表面平整无缺陷。
6.根据权利要求5所述的带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，其特征在于：所述步骤(4)中，抽真空至真空室内真空度优于7×10-4Pa。
7.根据权利要求5所述的带通道结构的双层板的真空电子束加工方法，其特征在于：所述步骤(6)中，加工期间，保证上面板熔透、下面板有部分熔深，上面板和下面板的间隙处由上面板熔化金属流下并与下面板接触形成通道结构。
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