CN110947970A - 一种薄壁复杂构件近净成型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种薄壁复杂构件近净成型的方法，该方法利用经特殊结构设计的金属包套，局部薄壁结构置入镶嵌板，其余部位采用粉末，通过热等静压实现粉末的致密化，以及粉末与镶嵌板的扩散连接，该方法解决了大型复杂板金结构件粉末热等静压近净成型工艺中，局部薄壁部位由于粉末填充难，容易出现缺肉的问题，并实现净成型，解决了局部薄壁部位刚性差，无法加工的难题，可用于成型进气道、舱体等复杂构件，可提高成型精度，改善结构整体性。

Description

一种薄壁复杂构件近净成型的方法
技术领域
本发明是一种薄壁复杂构件近净成型的方法，属于产品的成型技术领域。
背景技术
随着航空航天装备技术的发展，其零部件的设计趋向于薄壁、异形、整体化，并要求越来越高的性能、尺寸精度及表面质量，例如某1.5米长的异形曲面零件，最薄零件整体壁厚已经达到1.5mm，尺寸精度要求控制在0.1mm，这对相应的成型技术上提出了很大的挑战，常规的铸造及变形工艺越来越无法适应该发展趋势。粉末热等静压技术兼具铸造和锻造的优势，一方面可实现复杂构件的近净成形；另一方面，合金高度致密，无成分偏析，组织均匀细小，从而可获得优异的性能。
对于钛、镍等高温应用的结构材料，其加工难度大，加工生产的材料损耗及长的周期均会拉高零件生产成本；且对于异形薄壁的复杂零件，由于整体刚性差，加工容易引起不均匀变形，因此，对于成形该类型材料零件，净成形及近净成形是最有效的手段。
发明内容
本发明正是针对上述现技术状况而设计提供了一种薄壁复杂构件近净成型的方法，该方法将轧板结合到粉末热等静压近净成形技术中去，通过轧板来保证零件局部薄壁难加工部位的质量，通过粉末热等静压来构建其余的异形复杂部位，并通过轧板与粉末之间的高温扩散连接，获得完整的零件。
本发明的技术解决方案如下：
该种薄壁复杂构件近净成型的方法中，所述构件包括壁板2和设置在壁板 2上的薄壁形筋板1，其特征在于：该方法首先通过加工轧制后的薄板，成型薄壁形筋板1，然后将薄壁形筋板1的一部分插装在包套3内，在包套3内充填金属粉末后通过热等静压的方式成型壁板2，同时实现了薄壁形筋板1与壁板2 连接。
在一种实施中，薄壁形筋板1的厚度为2mm以下。壁板2为平面、曲面或异形面。
在一种实施中，金属粉末为球形粉，平均粒度为20～120微米。金属粉末材料为钛合金、镍合金、TiAl合金、Ti2AlNb合金、Ni3Al合金。
在一种实施中，薄壁形筋板1通过轧板加工成型。薄壁形筋板1的材料为钛合金、镍合金、TiAl合金、Ti2AlNb合金、Ni3Al合金。
在一种实施中，热等静压温度为500～1300℃，压力为100～180MPa，时间为2～4小时。
本发明技术方案为了实现薄壁复杂结构零件的无余量或近无余量成型，最大限度的减少加工生产的材料损耗和零件的生产成本，并解决由于薄壁结构整体刚性差，加工容易引起不均匀变形的难题，将轧板结合到粉末热等静压近净成形技术中去，利用轧板材料保证构件薄壁难加工部位的冶金质量和尺寸，通过粉末热等静压保证其余异形复杂区域的冶金质量，同时实现轧板与粉末合金之间的高温扩散连接，解决了局部薄壁部位刚性差，无法机加工成型的难题，改善够构件的整体刚性。
附图说明
图1为本发明实施一中所述薄壁构件的形状及结构示意图
图2为本发明实施二中所述薄壁构件的形状及结构示意图
具体实施方案
以下结合具体实施方案对本发明作进一步说明：
实施例一：
参见附图1所示，本实施例的加工产品为进气道，材料为本TC4钛合金，该产品呈不规则筒状，由圆筒状的壁板2和外侧环形的薄壁形筋板1构成，壁板2宽度方向最大尺寸300mm，壁厚2mm，长610mm，薄壁形筋板1共3道，沿壁板1外侧长度方向均布，环形薄壁形筋板1的最大外径360mm，厚1.5mm，薄壁形筋板1和壁板2要求整体成型。
采用本发明方法对该构件进行近净成型的步骤如下：
1、包套制备
根据待目标零件结构，设计并加工碳钢包套，包套包含筒体3、模芯4、上端盖5、下端盖6四部分组成，其中，筒体4为对半结构，参见附图2所示，筒体4内腔设置插装薄壁形筋板的卡槽，卡槽形状与筋板相同，宽度1.7mm；
2、筋板准备
在TC4轧板上按照环形薄壁形筋板1形状和尺寸加工出圆环，其中圆环内侧向内增加1mm，加工完成后，通过清洗去油及吹砂处理，表面粗糙度Ra＝6.4 微米；
3、粉末准备
准备雾化球形的TC4钛合金粉末，粉末平均粒度为84微米；
4、包套装配
首先将环形薄壁形筋板1插入筒体2内腔的卡槽中，装配并焊接好上下、端盖及模芯，将合金粉末从装粉口装入包套，并通过振动振实后封焊装粉口，然后真空加热脱气后，压扁、夹断及封焊除气孔；
5、热等静压
将处理完成的包套在热等静压炉中进行热等静压，热等静压温度为920℃，压力为110MPa，时间为3小时；
6、包套脱除
首先采用机械加工的方式去除外层包套及大部分模芯材质，然后通过化铣方法去除剩余的包套材质，获得构件毛坯；
7、构件加工
对获得构件毛坯筒体区域进行少量机加工，获得最终构件。
结果表明，该零件扩散连接强度好，性能及冶金质量良好，尺寸精度达到0.2mm。
实施例二：
本实施例的加工产品为进气道，该产品呈圆筒状况，由不规则筒状的壁板和外侧的筋板构成，壁板材料为TiAl合金，宽度方向最大尺寸400mm，壁厚 3mm，长1500mm，筋板材料为GH4169高温合金，呈报圆环状，共5道，沿壁板外侧轴向均布，圆环外径360mm，厚2mm，内侧与壁板外侧重合。
采用本发明方法对该构件进行近净成型的步骤如下：
1、包套制备
根据待目标零件结构，设计并加工碳钢包套，包套包含筒体3、模芯4、上端盖5、下端盖6四部分组成，如图2所示，其中，筒体为对半结构，筒体内腔设置插装薄壁形筋板的卡槽，卡槽形状与筋板相同，宽度2.2mm；
2、筋板准备
在GH4169高温合金轧板上按照环形薄壁形筋板形状和尺寸加工出圆环，其中圆环内侧向内增加1mm，加工完成后，通过清洗去油及吹砂处理，表面粗糙度Ra＝6.4微米；
3、粉末准备
准备雾化球形的TiAl合金粉末，粉末平均粒度为120微米；
4、包套装配
首先将环形薄壁形筋板插入筒体内腔的卡槽中，装配并焊接好上下、端盖及模芯，将合金粉末从装粉口装入包套，并通过振动振实后封焊装粉口，然后真空加热脱气后，压扁、夹断及封焊除气孔；
5、热等静压
将处理完成的包套在热等静压炉中进行热等静压，热等静压温度为1260℃，压力为170MPa，时间为4小时；
6、包套脱除
首先采用机械加工的方式去除外层包套及大部分模芯材质，然后通过化铣方法去除剩余的包套材质，获得构件毛坯；
7、构件加工
对获得构件毛坯筒体区域进行少量机加工，获得最终构件。
结果表明，该零件扩散连接强度好，性能及冶金质量良好，尺寸精度达到 0.3mm。
上述实施例只作为说明之例，并不是本发明所作的限定。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，在此不作一一赘述。凡是采用等同替换或等效变换形式形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种薄壁复杂构件近净成型的方法，该构件包括壁板(2)和设置在壁板(2)上的薄壁形筋板(1)，其特征在于：该方法首先通过加工轧制后的薄板，成型薄壁形筋板(1)，然后将薄壁形筋板(1)的一部分插装在包套(3)内，在包套(3)内充填金属粉末后通过热等静压的方式成型壁板(2)，同时实现了薄壁形筋板(1)与壁板(2)连接。
2.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：薄壁形筋板(1)的厚度为2mm以下。
3.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：壁板(2)为平面、曲面或异形面。
4.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：金属粉末为球形粉，平均粒度为20～120微米。
5.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：金属粉末材料为钛合金、镍合金、TiAl合金、Ti2AlNb合金、Ni3Al合金。
6.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：薄壁形筋板(1)通过轧板加工成型。
7.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：薄壁形筋板(1)的材料为钛合金、镍合金、TiAl合金、Ti2AlNb合金、Ni3Al合金。
8.根据权利要求1所述的薄壁复杂构件近净成型的方法，其特征在于：热等静压温度为500～1300℃，压力为100～180MPa，时间为2～4小时。
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