CN111531335A - 多层结构件及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层结构件及其加工方法，属于航空航天领域，其技术方案要点是包括两个形成底面和顶面的蒙皮以及多个位于两个蒙皮之间将其二者连接的芯板，芯板包括多个呈V字状通道状的弯折板，相邻两个弯折板的侧边互相固定连接形成的连续规则曲折状的芯板，相邻两层芯板之间交错设置且固定连接，相邻两层的弯折板交错设置,弯折板在互相连接处或与蒙皮连接处形成加强块，尤其要说明的是本发明实施过程中采用的坯料为平板，且适用于任意层的芯板成型。本发明达到了提供了一种结构强度较高且质量较轻的结构件及其加工方法的效果。

Description

多层结构件及其加工方法
技术领域
本发明涉及航空航天领域，更具体的说，它涉及一种多层结构件及其加工方法。
背景技术
飞行器上的一些大型复杂钛结构件，例如机翼前缘、缝翼、各类承力壁板、导弹弹翼等构件的结构强度要求较高，同时又要求他们的质量较轻，为此，本发明提供了一种新型的多层结构件及其加工方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多层结构件，其通过多个呈V字状通道状的弯折板形成的芯板，使得该结构件的结构强度获得了提升，同时质量降低，能够更好的适用于航空航天器材领域，另外还能通过在V字型通道内部通入流动水或填充隔热材料，实现热防护效果提高的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种多层结构件，包括两个形成底面和顶面的蒙皮以及多个位于两个蒙皮之间将其二者连接的芯板，芯板包括多个呈V字状通道状的弯折板，相邻两个弯折板的侧边互相固定连接形成的连续规则曲折状的芯板，相邻两层芯板之间交错设置且固定连接，相邻两层的弯折板交错设置,弯折板在互相连接处或与蒙皮连接处形成加强块。
通过采用上述技术方案，多个呈V字状通道状的弯折板形成的芯板，相邻两个弯折板的侧边互相固定连接形成的连续规则曲折状的芯板，相邻两层芯板之间交错设置且固定连接，相邻两层的弯折板交错设置,弯折板在互相连接处或与蒙皮连接处形成加强块，使得该结构在受力时能够将力分布的更加均匀，降低了局部受力，使得该结构件的结构强度获得了提升，同时质量降低，能够更好的适用于航天器材领域；另外还能通过在V字型通道内部通入流动水或填充隔热材料，实现热防护效果提高的目的。
一种多层结构件的加工方法，包括上述权利要求1所述的多层结构件，还包括以下步骤：
一、准备：准备多层结构件工艺流程卡、钛合金板料。
二、下料：按照多层结构件下料图下料。
三、坯料加工：按照多层结构件坯料图纸加工进气口、刻线，并进行表面处理。
四、止焊剂涂覆：按照多层结构件工艺规程要求对两个蒙皮以及芯板涂覆止焊剂。
五、封焊：先将芯板对齐，在对应扩散区侧边位置氩弧焊点焊固定，然后将芯板氩弧焊点焊固定在蒙皮上，再封焊蒙皮、接气管。
六、装模：将封焊好的坯料表面及模具表面使用丙酮或酒精擦拭干净，均匀涂上一层脱模剂。然后将坯料安放在下模，使用定位销定位，将模具闭合。
七、超塑成形/扩散连接：先进行扩散连接再超塑成形。
八、加工外形：按照多层结构件加工图加工零件外形并进行表面处理。
通过采用上述技术方案，在超塑成形之前，要先进行扩散连接，扩散连接的位置是：上下蒙皮内侧、芯板不涂止焊剂的位置。扩散连接时模具管路充氩气，在模具内侧与坯料外侧所构成的上下空腔内形成气压压力，坯料受到压力，同时坯料内部要进行抽真空，那么坯料内部不涂止焊剂的位置会扩散连接在一起；在上下蒙皮之间形成一个封闭的压力空间，在模具和坯料被加热到超塑性温度后，在气体的作用下，芯板产生超塑性变形，逐渐向模具型面靠近，直至同模具完全贴合形成预定形状，本方案中采用的坯料可以采用平板进行加工，同时也适用于任意多层芯板的成型，加工难度低，适用性强。
较佳的：所述步骤三中的表面处理为酸洗。
较佳的：所述步骤五中对芯板进行点焊固定包括：在对应扩散区侧边使用氩弧焊点焊固定。
较佳的：所述步骤五中将芯板氩弧焊点焊固定在蒙皮上包括：在芯板与蒙皮上刻画均匀分布的线条，使蒙皮长方形刻线与芯板长方形刻线对应。
较佳的：所述步骤六中的脱模剂包括防氧化剂。
较佳的：所述步骤七中,超塑成形的成形温度：910±10℃，应变速率范围：5×10-4/s~5×10-3/s，在坯料口袋内部充氩气，最大压力1.2MPa。
较佳的：所述步骤七中，扩散连接的成形温度为910±10℃，单位压力：1.0Mpa~1.5Mpa，真空度：小于10-2Mpa，保压时间40min~60min。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.多个呈V字状通道状的弯折板形成的芯板，相邻两个弯折板的侧边互相固定连接形成的连续规则曲折状的芯板，相邻两层芯板之间交错设置且固定连接，相邻两层的弯折板交错设置,弯折板在互相连接处或与蒙皮连接处形成加强块，使得该结构在受力时能够将力分布的更加均匀，降低了局部受力，使得该结构件的结构强度获得了提升，同时质量降低，能够更好的适用于航天器材领域
2.扩散焊接头的显微组织和性能与母材接近或相同，不存在融化缺陷，且焊接温度较现有常规焊接工艺低，母材损伤小，同时使得应力小，达到了高精密的特性，适用于内部及多点、大面积的高气密性焊接。
3.通道内填充隔热材料或者水冷能起到热防护、降温效果。
4.空间内可储燃油，增加飞行器燃油储量。
附图说明
图1为实施例以的轴测图；
图2是图1中为表示加强块位置的A部放大图；
图3是实施例二中为表示芯板安装位置的示意图；
图4是实施例二中为表示型腔排气孔位置分布的示意图；
图5是实施例二中为表示气路形状的示意图；
图6是实施例二中为表示型腔排气孔与气路连接关系的示意图；
图7是实施例二中为表示进气孔位置的示意图；
图8是实施例二中为表示上蒙皮或下蒙皮上刻线位置的示意图；
图9是实施例二中为表示芯板上止焊剂涂覆位置的示意图。
附图标记：1、蒙皮；2、芯板；21、弯折板；3、加强块。
具体实施方式
实施例一：一种多层结构件，参见图1和图2，包括两块形成顶面和底面的蒙皮1，两块蒙皮1之间固定连接有三块连续规则曲折状的芯板2，芯板2包括多个呈V字状通道状的弯折板21，同一芯板2上的弯折板21侧边互相固定连接，邻两层芯板2之间交错设置且固定连接，相邻两层的弯折板21交错设置,弯折板21在互相连接处或与蒙皮1连接处形成加强块3。
实施例二：一种多层结构件的加工方法，包括以下步骤：
一、准备：准备多层结构件工艺流程卡、钛合金板，本实施例中可使用的钛合金牌号包括TC4、TA15、TC31、Ti60、Ti65、Ti2AlNb。
二、下料：按照多层结构件下料图下料，多层结构件下料图即为图8及图9中所示的上蒙皮、下蒙皮以及芯板的形状图。
三、坯料加工：按照多层结构件坯料图加工进气口、刻线（参见图8和图9），并进行表面处理，本实施例中的表面处理为酸洗，酸洗至坯料的表面没有氧化物和锈蚀即可。
四、止焊剂涂覆：上、下蒙皮止焊剂涂覆部位为斜线阴影部分，芯层上两个相邻刻线之间区域涂覆止焊剂，且芯层双面涂覆（参见图8和图9）。
五、封焊：先将芯板（数量大于两个的芯板）进行对齐，侧边使用氩弧焊点固，使蒙皮长方形刻线与芯板长方形刻线对应，将芯板点固在蒙皮上，再进行封焊，接气管。
六、装模：将坯料表面及模具表面使用酒精擦拭干净，均匀涂上一层防氧化剂。然后将坯料安放在下模，使上蒙皮、下蒙皮以及芯板上的刻线区域与型腔对齐，并将模具闭合，参见图3。
成形模具结构参见图4-图7所示，模具上模与下模均为平板结构，型腔面对称，型腔下方的模具内部设置两条并列且互通的气路，气路互通处于外界连通，用于排气，气路布置参见图5-图7所示，型腔内部设有与气路连通的型腔排气孔，型腔排气孔沿气路长度方向间隔分布（参见图4、图6和图7），该气路功能如下：
（a）升温时提供保护气氛。
（b）扩散连接时提供扩散压力。
（c）超塑成形时排出多余气体。
七、超塑成形/扩散连接:先进行扩散连接，后进行超塑成形。扩散连接，扩散连接的成形温度为910℃，单位压力：1.0Mpa，真空度：低于10-2Mpa，保压时间40min。超塑成形，超塑成形的成形温度：910℃，应变速率：5×10-4/s，在坯料口袋内部充氩气，最大压力1.2MPa。超塑性通常是指材料在拉伸条件下表现出异常高的延伸率也不产生缩颈与断裂现象。当延伸率大于100％时，即可称为超塑性。扩散连接是把多个固相材料(包括中间层材料)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凸凹不平处产生微观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。通常把扩散连接分为3个阶段：第一阶段为塑性变形使连接界面接触。在金属紧密接触后，原子开始相互扩散并交换电子，形成金属键连接，第二阶段为扩散、界面迁移和孔洞消失。连接界面的晶粒生长或再结晶以及晶界迁移，使金属键连接变成牢固的冶金连接。最后阶段为界面和孔洞消失。在这一阶段中主要是体积扩散，速度比较慢，通常需要几十分钟到几十小时才能使晶粒穿过界面生长，原始界面完全消失。
八、加工外形：按照多层结构件加工图加工零件外形并进行表面处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多层结构件，其特征在于：包括两个形成底面和顶面的蒙皮(1)以及多个位于两个蒙皮(1)之间将其二者连接的芯板(2)，芯板(2)包括多个呈V字状通道状的弯折板(21)，相邻两个弯折板(21)的侧边互相固定连接形成的连续规则曲折状的芯板(2)，相邻两层芯板(2)之间交错设置且固定连接，相邻两层的弯折板(21)交错设置,弯折板(21)在互相连接处或与蒙皮(1)连接处形成加强块(3)。
2.一种多层结构件的加工方法，其特征在于：包括上述权利要求1所述的多层结构件，还包括以下步骤：
一、准备：准备多层结构件工艺流程卡、钛合金板料；
二、下料：按照多层结构件下料图下料；
三、坯料加工：按照多层结构件坯料图纸加工进气口、刻线，并进行表面处理；
四、止焊剂涂覆：按照多层结构件工艺规程要求对两个蒙皮以及芯板涂覆止焊剂；
五、封焊：先将芯板对齐，在对应扩散区侧边位置氩弧焊点焊固定，然后将芯板氩弧焊点焊固定在蒙皮上，再封焊蒙皮、接气管；
六、装模：将封焊好的坯料表面及模具表面使用丙酮或酒精擦拭干净，均匀涂上一层脱模剂；
然后将坯料安放在下模，使用定位销定位，将模具闭合；
七、超塑成形/扩散连接：先进行扩散连接再超塑成形；
八、加工外形：按照多层结构件加工图加工零件外形并进行表面处理。
3.根据权利要求2所述的多层结构件的加工方法，其特征在于：所述步骤三中的表面处理为酸洗。
4.根据权利要求2所述的多层结构件的加工方法，其特征在于：所述步骤五中对芯板进行点焊固定包括：在对应扩散区侧边使用氩弧焊点焊固定。
5.根据权利要求2所述的多层结构件的加工方法，其特征在于：所述步骤五中将芯板氩弧焊点焊固定在蒙皮上包括：在芯板与蒙皮上刻画均匀分布的线条，使蒙皮长方形刻线与芯板长方形刻线对应。
6.根据权利要求2所述的多层结构件的加工方法，其特征在于：所述步骤六中的脱模剂包括防氧化剂。
7.根据权利要求2所述的多层结构件的加工方法，其特征在于：所述步骤七中,超塑成形的成形温度：910±10℃，应变速率范围：5×10-4/s~5×10-3/s，在坯料口袋内部充氩气，最大压力1.2MPa。
8.根据权利要求2所述的多层结构件的加工方法，其特征在于：所述步骤七中，扩散连接的成形温度为910±10℃，单位压力：1.0Mpa~1.5Mpa，真空度：小于10-2Mpa，保压时间40min~60min。
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