CN113275839B - 一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法。一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法，包括以下步骤：原材料加工，加工出钛铝合金的上面板、钛铝合金的下面板、多个接头和多根钛铝合金的筋条；制作预制坯，将各接头分别连接在上面板和下面板上，将各筋条分别通过各接头交错连接在上面板之间，其中，每根筋条的一端通过上面板上的一接头和上面板连接，每根筋条的另一端通过下面板上的一接头和下面板连接；焊接成型，将预制坯中上面板、下面板、筋条和接头之间的连接处分别进行焊接；机加工成型，将焊接后的预制坯机加工处理成成品三维点阵结构。

Description

一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法

技术领域

本发明涉及钛铝合金制造技术领域，特别是涉及一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法。

背景技术

三维点阵结构是由杆、板等微元件按照一定规则重复排列构成的空间桁架结构，如图1所示，与二维点阵结构相比较，三维点阵结构内部有更大的设计空间，且同等质量条件下，点阵结构比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能。钛合金三维点阵结构的制备方法主要有塑性成形法(超塑成形/扩散连接法、穿孔板拉伸塑性变形、冲孔网冲压成形法、拉伸网折叠法等)、溶模铸造法、钎焊/扩散连接法、增材制造法、组合钎焊法、线切割法、增材制造法等。

钛铝合金是难变形材料，其具有室温塑性低，脆性高，高温变形抗力大等特点，成形温度一般在1000℃以上，采用钛铝合金制备三维点阵结构可以用于耐高温的结构，例如高超音速飞行器上和高推重比发动机上的各种耐高温结构件，例如耐高温轻量化蒙皮结构，高推重比发动机中的耐高温压气机机匣、燃烧室机匣、尾喷管组件等。钛铝合金三维点阵结构具有优异的耐高温性能，是未来高超音速飞行器和高推重比发动机理想的结构材料。但是采用塑性成的方法来制备钛铝合金三维点阵结构的技术难度非常大，采用增材制造方法制备的材料塑性和韧性存在不足，材料利用率有限，制造效率较低。成形后的结构具有铸态组织，容易由于热残余应力等问题，导致出现缺陷。

因此，发明人提供了一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法，通过将钛铝合金的上面板、钛铝合金的下面板、多个接头和多根钛铝合金的筋条组装焊接成成品三维点阵结构，解决了加工技术难度大、塑性和韧性不足、材料利用率低、制造效率低的技术问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法，包括以下步骤：

原材料加工，加工出钛铝合金的上面板、钛铝合金的下面板、多个接头和多根钛铝合金的筋条；

制作预制坯，将各接头分别连接在上面板和下面板上，将各筋条分别通过各接头交错连接在上面板之间，其中，每根筋条的一端通过上面板上的一接头和上面板连接，每根筋条的另一端通过下面板上的一接头和下面板连接；

焊接成型，将预制坯中上面板、下面板、筋条和接头之间的连接处分别进行焊接；

机加工成型，将焊接后的预制坯机加工处理成成品三维点阵结构。

进一步地，步骤原材料加工中，所述筋条为空心管。

进一步地，步骤原材料加工中，在上面板和下面板上分别加工出多个第一连接孔，在每个接头上分别加工出一个凸台和多个第二连接孔，所述凸台位于接头的顶端，各第二连接孔沿接头下部周向均匀分布；

进一步地，步骤制作预制坯中，将各接头通过凸台和第一连接孔分别连接在上面板、下面板上；每根筋条的一端通过上面板上的一接头的第二连接孔和上面板连接，每根筋条的另一端通过下面板上的一接头的第二连接孔和下面板连接。

进一步地，步骤制作预制坯中，将各接头分别连接在上面板和下面板上，将各筋条分别通过各接头交错且倾斜连接在上面板之间。

进一步地，所述第二连接孔为斜孔，所述第一连接孔的孔轴线与上面板板面、下面板板面分别垂直。

进一步地，步骤焊接成型中，将预制坯放入钎焊炉中，将预制坯中上面板、下面板、筋条和接头之间的连接处分别采用钎焊进行焊接。

进一步地，所述钎焊炉的工艺参数为：920℃/10min。

(3)有益效果

综上，在本发明的钛铝合金三维点阵结构的制造方法中，通过将钛铝合金的上面板、钛铝合金的下面板、多个接头和多根钛铝合金的筋条组装焊接成成品三维点阵结构，可以使钛铝合金不必发生变形，避免了钛铝合金成形难度大的技术难题。筋条、上面板和下面板可以采用热机械加工的板材或空心管，具有良好的综合性能。通过接头使筋条和上面板、下面板连接，具有良好的面板、芯体结合强度，可以获得具有良好综合性能的成品三维点阵结构。

本发明实施例的钛铝合金三维点阵结构的制造方法由于采用组装焊接的方式，不需要对钛铝合金的上面板、钛铝合金的下面板和钛铝合金的筋条加工变形，因此，加工难度低，加工出来的成品三维点阵结构也保留了钛铝合金材质原有的韧性和塑性，减少了材料的废品率，提高了材料的利用率，也提高了制造效率。

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是背景技术中三维点阵结构的结构示意图。

图2是本发明一实施例中上面板的结构示意图。

图3是本发明一实施例中下面板的结构示意图。

图4是本发明一实施例中筋条的结构示意图。

图5是本发明一实施例中接头的结构示意图。

图6是本发明一实施例中成品三维点阵结构的结构示意图。

图中：

1-上面板；2-下面板；11-第一连接孔；3-接头；31-凸台；32-第二连接孔；4筋条。

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。

请参照图2至图6，一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法，包括以下步骤：

原材料加工，加工出钛铝合金的上面板1、钛铝合金的下面板2、多个接头3和多根钛铝合金的筋条4；

制作预制坯，将各接头3分别连接在上面板1和下面板2上，将各筋条4分别通过各接头3交错连接在上面板1之间，其中，每根筋条4的一端通过上面板1上的一接头3和上面板1连接，每根筋条4的另一端通过下面板2上的一接头3和下面板2连接；

焊接成型，将预制坯中上面板1、下面板2、筋条4和接头3之间的连接处分别进行焊接；

机加工成型，将焊接后的预制坯机加工处理成成品三维点阵结构，具体的，可以采用数控加工或者机床加工等方式进行加工。

在本实施例的钛铝合金三维点阵结构的制造方法，通过将钛铝合金的上面板1、钛铝合金的下面板2、多个接头3和多根钛铝合金的筋条4组装焊接成成品三维点阵结构，可以使钛铝合金不必发生变形，避免了钛铝合金成形难度大的技术难题。筋条4、上面板1和下面板2可以采用热机械加工的板材或空心管，具有良好的综合性能。通过接头3使筋条4和上面板1、下面板2连接，具有良好的面板、芯体结合强度，可以获得具有良好综合性能的成品三维点阵结构。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤原材料加工中，所述筋条4为空心管，能够节省材料，并且具有很好的强度。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤原材料加工中，在上面板1和下面板2上分别加工出多个第一连接孔11，在每个接头3上分别加工出一个凸台31和多个第二连接孔32，所述凸台31位于接头3的顶端，各第二连接孔32沿接头3下部周向均匀分布；

步骤制作预制坯中，将各接头3通过凸台31和第一连接孔11分别连接在上面板1、下面板2上；每根筋条4的一端通过上面板1上的一接头3的第二连接孔32和上面板1连接，每根筋条4的另一端通过下面板2上的一接头3的第二连接孔32和下面板2连接组合在一起，并在相互连接位置填充箔带钎焊料，便于后续焊接。由于筋条4一般不是垂直连接在上面板1的接头3和下面板2的接头3之间，所以，第二连接孔32一般为斜孔，即第二连接孔32的轴向不是垂直于上面板1和下面板2的。所述第一连接孔11的孔轴线与上面板1板面、下面板2板面分别垂直，便于连接固定。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤焊接成型中，将预制坯放入钎焊炉中，将预制坯中上面板1、下面板2、筋条4和接头3之间的连接处分别采用钎焊进行焊接。钎焊炉的工艺参数为：920℃/10min，能够使将预制坯中上面板1、下面板2、筋条4和接头3之间的连接处焊接的更好，焊接效率更高。

本实施例中，作为上述技术方案的改进，上面板1可以是钛铝合金或陶瓷基复合材料材质制成，下面板2为钛铝合金或钛合金材质制成，所述接头3为钛铝合金材质制成。具体的，加工出钛铝合金的上面板1、钛铝合金的下面板2、多个接头3和多根钛铝合金的筋条4。也可以是钛铝合金的上面板1、钛合金的下面板2、钛铝合金多个接头3和多根钛铝合金的筋条4。也可以是陶瓷基复合材料的上面板1、钛铝合金的下面板2、钛铝合金多个接头3和多根钛铝合金的筋条4。

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 (4)

1.一种钛铝合金三维点阵结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

原材料加工，加工出钛铝合金的上面板、钛铝合金的下面板、多个接头和多根钛铝合金的筋条，在上面板和下面板上分别加工出多个第一连接孔，在每个接头上分别加工出一个凸台和多个第二连接孔，所述凸台位于接头的顶端，各第二连接孔沿接头下部周向均匀分布，所述筋条为空心管；

制作预制坯，将各接头通过凸台和第一连接孔分别连接在上面板、下面板上；每根筋条的一端通过上面板上的一接头的第二连接孔和上面板连接，每根筋条的另一端通过下面板上的一接头的第二连接孔和下面板连接，各筋条分别通过各接头交错且倾斜连接在上面板之间，其中，每根筋条的一端通过上面板上的一接头和上面板连接，每根筋条的另一端通过下面板上的一接头和下面板连接，所述第二连接孔为斜孔，所述第一连接孔的孔轴线与上面板板面、下面板板面分别垂直；

焊接成型，将预制坯中上面板、下面板、筋条和接头之间的连接处分别进行焊接；

机加工成型，将焊接后的预制坯机加工处理成成品三维点阵结构。

2.根据权利要求1所述的钛铝合金三维点阵结构的制造方法，其特征在于，步骤焊接成型中，将预制坯放入钎焊炉中，将预制坯中上面板、下面板、筋条和接头之间的连接处分别采用钎焊进行焊接。

3.根据权利要求2所述的钛铝合金三维点阵结构的制造方法，其特征在于，所述钎焊炉的工艺参数为：920℃/10min。

4.根据权利要求1或2所述的钛铝合金三维点阵结构的制造方法，其特征在于，所述上面板为钛铝合金或陶瓷基符合材料材质制成，所述下面板为钛铝合金或钛合金材质制成，所述接头为钛铝合金材质制成。

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