CN113275845A - 一种筋条钛合金空心结构件制备方法及结构件 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种筋条钛合金空心结构件制备方法，该方法设计了上芯板、下芯板、筋条以及在其中的空间内填充BaCl2，组合焊接后，放入到上面板和下面板的空间中，其中下面板和下芯板基本贴合，在进行芯板与筋条之间的扩散连接时，不会导致上芯板塌陷、筋条弯曲。进一步的，上芯板的超塑成形过程中，变形较小，可以通过调整筋条的高度，方便地实现对上芯板超塑变形量的控制，不会出现超过成形极限而导致芯板破裂，因此，可以成形各种高度的钛合金空心结构，只要模具和设备条件允许。

Description

一种筋条钛合金空心结构件制备方法及结构件
技术领域
本发明涉及金属塑性成形技术领域，具体涉及一种筋条钛合金空心结构件制备方法及结构件。
背景技术
采用超塑成形/扩散连接工艺制备四层钛合金空心夹层结构时，当筋条的高度较高时，很容易由于芯板局部变形很大，导致芯板在成形过程中破裂，无法成形出高筋条的结构件，而且筋条越高，成形的技术难度越大，有的甚至根本无法成形出来。为了解决这个问题，目前只能通过对成形工艺进行优化，但是改进程度有限。因此在超塑成形/扩散连接工艺制备高筋条结构件时受到限制，一般无法成形出超过成形极限的结构件，这成为超塑成形/扩散连接制备四层结构的一个限制，目前尚未有很好的方法解决这个问题。
现有采用超塑成形/扩散连接四层钛合金空心结构的制备方法存在以下不足：
1.当筋条高度较高时，芯板在成形过程中很容易破裂，很难成形出来，成为超塑成形四层结构的一个限制；
2.当采用高温钛合金和钛铝金属间化合物时，成形空心结构筋条高度受到进一步限制；
3.当成形十字筋条的钛合金空心结构时，成形空心结构筋条高度受到进一步限制。
发明内容
为了解决现有钛合金高筋条空心夹层结构的超塑成形/扩散连接制备方法制造存在的问题。提出一种筋条钛合金空心结构件制备方法及结构件。其具体技术方案如下：
本发明实施例提供的一种筋条钛合金空心结构件制备方法，包括步骤：
采用超塑成型方法预成形上面板、下面板，上芯板和下芯板，采用数控加工方法，加工筋条；
对所述上面板、下面板，上芯板和下芯板、筋条进行酸洗，去除表面的污垢和氧化皮，进行组合焊接得到预制胚；
在上芯板和下芯板组成的空间中填充BaCl2块，并将填充了BaCl2块的预制胚放入超塑成型设备，在预设第一条件下实现筋条与上芯板、下芯板之间的扩散连接，在预设第二条件下实现上芯板超塑成形，并与上面板的内表面完成扩散连接；
将成型后的预制胚进行后处理，得到最终形状的结构件。
进一步的，所述进行组合焊接得到预制胚，包括步骤：
所述上面板和所述下面板均是中间隆起的拱形结构，所述上面板、所述下面板的两侧除拱形结构外的部分进行焊接；
所述上芯板和所述下芯板的两端对应焊接、并置于所述上面板和下面板形成的空间内，所述下芯板贴合置于所述下面板上，所述筋条间隔设置在所述上芯板、下芯板形成的空间内。
进一步的，所述预设第一条件包括：在上面板和上芯板之间的空间中通入氩气，气体压力为1.5MPa～3MPa，温度为900℃～960℃,保温保压1.5h～3h；
所述预设第二条件包括：在上芯板、下芯板之间的空腔中通入氩气，上面板和上芯板之间的空间放气，其中内层超塑成形的气体压力为1.5MPa～3MPa，成形温度为900℃～960℃，保温保压时间为1.5h～3h。
进一步的，所述将成型后的预制胚进行后处理，包括步骤：
降温至设定温度，出炉、取出预制胚；
将成形后的预制坯放入到水槽中，将芯板之间的BaCl2块溶解；
数控加工预制坯。
进一步的，成型后的预制胚的上芯板与上面板完全融合，筋条的上端与上面板融合、筋条的下端与下面板融合。
本发明的第二方面提供一种筋条钛合金空心结构件预制胚，包括：
两端组合焊接的上面板、下面板，置于所述上面板、下面板形成的空间内的、两端组合焊接的上芯板和下芯板，间隔设置在所述上芯板、下芯板形成的空间内的筋条。
本发明的第三方面提供一种筋条钛合金空心结构件，所述结构件由上述任一所述的筋条钛合金空心结构件制备方法制备而成；包括：组合焊接的上面板、下面板，在所述上面板、下面板形成的空间内间隔设置的筋条，所述筋条的上端与上面板连接，所述筋条的下端与所述下面板连接。
进一步的，所述上面板和所述下面板均是中间隆起的拱形结构，所述上面板、所述下面板的两侧除拱形结构外的部分进行焊接。
本发明实施例提供的一种筋条钛合金空心结构件制备方法，该方法设计了上芯板、下芯板、筋条以及在其中的空间内填充BaCl2，组合焊接后，放入到上面板和下面板的空间中，其中下面板和下芯板基本贴合，在进行芯板与筋条之间的扩散连接时，不会导致上芯板塌陷、筋条弯曲。进一步的，上芯板的超塑成形过程中，变形较小，可以通过调整筋条的高度，方便地实现对上芯板超塑变形量的控制，不会出现超过成形极限而导致芯板破裂，因此，可以成形各种高度的钛合金空心结构，只要模具和设备条件允许。
附图说明
图1是本发明一种筋条钛合金空心结构件制备方法的流程图；
图2是筋条钛合金空心结构件组合焊接后的预制胚的结构示意图；
图3为上芯板、下芯板、筋条之间扩散连接的结构示意图；
图4为上芯板超塑成形、扩散连接的示意图；
图5为上芯板与上面板完成扩散连接的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行说明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1是本发明一种筋条钛合金空心结构件制备方法流程图，包括：
S1：采用超塑成型方法预成形上面板、下面板，上芯板和下芯板，采用数控加工方法，加工筋条。
为了避免筋条在成形过程中会出现筋条破裂，先超塑成形出两个外蒙皮结构(即上面板、下面板)。然后超塑成形出两个芯板，数控加工出筋条，但是筋条的高度低于实际成形后的筋条高度。
S2：对所述上面板、下面板，上芯板和下芯板、筋条进行酸洗，去除表面的污垢和氧化皮，进行组合焊接得到预制胚。
对所述上面板、下面板，上芯板和下芯板、筋条进行酸洗，去除表面的污垢和氧化皮，将筋条，两层芯板组合在一起，其中在两层芯板之间，以及筋条之间填充BaCl2，直至密实，然后将两层芯板、筋条组合焊接在一起，然后与两层面板、边框组合焊接在一起，其中下芯板与下面板基本贴合，上芯板和上面板有一定的间距，一般为10mm～20mm，并分别在两层芯板之间、两层面板之间焊接进气管。
所述上面板和所述下面板均是中间隆起的拱形结构，所述上面板、所述下面板的两侧除拱形结构外的部分进行焊接；
所述上芯板和所述下芯板的两端对应焊接、并置于所述上面板和下面板形成的空间内，所述下芯板贴合置于所述下面板上，所述筋条间隔设置在所述上芯板、下芯板形成的空间内。
S3：在上芯板和下芯板组成的空间中填充BaCl2块，并将填充了BaCl2块的预制胚放入超塑成型设备，在预设第一条件下实现筋条与上芯板、下芯板之间的扩散连接，在预设第二条件下实现上芯板超塑成形，并与上面板的内表面完成扩散连接。
所述预设第一条件包括：在上面板和上芯板之间的空间中通入氩气，气体压力为1.5MPa～3MPa，成形温度为900℃～960℃，保温保温1.5h～3h；
所述预设第二条件包括：在上芯板、下芯板之间的空腔中通入氩气，上面板和上芯板之间的空间放气，其中内层超塑成形的气体压力为1.5MPa～3MPa，成形温度为900℃～960℃，保温保压时间为1.5h～3h。
在成形过程中，首先在上芯板和上面板之间通入氩气，实现两层芯板、筋条之间实现扩散连接，同时也实现了下面板、下芯板与模具下表面的贴模，然后在上面板和上芯板之间放气，芯板之间通入氩气，使得上芯板超塑成形，折叠形成新的筋条，并与上面板实现扩散连接，参见图2-图4。
S4：将成型后的预制胚进行后处理，得到最终形状的结构件。
最后，将预制坯放入到水池中，在芯板之间的空间通入水，将其中的BaCl2块溶解。对溶解了BaCl2块的预制坯进行数控加工，加工出最终形状的零件，参见图5。
上述将成型后的预制胚进行后处理，包括步骤：
降温至设定温度，出炉、取出预制胚；
将成形后的预制坯放入到水槽中，将芯板之间的BaCl2块溶解；
数控加工预制坯。
本发明实施例提供的一种筋条钛合金空心结构件制备方法，该方法设计了上芯板、下芯板、筋条以及在其中的空间内填充BaCl2，组合焊接后，放入到上面板和下面板的空间中，其中下面板和下芯板基本贴合，在进行芯板与筋条之间的扩散连接时，不会导致上芯板塌陷、筋条弯曲。进一步的，上芯板的超塑成形过程中，变形较小，可以通过调整筋条的高度，方便地实现对上芯板超塑变形量的控制，不会出现超过成形极限而导致芯板破裂，因此，可以成形各种高度的钛合金空心结构，只要模具和设备条件允许。
举例对本发明提供的一种筋条钛合金空心结构件制备方法进行说明。
1.采用数控加工的方法，加工出TC4钛合金筋条，如图2所示，
2.采用超塑成形的方法预成形出TC4钛合金的上面板、下面板、上芯板、下芯板，如图2所示，
3.对TC4钛合金的筋条、上面板、下面板、上芯板、下芯板进行酸洗，去除表面的污垢和氧化皮，
4.将上面板、下面板、上芯板、下芯板、筋条按照图2进行组合焊接，其中在芯板、上芯板、下芯板的空间中填充BaCl2块，如图2所示，
5.将预制坯放入到超塑成形设备中，升温至设定温度，这里是920℃，
6.在上面板和上芯板之间的空间中通入氩气，气体压力为2.0MPa，保温2h，实现筋条与上芯板、下芯板之间的扩散连接，
7.在上芯板、下芯板之间的空腔中通入氩气，上面板和上芯板之间的空间放气，其中内层超塑成形的气体压力为2MPa，保压时间为2h，使得上芯板超塑成形，并与上面板的内表面完成扩散连接，
8.降温至设定温度，出炉，取出预制坯，
9.将成形后的预制坯放入到水槽中，将芯板之间的BaCl2块溶解，
10.数控加工预制坯，加工出最终形状的零件。对扩散连接后的预制坯数控加工出外形，制备出零件。
本发明的第二方面还提供一种筋条钛合金空心结构件预制胚，包括：
两端组合焊接的上面板、下面板，置于所述上面板、下面板形成的空间内的、两端组合焊接的上芯板和下芯板，间隔设置在所述上芯板、下芯板形成的空间内的筋条。
本发明的第三方面提供一种筋条钛合金空心结构件，所述结构件由上述任一所述的筋条钛合金空心结构件制备方法制备而成；包括：组合焊接的上面板、下面板，在所述上面板、下面板形成的空间内间隔设置的筋条，所述筋条的上端与上面板连接，所述筋条的下端与所述下面板连接。
进一步的，所述上面板和所述下面板均是中间隆起的拱形结构，所述上面板、所述下面板的两侧除拱形结构外的部分进行焊接。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种筋条钛合金空心结构件制备方法，其特征在于，包括步骤：
采用超塑成型方法预成形上面板、下面板，上芯板和下芯板，采用数控加工方法，加工筋条；
对所述上面板、下面板，上芯板和下芯板、筋条进行酸洗，去除表面的污垢和氧化皮，进行组合焊接得到预制胚；
在上芯板和下芯板组成的空间中填充BaCl2块，并将填充了BaCl2块的预制胚放入超塑成型设备，在预设第一条件下实现筋条与上芯板、下芯板之间的扩散连接，在预设第二条件下实现上芯板超塑成形，并与上面板的内表面完成扩散连接；
将成型后的预制胚进行后处理，得到最终形状的结构件。
2.根据权利要求1所述的筋条钛合金空心结构件制备方法，其特征在于，所述进行组合焊接得到预制胚，包括步骤：
所述上面板和所述下面板均是中间隆起的拱形结构，所述上面板、所述下面板的两侧除拱形结构外的部分进行焊接；
所述上芯板和所述下芯板的两端对应焊接、并置于所述上面板和下面板形成的空间内，所述下芯板贴合置于所述下面板上，所述筋条间隔设置在所述上芯板、下芯板形成的空间内。
3.根据权利要求1所述的筋条钛合金空心结构件制备方法，其特征在于，所述预设第一条件包括：在上面板和上芯板之间的空间中通入氩气，气体压力为1.5MPa～3MPa，温度为900℃～960℃，保温保压1.5h～3h；
所述预设第二条件包括：在上芯板、下芯板之间的空腔中通入氩气，上面板和上芯板之间的空间放气，其中内层超塑成形的气体压力为1.5MPa～3MPa，成形温度为900℃～960℃，保温保压时间为1.5h～3h。
4.根据权利要求1所述的筋条钛合金空心结构件制备方法，其特征在于，所述将成型后的预制胚进行后处理，包括步骤：
降温至设定温度，出炉、取出预制胚；
将成形后的预制坯放入到水槽中，将芯板之间的BaCl2块溶解；
数控加工预制坯。
5.根据权利要求1所述的筋条钛合金空心结构件制备方法，其特征在于，成型后的预制胚的上芯板与上面板完全融合，筋条的上端与上面板融合、筋条的下端与下面板融合。
6.一种筋条钛合金空心结构件预制胚，其特征在于，包括：
两端组合焊接的上面板、下面板，置于所述上面板、下面板形成的空间内的、两端组合焊接的上芯板和下芯板，间隔设置在所述上芯板、下芯板形成的空间内的筋条。
7.一种筋条钛合金空心结构件，所述结构件由权利要求1-5任一所述的筋条钛合金空心结构件制备方法制备而成；其特征在于，包括：组合焊接的上面板、下面板，在所述上面板、下面板形成的空间内间隔设置的筋条，所述筋条的上端与上面板连接，所述筋条的下端与所述下面板连接。
8.根据权利要求7所述的筋条钛合金空心结构件，其特征在于，所述上面板和所述下面板均是中间隆起的拱形结构，所述上面板、所述下面板的两侧除拱形结构外的部分进行焊接。
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