CN114211202B - 一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法及所用模具 - Google Patents

一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法及所用模具 Download PDF

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Abstract

一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法及所用模具，属于钛合金轻量化复杂薄壁多层结构精密成形领域，本发明为了解决在通过超塑成形及扩散连接技术制备钛合金三维点阵结构时，由于面板在贴膜过程中会在横向发生不同程度的塑性形变，造成原始点阵位置发生偏离，降低了点阵位置的成形精度的问题，本发明提供的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，与传统超塑成形/扩散连接方法相比，自行设计一套带有浮动凸模的超塑成形/扩散连接模具，采用该模具超塑成形时，浮动凸模始终作用于三层板的上表面，施加有益摩擦力，减少或避免在超塑成形过程中上面板的塑性变形，从而减少或避免点阵位置发生偏移，提高浮动凸模接触区域的点阵位置精度。

Description

一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法及所用模具
技术领域
本发明属于钛合金轻量化复杂薄壁多层结构精密成形领域，具体涉及一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法及所用模具。
背景技术
钛合金三维点阵结构是在传统蜂窝结构的基础上发展起来的一种新型轻量化结构，具有轻量化效果显著、减震吸能效果优异、比强度比刚度高、空间连通性好等特点，特别是其加强支撑结构可设计性与辅助功能性强，可以按需设计成金字塔型、四面体型以及X型等，并且可以辅助实现管线铺设、通气通液、绝热隔热等功能。目前，钛合金三维点阵结构已经开始在飞行器蒙皮等结构中实现应用，未来，在高速列车、新能源汽车、大飞机、航天器飞行器等领域也具有巨大的应用潜力。钛合金三维点阵结构的主要成形方法包括熔模铸造法、塑性成形法、编织法、增材制造法和超塑成形及扩散连接法等，其中钛合金超塑成形及扩散连接法是基于钛合金超塑成形温度与扩散连接温度相近的特点，在一个热循环内顺次完成钛合金的超塑成形与扩散连接工艺，即可以实现复杂形状结构的成形，也可以实现高强度、高可靠性的界面连接，具有成形精度高、尺寸稳定性好的特点，是钛合金三维复杂薄壁多层零件的主要成形方法。然而，在通过超塑成形及扩散连接技术制备钛合金三维点阵结构时，由于面板在贴膜过程中会在横向发生不同程度的塑性形变，造成原始点阵位置发生偏离，降低了点阵位置的成形精度，并且越靠近边缘位置，点阵偏差越严重，从而导致钛合金三维点阵结构各部分承载能力不同，降低了结构的整体均匀性。
发明内容
本发明为了解决在通过超塑成形及扩散连接技术制备钛合金三维点阵结构时，由于面板在贴模过程中会在横向发生不同程度的塑性形变，造成原始点阵位置发生偏离，降低了点阵位置的成形精度的问题，进而提供一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法及所用模具；
一种带有浮动凸模的成形模具，所述成形模具包括下模和组合式上模，组合式上模包括固定凹模和浮动凸模，固定凹模与下模配合设置，固定凹模的底部加工有浮动凸模容纳腔，浮动凸模容纳腔的四周加工有模块替换槽，固定凹模的顶面加工有浮动凸模导向腔，且浮动凸模导向腔与浮动凸模容纳腔连通设置，浮动凸模包括模具部和导向部，导向部设置在模具部的正上方，且导向部与模具部一体成型设置，浮动凸模的模具部设置在浮动凸模容纳腔中，浮动凸模的导向部设置在浮动凸模导向腔中，且浮动凸模中的导向部可沿浮动凸模导向腔的延伸方向进行往复移动；
一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：坯料形状尺寸加工：采用激光切割的方法，按照设计形状及尺寸加工上面板、下面板与芯板，芯板为镂空结构，上面板和下面板的整体尺寸同芯板的整体尺寸相同，并在上面板和芯板相同位置预留气孔；
步骤二：坯料表面机械处理：用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板、下面板和芯板表面；
步骤三：坯料表面化学处理：将步骤二中打磨后的上面板、下面板和芯板先用酒精清洗，去除表面的杂质及油污，随后酸洗，去除表面氧化膜，随后用蒸馏水多次清洗，并使用吹风机吹干；
步骤四：涂覆阻焊剂：在芯板的相应位置涂覆阻焊剂，其原则是点阵阵点位置上表面和下表面仅一面涂覆，且相邻阵点同侧表面涂覆状态相反，在进气口的位置附近和点阵阵点连接筋条位置的上表面和下表面均需涂覆阻焊剂；
步骤五：封边焊处理：将步骤四中上面板、涂覆有阻焊剂的芯板和下面板自上往下按照相应的位置堆叠在一起，保证三者的位置保持匹配，将三层板进行封边焊处理，形成一封闭的空间，并将气管焊接在上面板中的气孔处；
步骤六：扩散连接过程：将步骤五中封边后的三层板工件放入带有浮动凸模的成形模具中，并在浮动凸模的成形模具中固定凹模的模块替换槽内嵌装入扩散连接模块，并保证扩散连接模块的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模的上表面及扩散连接模块下表面涂覆阻焊剂，利用真空系统，将三层板之间抽真空，而后开启加热系统，使扩散连接模具与三层板同时升温至扩散焊温度后保温一段时间，然后通过液压系统施加垂向压力，并保压一段时间，完成扩散连接；
步骤七：超塑成形过程：将步骤六中扩散连接后的三层板重新放置在带有浮动凸模的成形模具中，并将扩散连接模块从固定凹模中的模块替换槽取出，保证浮动凸模中模具部的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模的上表面及模具部的下表面涂覆阻焊剂，通过加热系统将带有浮动凸模的成形模具及三层板温度加热至超塑成形温度，通过液压系统施加相应的压力，保持模具与三层板相对位置的稳定性，通过气管通入相应压力的惰性气体进行超塑成形；
步骤八：成形工件机械加工及表面处理：将步骤七中超塑成形后的三层板工件随炉冷却至室温，将最终的成形件从带有浮动凸模的成形模具中取出，采用机械加工的方法对工件形状进行最终加工，并用砂纸打磨工件表面；
进一步地，所述步骤二中用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板、下面板和芯板表面时，依次选用180目、240目、400目、800目、1200目和1500目的砂纸打磨上面板、下面板和芯板，上面板下表面、下面板上表面和芯板的每个面均需要经过六次打磨处理；
进一步地，所述步骤三中所用的酸洗溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，HF、HNO3和H2O的配比关系为HF：HNO3：H2O＝2:11:20；
进一步地，所述步骤五中采用电弧焊将放置好的上面板、芯板和下面板进行封边焊接；
进一步地，所述步骤六中扩散连接过程中利用真空系统对三层板进行抽真空，使真空度达到1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，利用加热系统，将扩散连接模具与三层板同时加热至扩散焊温度，温度范围为800～1200℃，达到扩散焊温度后保温10～30min，然后通过液压系统施加垂向压力，压力大小为0.1～5MPa，并保持2～6h；
进一步地，所述步骤七中超塑成形过程中通过加热系统将模具和三层板升温至超塑成形温度，温度范围为800～1200℃，保温10～30min，然后通过液压系统对模具施加垂向压力，压力范围为0.1～5MPa，以保证板材气压胀形过程中模具与三层板的位置保持稳定。通过气管通入氩气，施加气压，气压大小为0.1～5MPa，保压时间为2～6h；
进一步地，所述步骤八中将超塑成形后的工件从超塑成形模具中取出，利用线切割或者激光切割的方式制备最终的三维点阵夹层结构。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提供的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，与传统超塑成形/扩散连接方法相比，本发明自行设计一套带有浮动凸模的超塑成形/扩散连接模具，采用该模具超塑成形时，浮动凸模始终作用于三层板的上表面，施加有益摩擦力，减少或避免在超塑成形过程中上面板的塑性变形，从而减少或避免点阵位置发生偏移，提高浮动凸模接触区域的点阵位置精度；另一方面，浮动凸模接触区域中上面板减薄率较小，力学性能可大幅提升，能够有效的承受水平载荷和垂直载荷，提高三维点阵结构的稳定性。因此，该发明对于制备三维点阵夹层结构具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中成形零件示意图；
图2为本发明中上面板和芯板气孔预留位置示意图；
图3为本发明中芯板阻焊剂涂覆示意图；
图4为本发明中扩散焊接过程示意图；
图5为本发明中超塑成形过程示意图；
图6为本发明中带有浮动凸模的成形模具的主剖示意图；
图中：1下模、2固定凹模、21浮动凸模容纳腔、22模块替换槽、23浮动凸模导向腔、3浮动凸模、31模具部、32导向部、4上面板、5下面板、6上平台、7下平台、8芯板和9扩散连接模块。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式提供一种带有浮动凸模的成形模具，所述成形模具包括下模1和组合式上模，组合式上模包括固定凹模2和浮动凸模3，固定凹模2与下模1配合设置，固定凹模2的底部加工有浮动凸模容纳腔21，浮动凸模容纳腔的四周加工有模块替换槽22，固定凹模2的顶部加工有浮动凸模导向腔23，且浮动凸模导向腔23与浮动凸模容纳腔21连通设置，浮动凸模3包括模具部31和导向部32，导向部32设置在模具部31的正上方，且导向部32与模具部31一体成型设置，浮动凸模的模具部31设置在浮动凸模容纳腔21中，浮动凸模的导向部32设置在浮动凸模导向腔23中，且浮动凸模中的导向部32可沿浮动凸模导向腔23的延伸方向进行往复移动。
本发明采用了组合式上模的设计，采用该模具超塑成形时，浮动凸模3始终作用于三层板的上表面，施加有益摩擦力，减少或避免在超塑成形过程中上面板的塑性变形，从而减少或避免点阵位置发生偏移，提高浮动凸模接触区域的点阵位置精度；
本实施方式中，整套模具在实际应用中共包含四部分，分别为下模1、固定凹模2、浮动凸模3和扩散连接模块9，可实现扩散连接及超塑成形两种工艺，精确成形高成形质量高点阵位置精度高表面质量的三维点阵结构；其中，下模1采用整体平面结构，可承载巨大压力，辅助工件成形；固定凹模2采用中空结构，共有四种重要作用，一是在两种工艺过程中，始终提供压边力，保证三层板及模具相对位置的稳定性，二是在扩散连接过程中，提供压边位置扩散连接压力，保证三层板压边位置顺利扩散连接，三是在超塑成形过程中，利用其下表面中的一圈微小凸起，保证密闭空间的气密性，四是为浮动凸模3的运动提供导向，最终同浮动凸模配合形成超塑成形模具的型腔；浮动凸模3是整套模具核心，使面板由自由成形过程转化为由浮动凸模控制，在成形过程中，浮动凸模3通过自身重力和接触摩擦力，控制上面板变形行为，提高点阵精度，减少面板减薄率，是成形优质三维点阵结构的关键，同时在扩散连接过程中与扩散连接模块配合使用，提供扩散连接的压力；扩散连接模块9仅在扩散连接的过程中提供压力，扩散连接模块9在下表面存在同芯板点阵位置对应的微小凸起，精准提供扩散焊压力。
具体实施方式二：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式提供一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：坯料形状尺寸加工；采用激光切割的方法，按照设计形状及尺寸加工上面板4、下面板5与芯板8，芯板8为镂空结构，上面板4和下面板5的整体尺寸同芯板8的整体尺寸相同，并在上面板4和芯板8相同位置预留气孔；
步骤二：坯料表面机械处理：用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板4、下面板5和芯板8表面；
步骤三：坯料表面化学处理：将步骤二中打磨后的上面板4、下面板5和芯板8先用酒精清洗，去除表面的杂质及油污，随后酸洗，去除表面氧化膜，随后用蒸馏水多次清洗，并使用吹风机吹干；
步骤四：涂覆阻焊剂：在芯板8的相应位置涂覆阻焊剂，其原则是点阵阵点位置上表面和下表面仅一面涂覆，且相邻阵点同侧表面涂覆状态相反，在进气口的位置附近和点阵阵点连接筋条位置的上表面和下表面均需涂覆阻焊剂；
步骤五：封边焊处理：将步骤四中涂覆有阻焊剂的上面板4、芯板8和下面板5自上往下按照相应的位置堆叠在一起，保证三者的位置保持匹配，将三层板进行封边焊处理，形成一封闭的空间，并将气管5焊接在上面板4中的气孔处；
步骤六：扩散连接过程：将步骤五中封边后的三层板工件放入带有浮动凸模的成形模具中，并在浮动凸模的成形模具中固定凹模2的模块替换槽22内嵌装入扩散连接模块9，并保证扩散连接模块9的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模1的上表面及扩散连接模块9下表面涂覆阻焊剂，利用真空系统，将三层板之间抽真空，而后开启加热系统，使扩散连接模具与三层板同时升温至扩散焊温度后保温一段时间，然后通过液压系统施加垂向压力，并保压一段时间，完成扩散连接；
步骤七：超塑成形过程：将步骤六中扩散连接后的三层板重新放置在带有浮动凸模的成形模具中，并将扩散连接模块9从固定凹模2中的模块替换槽22取出，保证浮动凸模3中模具部31的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模1的上表面及模具部31的下表面涂覆阻焊剂，通过加热系统将带有浮动凸模的成形模具及三层板温度加热至超塑成形温度并保温一段时间，通过液压系统施加相应的压力，保持模具与三层板相对位置的稳定性，通过气管通入相应压力的惰性气体进行超塑成形；
步骤八：成形工件机械加工及表面处理：将步骤七中超塑成形后的三层板工件随炉冷却至室温，将最终的成形件从带有浮动凸模的成形模具中取出，采用机械加工的方法对工件形状进行最终加工，并用砂纸打磨工件表面。
本实施方式提供的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，利用高温条件下钛合金板材与模具之间的摩擦力来阻碍面板在横向的塑性变形，从而提高点阵的位置精度。此外，面板点阵位置塑性变形量的减少还可以提高面板的强度，弱化甚至消除芯板变形导致面板凹坑现象的产生。
如图3所示，虚线圆中是芯板网格的一部分，呈镂空状，图中阴影位置为镂空位置，T位置上表面涂覆止焊剂，B位置下表面涂覆止焊剂，T与B的上下两个表面只有其中一个表面涂覆止焊剂，在镂空网格结构中，T与T(B与B)位置呈对角分布，T与B位置相邻分布，T与B位置连接筋板和通气孔位置均需涂覆止焊剂，防止焊合；
本实施方式中所用的加热系统包括加热炉、上平台6和下平台7组成，所用的液压系统为液压缸。
具体实施方式三：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的步骤二作进一步限定，本实施方式中，所述步骤二中用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板、下面板和芯板表面时，依次选用180目、240目、400目、800目、1200目和1500目的砂纸打磨上面板4、下面板5和芯板8，上面板4下表面、下面板5上表面和芯板8的每个面均需要经过六次打磨处理。其他组成及方法步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的步骤三作进一步限定，本实施方式中，所述步骤三中所用的酸洗溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，HF、HNO3和H2O的配比关系为HF：HNO3：H2O＝2:11:20。结合步骤三和步骤四中说明以上实施方式，先通过砂纸打磨，再通过酸洗的方式对工件进行清理，最大程度保证了工件的整洁性，避免了杂质和氧化膜对后期的成形过程造成影响，还可以通过提高工件表面质量，进而提高扩散连接质量。其他组成及方法步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的步骤五作进一步限定，本实施方式中，所述步骤五中采用电弧焊将放置好的上面板4、芯板8和下面板5进行封边焊接。其他组成及方法步骤与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的步骤六作进一步限定，本实施方式中，所述步骤六中扩散连接过程中利用真空系统对三层板进行抽真空，使真空度达到1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，利用加热系统，将扩散连接模具与三层板同时加热至扩散焊温度，温度范围为800～1200℃，达到扩散焊温度后保温10～30min，然后通过液压系统施加垂向压力，压力大小为0.1～5MPa，并保持2～6h。其他组成及方法步骤与具体实施方式五相同。
本实施方式中，扩散连接模块9、浮动凸模3和固定凹模2配合使用，提供扩散焊过程中的压力，扩散连接模块9下表面存在凸起同固定凹模2平齐与芯板点阵位置精确对应，可精准提供扩散焊压力，提高扩散连接质量，浮动凸模3同扩散连接模块配合的高度与固定凹模2的高度保持一致，浮动凸模3放置于扩散连接模块9之上，通过压力机上平台施加点阵位置扩散连接压力，固定凹模2通过压力机提供压边部分扩散连接压力，在整个扩散连接过程中，四部分的相对位置始终保持不变，只进行力的传递。
具体实施方式七：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的步骤七作进一步限定，本实施方式中，所述步骤七中超塑成形过程中通过加热系统将模具和三层板升温至超塑成形温度，温度范围为800～1200℃，保温10～30min，然后通过液压系统对模具施加垂向压力，压力范围为0.1～5MPa，以保证板材气压胀形过程中模具与三层板的位置保持稳定。通过气管通入氩气，施加气压，气压大小为0.1～5MPa，保压时间为2～6h。其他组成及方法步骤与具体实施方式六相同。
本实施方式中，超塑成形过程中，浮动凸模3始终同三层板上表面接触，提供成形过程中的摩擦力，限制浮动凸模3接触位置的上面板发生塑性变形，在成形的过程中浮动凸模3通过自身的重力实现与上面板贴合，随着上面板慢慢的胀起，浮动凸模3始终没有脱离三层板上表面，当浮动凸模3顶端同固定凹模整体高度一致时，浮动凸模3停止运动，液压系统的压力开始作用于浮动凸模上，浮动凸模3与固定凹模2配合形成超塑成形过程最终的工件型腔，用来使工件贴模；
本发明的核心思想是利用浮动凸模3来控制超塑成形过程，在成形过程中，浮动凸模3始终同面板贴合，通过自身的重力在与上面板接触位置产生有益摩擦力，减少或避免上面板的塑性变形，从而减少或避免点阵位置偏移，同时浮动凸模3自身重力会使点阵中间位置同边缘位置同步胀起，避免中间先贴模，随后慢慢往边缘扩展的现象，大大的提高了点阵位置精度。
具体实施方式八：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的步骤八作进一步限定，本实施方式中，所述步骤八中将超塑成形后的工件从超塑成形模具中取出，利用线切割或者激光切割的方式制备最终的三维点阵夹层结构。其他组成及方法步骤与具体实施方式七相同。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
实施例
现以TA7三维点阵的制备过程为案例进行说明本申请提出的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，具体实施方法如下：
步骤一：坯料形状尺寸加工；采用激光切割的方法，按照设计形状及尺寸加工上面板4、下面板5与芯板8，芯板8为镂空结构，呈长方形状，上面板4和下面板5的整体尺寸同芯板8的整体尺寸相同，并在上面板4和芯板8相同位置预留气孔；
步骤二：坯料表面机械处理：用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板4、下面板5和芯板8表面，采用砂纸按180#、240#、400#、800#、1200#、1500#依次进行，使工件表面光滑平整：
步骤三：坯料表面化学处理：将步骤二中打磨后的上面板4、下面板5和芯板8先用酒精清洗，去除表面的杂质及油污，随后酸洗，去除表面氧化膜，随后用蒸馏水多次清洗，并使用吹风机吹干，所用的酸洗溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，HF、HNO3和H2O的配比关系为HF：HNO3：H2O＝2:11:20；
步骤四：涂覆阻焊剂：在芯板8的相应位置涂覆阻焊剂，其原则是点阵阵点位置上表面和下表面仅一面涂覆，且相邻阵点同侧表面涂覆状态相反，在进气口的位置附近和点阵阵点连接筋条位置的上表面和下表面均需涂覆阻焊剂；
步骤五：封边焊处理：将步骤四中涂覆有阻焊剂的上面板4、芯板8和下面板5自上往下按照相应的位置堆叠在一起，保证三者的位置保持匹配，将三层板进行封边焊处理，形成一封闭的空间，并将气管5焊接在上面板4中的气孔处；
步骤六：扩散连接过程：将步骤五中封边后的三层板工件放入带有浮动凸模的成形模具中，并在浮动凸模的成形模具中固定凹模2的模块替换槽22内嵌装入扩散连接模块9，并保证扩散连接模块9的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模1的上表面及扩散连接模块9下表面涂覆阻焊剂，利用真空系统，将三层板之间抽真空，通过真空系统将封闭型腔内的真空度保持在4.3×10-3Pa，而后开启加热系统，通过加热系统将三层板及模具温度加热至930℃，保温10min，随后通过液压系统施加2MPa压力，保温保压2h时间，进行扩散连接，扩散连接过程中，保证扩散焊模具中凸起位置与阵点位置一一对应，准确施加扩散焊压力，浮动凸模3和扩散连接模块9的高度严格同固定上模保持一致；
步骤七：超塑成形过程：将步骤六中扩散连接后的三层板重新放置在带有浮动凸模的成形模具中，并将扩散连接模块9从固定凹模2中的模块替换槽22取出，保证浮动凸模3中模具部31的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模1的内表面及模具部31的下表面涂覆阻焊剂，通过加热系统将模具温度加热至930℃，保温10min，然后通过液压系统施加3MPa的压力，之后分步的将2MPa的氩气通入三层板密闭空腔中，并进行保压，实现三层板的超塑成形；
步骤八：成形工件机械加工及表面处理：将步骤七中超塑成形后的三层板工件随炉冷却至室温，将最终的成形件从带有浮动凸模的成形模具中取出，采用用线切割的方式将最终成形出的工件进行加工，获得符合要求的TA7三维点阵结构。
本实施案例制备的TA7钛合金三维点阵零件具有表面质量高的特点，而且点阵位置仅仅偏移1mm左右，极大提高了成形零件的精度。

Claims (6)

1.一种带有浮动凸模的成形模具，其特征在于：所述成形模具包括下模(1)和组合式上模，组合式上模包括固定凹模(2)和浮动凸模(3)，固定凹模(2)与下模(1)配合设置，固定凹模(2)的底部加工有浮动凸模容纳腔(21)，浮动凸模容纳腔的四周加工有模块替换槽(22)，固定凹模(2)的顶部加工有浮动凸模导向腔(23)，且浮动凸模导向腔(23)与浮动凸模容纳腔(21)连通设置，浮动凸模(3)包括模具部(31)和导向部(32)，导向部(32)设置在模具部(31)的正上方，且导向部(32)与模具部(31)一体成型设置，浮动凸模的模具部(31)设置在浮动凸模容纳腔(21)中，浮动凸模的导向部(32)设置在浮动凸模导向腔(23)中，且浮动凸模中的导向部(32)可沿浮动凸模导向腔(23)的延伸方向进行往复移动；
所述固定凹模(2)的下表面沿周向设有一圈微小凸起。
2.一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：坯料形状尺寸加工；采用激光切割的方法，按照设计形状及尺寸加工上面板(4)、下面板(5)与芯板(8)，芯板(8)为镂空结构，上面板(4)和下面板(5)的整体尺寸同芯板(8)的整体尺寸相同，在上面板(4)和芯板(8)相同位置预留气孔；
步骤二：坯料表面机械处理：用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板(4)、下面板(5)和芯板(8)表面：
步骤三：坯料表面化学处理：将步骤二中打磨后的上面板(4)、下面板(5)和芯板(8)先用酒精清洗，去除表面的杂质及油污，随后酸洗，去除表面氧化膜，随后用蒸馏水多次清洗，并使用吹风机吹干；
步骤四：涂覆阻焊剂：在芯板(8)的相应位置涂覆阻焊剂，其原则是点阵阵点位置上表面和下表面仅一面涂覆，且相邻阵点同侧表面涂覆状态相反，在进气口的位置附近和点阵阵点连接筋条位置的上表面和下表面均需涂覆阻焊剂；
步骤五：封边焊处理：将步骤四中涂覆有阻焊剂的上面板(4)、芯板(8)和下面板(5)自上往下按照相应的位置堆叠在一起，保证三者的位置保持匹配，将三层板进行封边焊处理，形成一封闭的空间，并将气管焊接在上面板(4)中的气孔处；
步骤六：扩散连接过程：将步骤五中封边后的三层板工件放入带有浮动凸模的成形模具中，并在带有浮动凸模的成形模具中固定凹模(2)的模块替换槽(22)内嵌装入扩散连接模块(9)，并保证扩散连接模块(9)的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模(1)的上表面及扩散连接模块(9)下表面涂覆阻焊剂，利用真空系统，将三层板之间抽真空，而后开启加热系统，使扩散连接模具与三层板同时升温至扩散焊温度后保温一段时间，然后通过液压系统施加垂向压力，并保压一段时间，完成扩散连接；
所述步骤六中扩散连接过程中利用真空系统对三层板进行抽真空，使真空度达到1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，利用加热系统，将扩散连接模具与三层板同时加热至扩散焊温度，温度范围为800～1200℃，达到扩散焊温度后保温10～30min，然后通过液压系统施加垂向压力，压力大小为0.1～5MPa，并保持2～6h；
步骤七：超塑成形过程：将步骤六中扩散连接后的三层板重新放置在带有浮动凸模的成形模具中，并将扩散连接模块(9)从固定凹模(2)中的模块替换槽(22)取出，保证浮动凸模(3)中模具部(31)的下表面与三层板工件中的顶部接触，在三层板工件外表面与浮动凸模的成形模具中下模(1)的上表面及模具部(31)的下表面涂覆阻焊剂，通过加热系统将带有浮动凸模的成形模具及三层板温度加热至超塑成形温度并保温一段时间，通过液压系统施加相应的压力，保持模具与三层板相对位置的稳定性，通过气管通入相应压力的惰性气体进行超塑成形；
所述步骤七中超塑成形过程中通过加热系统将模具和三层板升温至超塑成形温度，温度范围为800～1200℃，保温10～30min，然后通过液压系统对模具施加垂向压力，压力范围为0.1～5MPa，以保证板材气压胀形过程中模具与三层板的位置保持稳定，通过气管通入氩气，施加气压，气压大小为0.1～5MPa，保压时间为2～6h；
步骤八：成形工件机械加工及表面处理：将步骤七中超塑成形后的三层板工件随炉冷却至室温，将最终的成形件从带有浮动凸模的成形模具中取出，采用机械加工的方法对工件形状进行最终加工，并用砂纸打磨工件表面。
3.根据权利要求2中所述的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，其特征在于：所述步骤二中用砂纸打磨步骤一中切割好的上面板、下面板和芯板表面时，依次选用180目、240目、400目、800目、1200目和1500目的砂纸打磨上面板(4)、下面板(5)和芯板(8)，上面板(4)下表面、下面板(5)上表面和芯板(8)的每个面需要经过六次打磨处理。
4.根据权利要求2中所述的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，其特征在于：所述步骤三中所用的酸洗溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，HF、HNO3和H2O的配比关系为HF：HNO3：H2O＝2:11:20。
5.根据权利要求2中所述的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，其特征在于：所述步骤五中采用电弧焊将上面板(4)、下面板(5)和芯板(8)进行封边焊接。
6.根据权利要求2中所述的一种有益摩擦钛合金空间点阵结构的成形方法，其特征在于：所述步骤八中将超塑成形后的工件从超塑成形模具中取出，利用线切割或者激光切割的方式制备最终的三维点阵夹层结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114505573B (zh) * 2022-04-20 2022-07-15 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种超塑成形、扩散连接模具及薄壁大倾角零件制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4087037A (en) * 1976-07-09 1978-05-02 Mcdonnell Douglas Corporation Method of and tools for producing superplastically formed and diffusion bonded structures
US5904992A (en) * 1996-09-26 1999-05-18 Mcdonnell Douglas Corporation Floating superplastic forming/diffusion bonding die, product and process
CN1199747C (zh) * 2003-06-23 2005-05-04 北京科技大学 一种非晶合金精密零部件超塑性模锻成形装置及方法
CN102990300B (zh) * 2012-11-21 2015-04-29 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种钛合金三维点阵夹层结构的制备方法
CN106270095B (zh) * 2016-08-16 2018-07-10 北京航星机器制造有限公司 一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具及方法
CN106271439B (zh) * 2016-08-30 2019-08-16 北京普惠三航科技有限公司 钛合金耐热蒙皮的超塑成形/扩散连接成形方法
CN108637568A (zh) * 2018-05-29 2018-10-12 沈阳飞机工业（集团）有限公司 一种适用于复杂钛合金零件的超塑成形扩散连接模具设计与制造方法
CN112916640B (zh) * 2021-02-10 2022-01-07 哈尔滨工业大学 一种金属阶梯件采用粘性介质成形的方法及成形模具组
CN113770253B (zh) * 2021-09-15 2022-09-02 北京航星机器制造有限公司 钛合金四层结构成形模具、模具组件和蒙皮沟槽消除方法
CN113751590B (zh) * 2021-09-15 2022-10-14 北京航星机器制造有限公司 一种钛合金四层结构成形方法和模具组件

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