本發明專利技術屬于鈑金成形技術，涉及一種鈦合金筒形四層結構的超塑成形/擴散連接成形方法。本發明專利技術通過采用新型毛坯結構形式和制坯方法，可靠實現了四層結構止焊劑涂敷、筒體定位等要求，降低了工藝工裝的難度和復雜性，穩定可靠實現了鈦合金筒形四層結構SPF／DB成形，提高了成形質量和工藝穩定性。將SPF/DB工藝方法從成形平板夾層結構拓展到了成形筒形回轉夾層結構，擴大了該工藝的應用領域，可以實現了較好經濟和技術效益。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈑金成形技術，涉及。
技術介紹
筒體夾層結構作為導彈進氣道、殼體典型結構形式，要求構件不僅滿足同軸度、圓度等外形尺寸精度要求，更需要其滿足輕質、高強、密封、隔熱等特殊使用性能要求，制造過程復雜，難度較大。筒體夾層結構的傳統制造方式為蒙皮骨架焊接、鉚接方式，如圖1所示。首先，通過機加或者鑄造等方式成形鈦合金內部骨架2，再將骨架2與蒙皮I焊接、鉚接成為整體，形成內外蒙皮和框架的空心夾層結構。 對于蒙皮骨架焊接或鉚接這種傳統制造方式，其制造工藝包括蒙皮I和骨架2成形，鑄造的骨架2為了保證精度，通常還要進行機械加工，不僅工藝復雜，而且厚度大，結構超重。而對于傳統的蒙皮成形，無法做到復雜外形，經常要分塊成形，導致整體性不好。另外蒙皮I和骨架2在焊接、焊后熱處理或鉚接過程容易產生變形，使構件外形尺寸精度難以保證。相比之下，采用超塑成形/擴散連接(SPF/DB)工藝進行筒形夾層結構成形具有整體性好、可顯著減少結構零件數量、構件尺寸精度高、設計自由度好等優點。SPF/DB構件的基本結構形式包括四種超塑成形(SPF)單層結構、SPF/DB雙層結構、三層結構以及四層結構。SPF/DB多層結構最常見的應用是用于平板外形以及小曲率的曲面外形夾層零件，其中典型平板四層結構如圖2所示。對于圓筒形等一些回轉類夾層結構件，傳統平板多層結構SPF/DB成形工藝已經無法實現。尤其是對于筒體夾層結構，傳統的制造方式為蒙皮骨架焊接、鉚接方式，存在鑄造骨架厚度大，結構超重，蒙皮、骨架在焊接、鉚接過程容易產生變形，使構件外形尺寸精度難以保證，整體性差等缺點。而傳統SPF/DB成形工藝只能成形平板多層結構，無法實現圓筒形等一些回轉類夾層結構件的成形。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種能夠對鈦合金筒形四層結構進行超塑成形/擴散連接成形的工藝方法。本專利技術的技術解決方案是(I)單筒制備(1.1)制備外筒根據最終成形零件的外形尺寸計算外筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 2)制備第一個芯筒按照外層筒內徑與第一個芯筒外徑之間間隙為O.的要求，計算第一個芯筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 3)制備第二個芯筒按照第一個芯筒內徑與第二個芯筒外徑之間間隙為O.的要求，計算第二個芯筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 4)制備內筒按照第二個芯筒內徑與內筒外徑之間間隙為O.的要求，計算內筒下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到 相應尺寸；(2)筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸洗處理，將酸洗后的第二個芯筒固定在分度頭工裝上，根據所需立筋數量在第二個芯筒的外壁上進行分度劃線，根據劃線留好立筋擴散區；在第二個芯筒10的外壁上手工覆膜，并按照分度劃線刻形，然后去除非擴散區的覆膜并在該區涂敷止焊劑；(3)筒體裝配按照外筒-第一個芯筒-第二個芯筒-內筒的順序將四個單筒依次套裝，套好后先采用亞弧焊點焊的方式將四個單筒進行固定，然后對裝配好的四層結構筒兩端面進行封焊，并留好內外層進排氣道，在進排氣道口上焊接氣管；(4)筒體超塑成形/擴散連接將封焊完成的四層結構筒毛坯裝入超塑成形模具，放入超塑成形設備進行超塑成形/擴散連接，成形工藝條件為溫度910-920°C，成形壓力1. 5Mpa ；(5)爐冷取件關閉加熱和機床液壓泵，加熱爐自然冷卻，取出零件豎直放入保溫箱內緩冷，成形完畢。所述超塑成形模具的結構是，模具包括5個部分，分別是脹芯、脹瓣、外模、套環和托盤，其中脹芯為帶圓盤的錐體，脹瓣由中心帶錐孔的圓柱體沿對稱軸切割為4瓣或6瓣形成，脹芯的錐角與脹瓣中心錐孔的錐角相同，外模為帶內部型腔的圓環，外模沿對稱軸切割為4瓣，采用上下兩個套環固定，托盤為一個圓盤，置于脹芯、脹瓣、外模、套環和筒體毛坯的下方。本專利技術具有的優點和有益效果，本專利技術首次提出了一種四層結構筒體SPF/DB工藝方法和具有脹形功能的SPF/DB回轉夾層結構成形模具結構，可以實現筒形回轉四層結構的制備。相比傳統制造工藝，采用該工藝方法制造的筒形回轉夾層結構具有結構重量更輕，整體性更好，尺寸精度更高，結構設計自由度更大等優點。本專利技術通過采用新型毛坯結構形式和制坯方法，可靠實現了四層結構止焊劑涂敷、筒體定位等要求，降低了工藝工裝的難度和復雜性，穩定可靠實現了鈦合金筒形四層結構SPF / DB成形，提高了成形質量和工藝穩定性。將SPF/DB工藝方法從成形平板夾層結構拓展到了成形筒形回轉夾層結構，擴大了該工藝的應用領域，可以實現了較好經濟和技術效益。附圖說明圖1現有技術中蒙皮骨架鉚(焊)接筒形結構示意圖；圖2是SPF/DB四層平板構件的基本結構示意圖；圖3是本專利技術工藝流程框圖；圖4含脹形功能的SPF/DB回轉夾層結構成形模具結構示意圖；圖5是筒形四層結構毛坯結構示意圖； 圖6是采用本專利技術方法制備的四層結構筒體結構示意圖。具體實施例方式本專利技術提出的四層結構筒體成形方法其流程見圖3。(I)單筒制備(1.1)制備外筒8根據最終成形零件的外形尺寸計算外筒8下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(I·2)制備第一個芯筒9按照外層筒內徑與第一個芯筒9外徑之間間隙為O.的要求，計算第一個芯筒9下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 3)制備第二個芯筒10按照第一個芯筒內徑9與第二個芯筒10外徑之間間隙為O.的要求，計算第二個芯筒10下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 4)制備內筒 11按照第二個芯筒10內徑與內筒11外徑之間間隙為O.的要求，計算內筒11下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到相應尺寸；(2)筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸洗處理，將酸洗后的第二個芯筒10固定在分度頭工裝上，根據所需立筋數量在第二個芯筒10的外壁上進行分度劃線，根據劃線留好立筋擴散區；在第二個芯筒10的外壁上手工覆膜，并按照分度劃線刻形，然后去除非擴散區的覆膜并在該區涂敷止焊劑；(3)筒體裝配按照外筒8-第一個芯筒9-第二個芯筒10-內筒11的順序將四個單筒依次套裝，套好后先采用亞弧焊點焊的方式將四個單筒進行固定，然后對裝配好的四層結構筒兩端面進行封焊，并留好內外層進排氣道，在進排氣道口上焊接氣管；(4)筒體超塑成形/擴散連接將封焊完成的四層結構筒毛坯裝入超塑成形模具，放入超塑成形設備進行超塑成形/擴散連接，成形工藝條件為溫度910-920°C，成形壓力1. 5Mpa ；(5)爐冷取件關閉加熱和機床液壓泵，加熱爐自然冷卻，取出零件豎直放入保溫箱內緩冷，成形完畢。所述超塑成形模具的結構是，模具本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鈦合金筒形四層結構的超塑成形/擴散連接成形方法，其特征是：(1)單筒制備（1.1）制備外筒（8）根據最終成形零件的外形尺寸計算外筒（8）下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；（1.2）制備第一個芯筒（9）按照外層筒內徑與第一個芯筒（9）外徑之間間隙為0.5mm?1mm的要求，計算第一個芯筒（9）下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；（1.3）制備第二個芯筒（10）按照第一個芯筒內徑（9）與第二個芯筒（10）外徑之間間隙為0.5mm?1mm的要求，計算第二個芯筒（10）下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；（1.4）制備內筒（11）按照第二個芯筒（10）內徑與內筒（11）外徑之間間隙為0.5mm?1mm的要求，計算內筒（11）下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到相應尺寸；（2）筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸銑處理，將酸銑后的第二個芯筒（10）固定在分度頭工裝上，根據所需立筋數量在第二個芯筒（10）的外壁上進行分度劃線，根據劃線留好立筋擴散區；在第二個芯筒（10）的外壁上手工覆膜，并按照分度劃線刻形，然后去除非擴散區的覆膜并在該區涂敷止焊劑；（3）筒體裝配按照外筒（8）?第一個芯筒（9）?第二個芯筒（10）?內筒（11）的順序將四個單筒依次套裝，套好后先采用亞弧焊點焊的方式將四個單筒進行固定，然后對裝配好的四層結構筒兩端面進行封焊，并留好內外層進排氣道，在進排氣道口上焊接氣管；（4）筒體超塑成形/擴散連接將封焊完成的四層結構筒毛坯裝入超塑成形模具，放入超塑成形設備進行超塑 成形/擴散連接，成形工藝條件為溫度910?920℃，成形壓力1.5Mpa；（5）爐冷取件關閉加熱和機床液壓泵，加熱爐自然冷卻，取出零件豎直放入保溫箱內緩冷，成形完畢。所述超塑成形模具的結構是，模具包括（5）個部分，分別是脹芯（3）、脹瓣（4）、外模（5）、套環（6）和托盤（7），其中脹芯（3）為帶圓盤的錐體，脹瓣（4）由中心帶錐孔的圓柱體沿對稱軸切割為（4）瓣或（6）瓣形成，脹芯（3）的錐角與脹瓣（4）中心錐孔的錐角相同，外模（5）為帶內部型腔的圓環，外模（5）沿對稱軸切割為（4）瓣，采用上下兩個套環（6）固定，托盤（7）為一個圓盤，置于脹芯（3）、脹瓣（4）、外模（5）、套環（6）和筒體毛坯的下方。...
【技術特征摘要】
1.一種鈦合金筒形四層結構的超塑成形/擴散連接成形方法，其特征是(1)單筒制備(1.1)制備外筒(8)根據最終成形零件的外形尺寸計算外筒(8)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 2)制備第一個芯筒(9)按照外層筒內徑與第一個芯筒(9)外徑之間間隙為O.的要求，計算第一個芯筒(9)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 3)制備第二個芯筒(10)按照第一個芯筒內徑(9)與第二個芯筒(10)外徑之間間隙為O.的要求，計算第二個芯筒(10)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；(1. 4)制備內筒(11)按照第二個芯筒(10)內徑與內筒(11)外徑之間間隙為O.的要求，計算內筒(11)下料尺寸，按該下料尺寸切割鈦合金板材，將此板材料滾彎成筒形，采用激光焊或氬弧焊對對接縫進行焊接；將焊接好的四個單筒分別裝入相應的熱脹形模具進行熱校形，將各個單筒校形到相應尺寸；(2)筒體止焊劑圖形制備對各個單筒進行表面酸銑處理，將酸銑后的第二個芯筒(10)固定在分度頭工裝上，根據所需立筋數量在第二個芯筒(10)的外...
【專利技術屬性】
技術研發人員：許慧元，邵杰，韓秀全，韓曉寧，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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