[发明专利]一种超塑成形/扩散连接三层空心构件制备方法

说明书

本发明提供了一种超塑成形/扩散连接三层空心构件制备方法，在利用超塑成形/扩散连接工艺制备三层空心构件的过程中，结合硬包套工艺设计方法和变温过程控制方法进行成形。本发明针对三层空心构件，提出结合硬包套工艺设计方法和变温过程控制方法，实现了减小三层空心构件在成形过程中表面沟槽的产生。主要改进点是采用硬包套成形的方法，使硬包套在成形过程中始终与面板保持接触，高温条件下提供足够的表面摩擦力和协调面板的变形速率，使内部加强筋成形过程中对面板的拉应力不足以使面板产生变形。另外，成形过程中通过变温控制实现成形速率的控制，可有效减小成形零件表面沟槽的产生，增加了三层空心构件的设计范围，减少了化铣工序，提高材料利用率。

技术领域

本发明涉及空心构件制造技术领域，特别是涉及一种超塑成形/扩散连接三层空心构件制备方法。

背景技术

超塑成形/扩散连接（Superplastic Forming and Diffusion Bonding 简称SPF/DB）技术是把超塑成形与扩散连接结合起来的一种近无余量成形技术，它的深入发展及广泛应用对现代航空航天结构的设计和制造产生了重大影响。SPF/DB技术制造出的飞行器整体结构件，不仅能满足设计上的要求，如质量轻、刚性大；而且也能满足工艺上的要求，简化零件制造过程和构件的装配过程，缩短制造周期、减少手工劳动量和降低成本。SPF/DB空心结构件在减轻飞行器质量、降低生产成本方面显示出了巨大的优越性，广泛应用于飞机、航空发动机、导弹、航天器等部件。

SPF/DB整体构件中按所用板材层数分为单层、两层、三层和四层等常规工艺结构，其中三层结构制造过程中，根据构件加强要求的形式将正反面涂有止焊剂的内层芯板与上下两张面板先进行封边焊接，然后面板和芯板在一定温度和压力条件下进行扩散连接，最后在超塑成形温度和压力下，完成面板外形的成形，同时芯板完成加强筋的成形。较单层、两层和四层结构，三层结构的应用较少，主要原因是由于三层结构容易产生表面沟槽，现有技术中通过增加面板厚度完成成形后再去除面板多余的厚度而满足设计要求，这致使材料的浪费及工序增加。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种可以减小表面沟槽产生的超塑成形/扩散连接三层空心构件制备方法。

本发明提供了一种超塑成形/扩散连接三层空心构件制备方法，在利用超塑成形/扩散连接制备三层空心构件的过程中，结合硬包套工艺设计方法和变温过程控制方法进行成形。

进一步地，所述的三层空心构件制备方法包括：

1）选取芯板和面板，并对其表面进行除油清洗，确保表面光洁；

2）在芯板的表面上涂敷止焊剂，并放置于两张面板之间，再将两张包套分别放置于面板的外侧，形成五层板材；

3）对五层板材进行封边焊接，并留有气道，且在气道处与通气管焊接；

4）检测密封板坯的密封性后，将密封板加热至扩散连接温度，并对密封板外表面施加压力，使面板与芯板实现扩散连接；

5）对芯板与两侧面板之间通入惰性气体使面板发生变形，并控制温度使面板和芯板缓慢变形；

6）成形完毕后，去掉包套，最终获得所设计的三层空心结构件的外形尺寸。

本发明针对超塑成形/扩散连接三层空心构件，尤其是三层钛合金空心结构制造过程中的表面沟槽缺陷，提出结合硬包套工艺设计方法和变温过程控制方法，实现了减小三层空心构件在成形过程中表面沟槽的产生。主要改进点是采用硬包套成形的方法，使硬包套在成形过程中始终与面板保持接触，由于高温条件下，金属表面具有黏塑性，互相之间存在较大的摩擦力，另外，具有较大变形抗力的硬包套可协调面板不同区域的变形速率，从而使内部加强筋成形过程中对面板的拉应力不足以使面板产生变形。同时，通过变温控制对成形过程中的温度进行有效控制，实现对成形速率的控制，从而可有效减小成形零件表面沟槽的产生，增加了三层空心构件的设计范围，减少了化铣工序，提高材料利用率。