[发明专利]一种利用封闭截面管坯制造多层空心结构的方法

说明书

一种利用封闭截面管坯制造多层空心结构的方法，它涉及一种制造多层空心结构的方法，以解决现有的制造多层空心结构的方法中存在的问题，提高多层空心结构的轻量化程度，扩展多层空心结构的应用范围，该方法的主要步骤是：步骤一、结构设计；步骤二、工艺设计；步骤三、预制坯制备，将蒙皮坯料和芯管坯料成形至所需要的蒙皮预制坯和芯管预制坯；步骤四、组装，将成形好的蒙皮预制坯和芯管预制坯按照多层空心结构及分解结构的设计，组装成相应的组装结构；步骤五、连接，通过连接方法将获得的组装结构中的蒙皮预制坯和芯管预制坯相互连接成一个整体连接件。本发明用于多层空心结构制造。

技术领域

本发明涉及一种制造多层空心结构的方法，具体涉及一种采用封闭截面管坯制造多层空心结构的方法。

背景技术

多层空心结构具有质量轻、刚度大等突出优点，在航空航天和国防领域中得到了大量应用。但是，由于多层空心结构具有复杂的截面形状和内部结构，对成形设备、工艺条件以及原材料等提出很高要求，而且生产效率低、成本高，这在很大程度上限制了多层空心结构的广泛应用。

多层空心结构一般分为外层蒙皮和内部夹层两部分，外层蒙皮和内部夹层通过合适的方法连接成整体。外层蒙皮一般是采用薄壁板材，通过模具压制或胀形等方法获得需要的曲面形状，制备方法相对成熟。内部夹层通常为桁架结构或者蜂窝板结构，可以通过机械加工、铸造成形或胶粘等方法来制备。多层空心结构的综合性能不仅依赖于蒙皮和夹层所采用的材料，还取决于内部夹层的具体结构形式以及蒙皮与夹层的连接效果。因此，通过优化夹层结构，提高蒙皮和夹层的加工精度以及保证蒙皮与夹层的连接效果，可以显著提高多层空心结构的质量和性能。

多层空心结构的传统制造方法为：蒙皮和夹层焊接(或铆接)方法。其中，蒙皮采用薄壁板材模具冲压成形，为了得到复杂的外形经常需要将蒙皮分块成形后拼接，导致蒙皮整体性差；夹层采用铸造、机械加工等方法成形，工艺复杂而且结构超重。此外，蒙皮和夹层在焊接、焊后热处理或者铆接过程中容易产生变形，多层空心结构的外形及尺寸精度难以保证。随着多层空心结构对产品性能、轻量化程度等方面要求的提高，传统制造方法已经不能满足实际需要。

目前，在多层空心结构制造领域得到了迅速发展和广泛应用的方法是超塑成形/扩散连接方法，其已经成为推动现代航空航天结构设计概念发展和突破传统钣金成形方法的先进制造技术。超塑性能是指多晶体材料在合适的温度和应变速率下呈现出很高的拉伸应变能力(延伸率超过100％，甚至达到1000％)。超塑成形则是利用材料超塑性能成形复杂大变形零件的一种先进成形方法。扩散连接是在保证不引起被连接工件塑性变形的压力和低于被连接工件熔点的温度条件下，使接触面通过原子间相互固态扩散而形成连接的一种焊接方法。对于某些合金而言，超塑成形和扩散连接的技术条件和工艺参数具有兼容性。把两种工艺组合在一个温度循环中，同时实现成形和连接即超塑成形/扩散连接方法，可制备出利用常规工艺难以制备的复杂形状的整体结构件。

超塑成形/扩散连接方法成形多层空心结构具有以下优点：1)利用材料超塑性能可成形外形很复杂的结构件；2)外层蒙皮和内部夹层整体成形，结构件整体性好；3)连接质量好。扩散连接接头的显微组织和性能与母材接近或相同；4)零件变形小。零件多数是整体加热，随炉冷却，零件整体变形很小；5)可加工大型零件。成形和焊接压力较低，在加工大型零件时所需设备的吨位不高，易于实现。