[发明专利]一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形装置，包括容器，容器内设置有筋肋板和型芯，容器包括顶板、包套和底板，包套呈顶端和底端开口的筒状，包套的顶端与顶板密封连接，包套的底端与底板密封连接，型芯用于支撑筋肋板；型芯与包套之间形成有成形腔，顶板上还设置有与成形腔连通的通孔。一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形方法，制备容器、筋肋板和型芯，向成形腔中加入粉末后，将容器整体进行升温、抽真空，然后放入热等静压炉内在高温高压环境下进行成形，最后去除容器和型芯。本发明能够实现高性能带筋肋薄壁结构的整体成形。

技术领域

本发明涉及航空器材制造技术领域，特别是涉及一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形装置及方法。

背景技术

航空航天技术的发展对复杂薄壁粉末结构提出了越来越强烈的需求。设计方面，为了满足苛刻的服役环境要求，且尽量降低飞行器重量，钛合金、铝合金、镁合金等得到了广泛的应用，且构件结构设计成整体高筋薄壁形状，对性能也提出了更高要求。制备方面，大尺寸薄壁结构采用常规铸造及锻造方法制备难以满足成型工艺、服役性能及降低成本的要求。因此如何整体成形高性能带筋肋薄壁结构成为了一个关键技术问题。

目前成形带筋肋薄壁件主要采用高品质合金通过锻造变形、机加工，然后通过电子束焊接工艺进行连接，该工艺路线采用机械加工或者自由锻的方法都会导致大量材料的浪费，且构件肥大，难以实现航空构件中对轻质量的要求，焊接导致变形量大、上下型面超差，无法满足连接和安装，而且抗疲劳能力较差，达不到理想力学性能，难以满足飞机使用要求。另外还可以采用铸造的方法，但是大型薄壁结构件在铸造时，铸件与铸型之间容易发生界面反应，同时，还会出现许多常见的铸造缺陷，这些缺陷包括气孔、缩孔(缩松)、夹杂、裂纹、粘砂、毛刺、冷阳(流浪)、跑火、浇不足和偏析等内部和表面质量问题。这些缺陷的存在，削弱了材料的力学性能，限制了钛合金构件在新一代航空飞行器上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现高性能带筋肋薄壁结构的整体成形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形装置，包括容器，所述容器内设置有筋肋板和型芯，所述容器包括顶板、包套和底板，所述包套呈顶端和底端开口的筒状，所述包套的顶端与所述顶板密封连接，所述包套的底端与所述底板密封连接，所述顶板的底面对应所述型芯的顶端设置有第三凹槽，所述型芯的顶端与所述第三凹槽卡合，所述底板的顶面对应所述型芯的底端设置有第二凹槽，所述型芯的底端与所述第二凹槽卡合，所述型芯用于支撑所述筋肋板；所述型芯与所述包套之间形成有成形腔，所述顶板上还设置有与所述成形腔连通的通孔。

优选的，所述型芯包括若干个依次连接的型芯模具，任意相邻的两个所述型芯模具之间夹设有一个所述筋肋板。

优选的，在任意相邻的两个所述型芯模具中，一个所述型芯模具上设置有凸台，另一个所述型芯模具上对应所述凸台设置有第一凹槽，所述凸台与所述第一凹槽卡合。

优选的，所述型芯模具为三个，分别为第一型芯模具、第二型芯模具和第三型芯模具；所述通孔为两个。

本发明还提供一种薄壁件内部多层筋肋粉固耦合成形方法，包括以下步骤：

(1)加工制备待成形的薄壁件内部的筋肋板；

(2)加工制备用于支撑所述筋肋板的型芯，所述型芯的形状还需与待成形的薄壁件的内腔的形状、大小一致；

(3)对所述筋肋板和所述型芯模具预先进行清洗检查；

(4)将所述筋肋板通过凸台凹槽结构和所述型芯中的型芯模具装配在一起；

(5)加工制备包套，所述包套的尺寸根据待成形的薄壁件的外部尺寸确定；

(6)加工制备顶板和底板；