CN105149874A - 一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法，属于整体成形技术领域，克服了热成形/点焊方法引起的焊接变形以及两层板超塑成形/扩散连接整体成形的扩散质量难以控制等问题。该方法通过热成形工艺形成蒙皮面板、加强筋面板及剥离面板，制备用于止焊剂涂覆的划线样板，在三层面板上划气管槽位置，并在蒙皮面板内侧、加强筋面板外侧按样板形状划出止焊剂涂覆区域。向剥离面板与加强筋面板间通氩气，完成蒙皮面板与加强筋面板的扩散连接；向蒙皮面板与加强筋面板间通氩气实现加强筋的超塑成形。本发明提出采用三层板超塑成形/扩散连接的整体成形方法，实现了一次整体成形带加强筋结构钛合金蒙皮。
Description
技术领域
本发明属于整体成形技术领域，涉及一种钛合金舱体大蒙皮复合成形方法，该复合精密成形方法适合于钛合金多层板复杂形状舱体大蒙皮的精密成形方法，更具体指的是带有加强筋结构的复杂形状蒙皮。
背景技术
对于带有加强筋的曲面类舱体蒙皮零件，目前国内的常规加工方法是分别热成形曲面类蒙皮及加强筋后点焊连接形成整体类零件，或者通过两层板超塑成形/扩散连接整体成形。热成形+点焊方法的缺点在于点焊加强筋后蒙皮型面变形较大，室温无法消除，且整体热校形实现较困难。对于超塑成形/扩散连接来说，若仅依靠机械压力作为扩散压力来源，由于成形工装间的精密耦合难以实现，扩散焊接质量较差；而采用机械压力与气体压力进行扩散连接，则必须保证模具与板料间的良好密封，由于蒙皮外形拔模角度较小，工装合模时密封效果难以保证，容易导致扩散焊接过程失败。需要提出一种整体成形方法，来加工带加强筋结构的钛合金蒙皮，以避免上述问题的发生。
发明内容
本发明解决的技术问题是提出了一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法，即一种采用三层板超塑成形/扩散连接的成形方法，用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形，克服了热成形/点焊方法引起的焊接变形以及两层板超塑成形/扩散连接整体成形的扩散质量难以控制等问题。该复合精密成形方法适合于钛合金多层板复杂形状舱体大蒙皮的精密成形方法。
本发明的技术方案是：一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法,步骤如下:
1)形成成形坯料,剥离面板、加强筋面板及蒙皮面板三者外形一致；
2)制备用于止焊剂涂覆的划线样板，划线样板的外形和成形坯料外形完全一致，划线样板与舱体蒙对应的加强筋所在区域为镂空；
3)将划线样板分别与剥离面板、加强筋面板及蒙皮面板对齐，进行四周固定，划线样板镂空区域的加强筋面板外弧面侧，划线样板镂空区域的蒙皮面板内弧面侧，对镂空区域的边界进行划线；并且在三层面板之间的气管槽位置进行划线；
4)按气管槽划线位置机加出气管槽，管槽深度不超过板料厚度的一半；
5)酸洗三件面板，去除表面的油污和杂质，并对酸洗后的表面风干；
6)在加强筋面板、蒙皮面板划线的区域内的止焊剂涂覆区域涂覆止焊剂；并且在三层面板之间的气管槽位置，涂覆止焊剂；并且将剥离面板两侧、加强筋面板内弧面侧及蒙皮面板外弧面侧的除四周的封焊区域外的区域上涂覆止焊剂；
7)将已涂覆止焊剂的三层面板进行对齐固定定位；
8)进行三层面板四周封焊；
9)在通气管槽位置处焊接通气管；
10)凸模凹模内腔涂覆止焊剂，将封焊好的剥离面板、加强筋面板及蒙皮面板放置在凸模、凹模内；其中的凸模凹模与舱体蒙皮的弧度和外形相同，凸模上具有与加强筋的位置、形状、大小相同的凹槽；
11)安装管路，装卡凸模、凹模，放入炉内，关炉门升温；
12)凸模、凹模升温至温度920℃±20℃时，加压，向剥离面板与加强筋面板间通氩气，保压1小时，进行蒙皮面板与加强筋面板的扩散焊接，剥离面板超塑成形；之后向蒙皮面板与加强筋面板间通入氩气，保压0.2小时，加强筋面板超塑成形；
13)扩散焊接和超塑成形后，停止加热，于蒙皮面板与加强筋面板间继续通入氩气，直至冷却至200℃；
14)取出零件，空冷；
15)清除零件表面，去除剥离面板。
通过热成形工艺形成用于超塑成形/扩散连接的蒙皮面板、加强筋面板及剥离面板，制备用于止焊剂涂覆的划线样板，在三层面板上划气管槽位置，并在蒙皮面板内侧、加强筋面板外侧按样板形状划出止焊剂涂覆区域。按气路划线位置机加出通气和出气管槽位置。酸洗三件面板，按划线位置于涂止焊剂。氩弧焊封焊三层板，并焊接通气嘴。入炉升温加压，向剥离面板与加强筋面板间通氩气，完成蒙皮面板与加强筋面板的扩散连接；向蒙皮面板与加强筋面板间通氩气实现加强筋的超塑成形。零件取出后，机加去除余量，去除剥离面板，最终获得精密成形的带加强筋结构钛合金蒙皮零件。
本发明的技术效果是：
本发明专利提出采用三层板超塑成形/扩散连接的整体成形方法，实现了一次整体成形带加强筋结构钛合金蒙皮，有效避免热成形/点焊方法引起的焊接变形以及两层板超塑成形/扩散连接整体成形带来的扩散质量难以控制等问题。
附图说明
图1a、1b、1c分别是本发明蒙皮类零件结构的俯视图、主视图、左视图。
图2是本发明的方法终得止焊剂涂敷区域示意图(阴影部分)。
图3是本发明蒙皮面板与加强筋面板扩散焊接过程示意图。
图4是本发明加强筋面板超塑成形过程示意图。
其中，1为舱体蒙皮，2为加强筋，3为非扩散焊区域，4为扩散焊区域，5为剥离面板，6为加强筋面板，7为蒙皮面板，8为(超塑成形/扩散连接)凸模，9为(超塑成形/扩散连接)凹模。
具体实施方式
下面结合图1a、图1b、图1c、图2、图3、图4对本发明做进一步说明：
本发明一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法,包括以下步骤:
1)通过热成形工艺，形成成形坯料,即剥离面板5、加强筋面板6及蒙皮面板7,三者外形一致。
2)根据零件加强筋在蒙皮上的位置，制备用于止焊剂涂覆的划线样板，样板的外形和成形坯料外形完全一致。样板与舱体蒙对应的加强筋所在区域为镂空。
3)将划线样板分别与剥离面板5、加强筋面板6及蒙皮面板7对齐，用弓形钳进行四周固定，划线样板镂空区域的加强筋面板6(所在加强筋区域)外弧面侧，划线样板镂空区域的蒙皮面板7(所在加强筋区域)内弧面侧，进行镂空区域的边界进行划线，边界内作为止焊剂涂覆区域；并且在三层面板之间的气管槽位置进行划线。用于气管槽的两路气管：一路是位于加强筋面板6和蒙皮面板7之间，另一路是位于剥离面板5和加强筋面板6之间，两路气管一端连通外部，另一端连通位于加强筋所在区域。
4)按气管槽划线位置机加出气管槽，管槽深度不超过板料厚度的一半。
5)酸洗三件面板，去除表面的油污和其他杂质，并用吹风机对酸洗后的表
面进行快速风干。
6)在加强筋面板6、蒙皮面板7划线的区域内的止焊剂涂覆区域涂覆止焊剂；并且在三层面板之间的气管槽位置，涂覆止焊剂；并且将剥离面板5内外两面、加强筋面板6内弧面侧及蒙皮面板7外弧面侧的除四周的封焊区域外的区域涂覆止焊剂处理。四周的封焊区域用于将剥离面板5、加强筋面板6四周进行焊接，加强筋面板6、蒙皮面板7四周进行焊接，形成气密空间。
7)将已涂覆止焊剂的三层面板用弓形钳进行对齐固定定位，防止错位。
8)采用氩弧焊焊接的方法进行三层面板四周封焊，形成一个封焊整体。在焊接的过程中需要进行背气保护。
9)在通气管槽位置处焊接通气管。
10)凸模8、凹模9与舱体蒙皮的弧度和外形相同，凸模8上具有与加强筋的位置、形状、大小相同的凹槽；凸模8、凹模9内腔涂覆止焊剂，将封焊好的剥离面板5、加强筋面板6及蒙皮面板7放置在凸模8、凹模9内，注意避免凸模8、凹模9将通气管压坏。
11)安装气管，装卡凸模8、凹模9，放入炉内，关炉门升温。
12)凸模8、凹模9升温至温度920℃±20℃时，加压，向剥离面板5与加强筋面板6间通0.5MPa氩气，保压1小时，进行蒙皮面板7与加强筋面板6的扩散连接，蒙皮面板7与加强筋面板6焊接在一起，剥离面板5所在加强筋区域超塑成形，形成加强筋空腔；向蒙皮面板7与加强筋面板6间通入氩气(通1.5MPa氩气)，保压0.2小时，加强筋面板6的超塑成形，实现加强筋面板6形成加强筋。
13)扩散焊接和超塑成形后，停止加热，于蒙皮面板7与加强筋面板6间继续通入0.05MPa氩气，直至冷却至200℃。
14)取出零件，空冷。
15)清除零件表面。
16)去除剥离面板5，最终获得带加强筋结构钛合金蒙皮零件。
Claims (1)
1.一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法,其特征在于，该方法的步骤如下:
1)形成成形坯料,剥离面板(5)、加强筋面板(6)及蒙皮面板(7)三者外形一致；
2)制备用于止焊剂涂覆的划线样板，划线样板的外形和成形坯料外形完全一致，划线样板与舱体蒙对应的加强筋所在区域为镂空；
3)将划线样板分别与剥离面板(5)、加强筋面板(6)及蒙皮面板(7)对齐，进行四周固定，划线样板镂空区域的加强筋面板(6)外弧面侧，划线样板镂空区域的蒙皮面板(7)内弧面侧，对镂空区域的边界进行划线；并且在三层面板之间的气管槽位置进行划线；
4)按气管槽划线位置机加出气管槽，管槽深度不超过板料厚度的一半；
5)酸洗三件面板，去除表面的油污和杂质，并对酸洗后的表面风干；
6)在加强筋面板(6)、蒙皮面板(7)划线的区域内的止焊剂涂覆区域涂覆止焊剂；并且在三层面板之间的气管槽位置，涂覆止焊剂；并且将剥离面板(5)内外两面、加强筋面板(6)内弧面侧及蒙皮面板(7)外弧面侧的除四周的封焊区域外的区域上涂覆止焊剂；
7)将已涂覆止焊剂的三层面板进行对齐固定定位；
8)进行三层面板四周封焊；
9)在通气管槽位置处焊接通气管；
10)凸模(8)、凹模(9)内腔涂覆止焊剂，将封焊好的剥离面板(5)、加强筋面板(6)及蒙皮面板(7)放置在凸模(8)、凹模(9)内；其中的凸模(8)凹模(9)与舱体蒙皮的弧度和外形相同，凸模(8)上具有与加强筋的位置、形状、大小相同的凹槽；
11)安装管路，装卡凸模(8)、凹模(9)，放入炉内，关炉门升温；
12)凸模(8)、凹模(9)升温至温度920℃±20℃时，加压，向剥离面板(5)与加强筋面板(6)间通氩气，保压1小时，进行蒙皮面板(7)与加强筋面板(6)的扩散焊接，剥离面板(5)超塑成形；之后向蒙皮面板(7)与加强筋面板(6)间通入氩气，保压0.2小时，加强筋面板(6)超塑成形；
13)扩散焊接和超塑成形后，停止加热，于蒙皮面板(7)与加强筋面板(6)间继续通入氩气，直至冷却至200℃；
14)取出零件，空冷；
15)清除零件表面，去除剥离面板(5)。
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