CN110625344B - 一种不等壁厚曲面构件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种不等壁厚曲面构件的制造方法，包括：建立曲面构件的三维模型，并对需加工处的位置按照加工余量进行尺寸累加，以形成待分解三维模型；将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块；根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯；将平面毛坯放入热成形模具上进行预热，并通过压力机进行压合，以形成曲面毛坯；对曲面毛坯进行精加工以形成曲面构件成品。本发明通过一次热成形来实现不等壁厚曲面构件的成形，缩短了构件的研制工艺，从而降低研制成本，且热成形兼有去应力的作用，不必再进行热处理。

Description

一种不等壁厚曲面构件的制造方法
技术领域
本发明涉及曲面构件加工制造技术领域，特别是涉及一种不等壁厚曲面构件的制造方法。
背景技术
近年来复杂结构的钛合金构件应用较多，零部件类型不再限于单纯的钣金件和机加件，有的零部件同时具有钣金件和机加件的特点。例如用于航空航天领域飞行器的某种钛合金曲面零件，其四边为厚度较大、且不等厚的边框，中间为带有筋条结构的蒙皮，这种结构目前采用的制造方法是，先将零件按结构进行拆分，然后分别通过热成形、外形粗加工、组合拼焊、热处理及精加工等工序以形成构件成品。
上述制造方法中，首先要解决分别热成形的零件的精度匹配问题，因为中间薄壁部分的成形精度与大厚度边框成形精度存在差异，实际工作中常出现的一个问题是，不同厚度的成形件开口尺寸不匹配导致无法焊接或装配。另外，该结构的构件边框与蒙皮部分的对接大多是不均匀壁厚，给焊接带来困难，需要对模型进行等厚处理才能保证焊接质量。第三个问题是，焊接后为了保证零件型面精度及焊缝的性能，还要对焊接后的毛坯进行热处理。以上的问题导致该型构件研制成本高昂，研制周期长，同时，不同成形件的匹配精度不易保证。
发明内容
本发明实施例提供了一种不等壁厚曲面构件的制造方法，通过一次热成形来实现不等壁厚曲面构件的成形，缩短了构件的研制工艺路线，从而降低研制成本，同时可减小多次热成形及组合拼焊的技术风险，为不等壁厚曲面构件提供了新的技术途径。
本发明的实施例提出了一种不等壁厚曲面构件的制造方法，该制造方法包括：
建立曲面构件的三维模型，并对需加工处的位置按照加工余量进行尺寸累加，以形成待分解三维模型；
将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块；
根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯；
将平面毛坯放入热成形模具上进行预热，并通过压力机进行压合，以形成曲面毛坯；
对曲面毛坯进行精加工以形成曲面构件成品。
进一步地，在将待分解三维模型展开形成待分解平面模型时，以待分解三维模型的外曲面为曲面片体、以垂直曲面片体中分面的平面为展开平面，将待分解三维模型展开形成待分解平面模型。
进一步地，所述将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块的步骤，具体包括：
将待分解三维模型展开形成待分解平面模型；
在待分解平面模型上设计各个厚度不等的实体模块进行组焊时的焊接定位孔，及平面毛坯进行热成形时的热压定位孔；
将待分解平面模型按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块。
进一步地，在所述根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯的步骤之前，所述制造方法还包括：
对每个数据模块与相邻的数据模块连接的对接边设计对接结构。
进一步地，所述对接结构具体为该数据模块的对接边预留与每个相邻的数据模块厚度相同的焊接部位。
进一步地，若同一数据模块上存在拐角时，则将该拐角设计为U型。
进一步地，各个实体模块的焊接边的焊缝不大于0.1mm。
综上，本发明通过对曲面构件平面展开，拆分形成不等壁厚的实体模块，再进行拼焊以形成不等壁厚的平面毛坯，然后整体热成形，有效解决了不等壁厚的实体模块分别进行热成形时型面精度不匹配的问题，具有以下优点：
(1)缩短了曲面构件的研制工艺路线，有效减少了热成形、焊接、热处理的工序及工装费用，显著降低了曲面构件的研制成本；
(2)通过该方法制得的构件，外形精度高，避免了多个零部件成形或机加工后再进行组焊引起的装配协调及二次变形的问题，且焊接后的热成形也兼有去应力的作用，因此热成形之后不必再进行热处理；
(3)不等壁厚的实体模块采用平板组焊的方式，相比较弯曲的零部件之间的焊接方式，具有工装结构简单、焊缝质量易于保证的优点；
(4)此外，采用该方法制得的整流蒙皮，其蒙皮网格区域进行化铣时采用成形后不同壁厚的边框的内边缘进行定位，简单准确，易于保证化铣筋条的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种不等壁厚曲面构件的制造方法的流程图。
图2是采用本发明方法制造整流蒙皮的流程示意图。
图3是图2中数据模块的示意图。
图4是图3中侧边框、前边框和蒙皮之间的对接结构。
图5是图3中侧边框、后边框和蒙皮之间的对接结构。
图中：
11-中间蒙皮；12-侧边框；121-对接部位A；13-前边框；131-对接部位B；14-后边框；141-对接部位C；15-热压定位孔；16-焊接定位孔；17-U型拐角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种不等壁厚曲面构件的制造方法的流程图，如图1所示，该制造方法包括以下步骤S100~步骤S500：
步骤S100，建立曲面构件的三维模型，并对需加工处的位置按照加工余量进行尺寸累加，以形成待分解三维模型。
本步骤中，采用CAD，UG，PRO/E，Solidworks，或3DMAX等软件来建立曲面构件的三维模型。其中，对需加工处的位置按照加工余量进行尺寸累加的目的是为了，便于该位置有足够的尺寸进行后续的加工。
步骤S200，将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块。
进一步需要说明的是，所述将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块的步骤，具体包括：
步骤S201，将待分解三维模型展开形成待分解平面模型。
本步骤中，在将待分解三维模型展开形成待分解平面模型时，以待分解三维模型的外曲面为曲面片体、以垂直曲面片体中分面的平面为展开平面，将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，可以是得到的平面模型更精确。
步骤S202，在待分解平面模型上设计各个厚度不等的实体模块进行组焊时的焊接定位孔，及平面毛坯进行热成形时的热压定位孔。
本步骤中，设置热压定位孔、及焊接定位孔的目的是为了后续加工工序中的定位，以确保得到更精确的加工精度。
步骤S203，将待分解平面模型按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块。
作为一种优选实施方式，本步骤中，若同一数据模块上存在拐角时，则将该拐角设计为U型，该U型拐角的作用是便于后续厚度不等的实体模块之间焊接时的定位。
步骤S300，根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯。
进一步地需要说明的是，在所述根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯的步骤之前，所述制造方法还包括：
对每个数据模块与相邻的数据模块连接的对接边设计对接结构。
本步骤中，该对接结构的作用是为了便于后续焊接工序中，厚度不等的实体模块之间的焊接。
进一步地，所述对接结构具体为该数据模块的对接边预留与每个相邻的数据模块厚度相同的焊接部位，这样使得后续相邻的实体模块之间的焊缝处于同一平面上，便于去除焊接后焊缝处凸出该平面的部位。
具体的，本步骤中，各个实体模块的焊接边的焊缝不大于0.1mm。通过加工结果的组装试验可以看到，由于各个实体模块均是平板状结构，进行加工时，加工的精度很容易保证，加工后各个实体模块的毛坯无需钳修即可达到激光焊对接边的接头缝隙精度。
步骤S400，将平面毛坯放入热成形模具上进行预热，并通过压力机进行压合，以形成曲面毛坯。
本步骤中，根据不同平面毛坯选用的材质来设置预热时间，以及设置压力机的压力和保压时间，以确保压合后形成合格的曲面毛坯。
步骤S500，对曲面毛坯进行精加工以形成曲面构件成品。
本步骤中，根据该曲面构件的装配尺寸，对曲面毛坯进行精加工。
综上，本发明通过对曲面构件平面展开，拆分形成不等壁厚的实体模块，再进行拼焊以形成不等壁厚的平面毛坯，然后整体热成形，有效解决了不等壁厚的实体模块分别进行热成形时型面精度不匹配的问题，具有以下优点：
(1)缩短了曲面构件的研制工艺路线，有效减少了热成形、焊接、热处理的工序及工装费用，显著降低了曲面构件的研制成本；
(2)通过该方法制得的构件，外形精度高，避免了多个零部件成形或机加工后再进行组焊引起的装配协调及二次变形的问题，且焊接后的热成形也兼有去应力的作用，因此热成形之后不必再进行热处理；
(3)不等壁厚的实体模块采用平板组焊的方式，相比较弯曲的零部件之间的焊接方式，具有工装结构简单、焊缝质量易于保证的优点。
请参阅图2，为本发明采用上述制造方法制造整流蒙皮的流程示意图。
请参阅图3，该整流蒙皮的平面模型分解成的数据模块包括中间蒙皮11，位于所述中间蒙皮11两侧的侧边框12，及位于所述中间蒙皮11两端的前边框13和后边框14，其中，
所述侧边框12和后边框14的厚度相同，且厚度大于所述前边框13的厚度，所述前边框13的厚度大于所述中间蒙皮11的厚度。
需要说明的是，该整流蒙皮采用TA15钛合金制成，即通过数控机床加工15mm厚的板材及4mm厚的板材。具体的，所述侧边框12和后边框14的厚度为15mm，所述前边框13的厚度为9mm，所述中间蒙皮11的厚度为4mm。
进一步需要说明的是，所述前边框13、后边框14的外侧边缘上分别设有一个热压定位孔15，所述前边框13、后边框14及侧边框12的两端分别设有一个焊接定位孔16，且在所述后边框14及侧边框12的拐角处设有U型拐角17。
请参阅图4，在所述侧边框12与前边框13的连接端中，所述侧边框13的内侧边的底部留有9mm及4mm厚的对接部位A 121，所述前边框13的内侧边留有4mm厚的对接部位B 131，以便相互之间通过激光焊接方式进行焊接。
请参阅图5，在所述后边框14与侧边框12的连接侧边中，所述后边框14的两端内侧边的底部留有15mm及4mm厚的对接部位C 141，所述侧边框的内侧边留有4mm厚的对接部位121，以便相互之间通过激光焊接方式进行焊接。
具体的，在进行热成形压合时，先在热成形模具中预热30min至60min，然后开启压力机进行压合，压力机的压力为60t~120t，保压时间不少于30min。
进一步地，当对该整流蒙皮的曲面毛坯的内型面进行化铣时，通过所述侧边框12、前边框13和后边框14分别靠近所述中间蒙皮11的内边缘进行定位，简单准确，易于保证化铣筋条的精度。
需要说明的是，通过对所述中间蒙皮11的区域进行化铣，具体采用的是胶体保护非化铣区域、样板定位化铣位置，然后使用强酸去除多余厚度的化铣工艺。该工艺区别于其他化铣工艺的是化铣样板为成形后毛坯中间的净尺寸，样板与曲面毛坯采用边框的内边缘进行定位。化铣后对曲面毛坯的厚边框进行五轴数控加工边框余量，得到最终的零件。
需要说明的是，采用该方法制得的整流蒙皮，其蒙皮网格区域进行化铣时采用成形后不同壁厚的边框的内边缘进行定位，简单准确，易于保证化铣筋条的精度。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，该制造方法包括：
建立曲面构件的三维模型，并对需加工处的位置按照加工余量进行尺寸累加，以形成待分解三维模型；
将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块；
根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯；
将平面毛坯放入热成形模具上进行预热，并通过压力机进行压合，以形成曲面毛坯；
对曲面毛坯进行精加工以形成曲面构件成品。
2.根据权利要求1所述的不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，在将待分解三维模型展开形成待分解平面模型时，以待分解三维模型的外曲面为曲面片体、以垂直曲面片体中分面的平面为展开平面，将待分解三维模型展开形成待分解平面模型。
3.根据权利要求1所述的不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，所述将待分解三维模型展开形成待分解平面模型，并按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块的步骤，具体包括：
将待分解三维模型展开形成待分解平面模型；
在待分解平面模型上设计各个厚度不等的实体模块进行组焊时的焊接定位孔，及平面毛坯进行热成形时的热压定位孔；
将待分解平面模型按照不同的厚度进行拆分，以形成厚度不等的数据模块。
4.根据权利要求1所述的不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，在所述根据数据模块的尺寸加工形成对应的实体模块，并采用熔焊方法将厚度不等的实体模块组焊在一起，以形成不等壁厚的平面毛坯的步骤之前，所述制造方法还包括：
对每个数据模块与相邻的数据模块连接的对接边设计对接结构。
5.根据权利要求4所述的不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，所述对接结构具体为该数据模块的对接边预留与每个相邻的数据模块厚度相同的焊接部位。
6.根据权利要求4所述的不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，若同一数据模块上存在拐角时，则将该拐角设计为U型。
7.根据权利要求3所述的不等壁厚曲面构件的制造方法，其特征在于，各个实体模块的焊接边的焊缝不大于0.1mm。
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