一種輕量化蒙皮骨架彈翼整體擴散連接成形方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于精密成形技術領域，具體涉及一種輕量化蒙皮骨架彈翼零件整體擴散連接方法。
【背景技術】
[0002]輕量化結構在航天航空領域得到越來越廣泛的應用，傳統(tǒng)彈翼零件大多采用蒙皮骨架結構，但此類鈦合金彈翼零件制造過程為:骨架機械加工，蒙皮冷折彎成形，蒙皮周邊與骨架焊接，蒙皮與骨架筋條部位點焊。但由于點焊工藝性，骨架筋條寬度受到限制，筋條寬度至少10_，影響彈翼零件的重量。而其它輕量化彈翼零件結構形式如超塑成形擴散連接結構，雖然能取得很好的減重效果，但由于工藝難度比較大，產(chǎn)品合格率低和生產(chǎn)效率低等方面的因素，沒有在航空航天領域得到大批量使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種蒙皮骨架整體擴散連接結構彈翼，此種彈翼結構形式可以將骨架筋條分布根據(jù)最大承力效果進行設計，骨架內(nèi)部筋條寬度可以設計為更窄的筋條形式(2-4)_，這樣能夠大大減輕彈翼重量，將蒙皮與骨架實現(xiàn)擴散連接后能夠形成符合使用要求的輕量化彈翼零件。
[0004]本發(fā)明解決的技術問題是鈦合金輕量化彈翼零件整體擴散連接方法，彈翼零件設計為蒙皮骨架結構，骨架筋條依據(jù)高度方面上不產(chǎn)生失穩(wěn)的原則，寬度方向上可以設計的盡量窄，骨架上留有通氣孔并與通氣管路連接。蒙皮與骨架裝備合適后周邊用電子束進行焊接，形成密閉空腔。蒙皮骨架坯料裝入模具，放入熱成形設備進行升溫。到達設定溫度后合模并加載合適壓力，蒙皮與骨架接觸加壓一定時間實現(xiàn)擴散連接，在此過程中為了防止蒙皮塌陷在零件內(nèi)部加載氣壓。零件擴散連接完成后開始降溫，降溫后取出零件。
[0005]具體技術流程如下:
[0006](I)蒙皮零件下料，折彎成形符合型面要求的零件。
[0007](2)骨架鑄造后根據(jù)設計模型進行機加，骨架在翼根處設計有通氣孔。
[0008](3)對骨架和蒙皮需要進行擴散連接的部位進行拋光，要求表面粗糙度至少3.2。
[0009](4)將蒙皮周邊與骨架下陷部位進行電子束焊接，內(nèi)部形成密閉空腔，在成形過程中可以從通氣孔對蒙皮內(nèi)部加載氣壓。
[0010](5)將封焊好的蒙皮骨架零件表面噴涂防氧化劑，與擴散連接模具進行合理裝配，并放入設備進行升溫。
[0011](6)到達設定溫度后合模加載壓力，蒙皮與骨架接觸處進行擴散連接，為防止壓縮量過大影響零件尺寸，在上下模具之間可以設置合理厚度的限位塊。為防止擴散連接過程中蒙皮軟化塌陷，在蒙皮內(nèi)層通過進行孔加載氬氣。
[0012](7)經(jīng)過一定的時間零件擴散連接完成后降溫，到達合理溫度取出零件，并放入下一個彈翼零件進行成形。
[0013]所述輕量化彈翼零件骨架改進了筋條尺寸，筋條在受壓不失穩(wěn)的前提下，寬度可以設計為(2-5) mm。
[0014]所述合模噸位可以通過單位壓力及蒙皮與骨架的擴散連接面積計算得到，TA15鈦合金彈翼為例參數(shù)如下:溫度為(925±5) °C，單位面積壓力為(8-10)Mpa，擴散連接時間大約為 120min。
[0015]所述內(nèi)部氣壓加載可以控制在(0.1-0.2)Mpa，并在擴散連接完成后卸載氣壓加載。
[0016]有益效果
[0017](I)能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸彈翼零件蒙皮骨架整體擴散連接，提供了技術方案和完善工藝流程。
[0018](2)相比傳統(tǒng)骨架蒙皮點焊結構彈翼大大減輕的彈翼重量。蒙皮與骨架的連接形式由點接觸變?yōu)槊孢B接，增大了彈翼承力能力。
[0019](3)相比超塑成形擴散連接結構彈翼，工藝流程更加簡單，提高了產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所要成形的輕量化蒙皮骨架整體擴散連接零件；
[0021 ]圖2為彈翼零件蒙皮與骨架示意圖；
[0022]圖3為骨架示意圖；
[0023]圖4為整體擴散連接骨架彈翼模具示意圖。
[0024]圖中:1一蒙皮，2-骨架，3-通氣孔，4-骨架筋條，5-彈翼整體擴散連接模具、6-蒙皮骨架整體擴散連接彈翼。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。本發(fā)明提供的輕量化蒙皮骨架彈翼零件整體擴散連接方法，包括以下步驟:
[0026](I)蒙皮零件下料，折彎成形符合型面要求的零件。
[0027](2)骨架鑄造后根據(jù)設計模型進行機加，骨架在翼根處設計有通氣孔。
[0028](3)對骨架和蒙皮需要進行擴散連接的部位進行拋光，要求表面粗糙度至少3.2。
[0029](4)將蒙皮周邊與骨架下陷部位進行電子束焊接，內(nèi)部形成密閉空腔，在成形過程中可以從通氣孔對蒙皮內(nèi)部加載氣壓。
[0030](5)將封焊好的蒙皮骨架零件表面噴涂防氧化劑，與擴散連接模具進行合理裝配，并放入設備進行升溫。
[0031](6)到達設定溫度后合模加載壓力，蒙皮與骨架接觸處進行擴散連接，為防止壓縮量過大影響零件尺寸，在上下模具之間可以設置合理厚度的限位塊。為防止擴散連接過程中蒙皮軟化塌陷，在蒙皮內(nèi)層通過進行孔加載氬氣。
[0032](7)經(jīng)過一定的時間零件擴散連接完成后降溫，到達合理溫度取出零件，并放入下一個彈翼零件進行成形。
[0033]如圖1所示，為采用本發(fā)明制造輕量化彈翼零件，材料為TA15鈦合金，零件尺寸較大長度1200mm，寬度380mm左右。
[0034]如圖2為蒙皮與骨架示意圖，為了進一步減重蒙皮進行化銑擴散連接處厚度1.2，其余為0.8。骨架加強筋條寬度設計為4mm，大大減輕了彈翼重量。
[0035]將蒙皮周邊與骨架進行封焊，并焊接通氣管路，與模具進行裝配后裝入設備進行升溫。設定溫度925°C，到達溫度后開始啟動擴散連接過程，模具合模加壓噸位為單位面積9Mpa，模具合模后蒙皮骨架內(nèi)部氣壓加載，壓力為0.2MPa。整個擴散連接時間設定為120min，成形完成后開始降溫，溫度降低到650°C -700°C后，開爐取出零件。
【主權項】
1.一種輕量化蒙皮骨架彈翼整體擴散連接成形方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)蒙皮零件下料，折彎成形符合型面要求的零件； (2)骨架鑄造后根據(jù)設計模型進行機加，骨架在翼根處設計有通氣孔；(3)對骨架和蒙皮需要進行擴散連接的部位進行拋光，要求表面粗糙度至少3.2 ; (4)將蒙皮周邊與骨架下陷部位進行電子束焊接，內(nèi)部形成密閉空腔，在成形過程中從通氣孔對蒙皮內(nèi)部加載氣壓； (5)將封焊好的蒙皮骨架零件表面噴涂防氧化劑，與擴散連接模具進行合理裝配，并放入設備進行升溫； (6)到達設定溫度后合模加載壓力，蒙皮與骨架接觸處進行擴散連接，骨架筋條寬度為2-4mm，溫度為925±5°C，單位面積壓力為8_10Mpa，擴散連接時間為120min，上下模具之間設置限位塊，在蒙皮內(nèi)層通過進行孔加載氬氣，內(nèi)部氣壓為0.1-0.2Mpa ; (7)零件擴散連接完成后降溫，取出零件，并放入下一個彈翼零件進行成形。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種輕量化蒙皮骨架整體擴散連接結構彈翼及其成形方法，此種彈翼結構形式可以將骨架筋條分布根據(jù)最大承力效果進行設計，骨架內(nèi)部筋條寬度可以設計為更窄的筋條形式2-4mm，這樣能夠大大減輕彈翼重量。蒙皮與骨架裝備合適后周邊用電子束進行焊接，蒙皮骨架坯料裝入模具，放入熱成形設備進行升溫。到達設定溫度后合模并加載合適壓力，蒙皮與骨架接觸加壓一定時間實現(xiàn)擴散連接，此種結構形式彈翼能夠大大減輕重量并提高承載能力，而且尺寸精度高。
【IPC分類】B23P15/00, B23K20/00
【公開號】CN105057990
【申請?zhí)枴緾N201510518844
【發(fā)明人】劉太盈, 劉偉, 侯龍?zhí)? 沈華, 肖天驕, 李建輝
【申請人】北京星航機電裝備有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月21日