[发明专利]薄壁三层空心结构件及控制表面沟槽缺陷的方法

说明书

本发明公开了一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，包括以下步骤，1）根据设计形状在芯板两面涂覆止焊剂图形，在两个包套的内侧分别涂覆止焊剂；2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮和包套，并将叠加后的组合件四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；3）将所述的组合件实施芯板和外蒙皮的扩散连接；4）实施第一步渐进超塑成形；5）实施第二步渐进超塑成形；6）去除包套得到薄壁三层空心结构件。同时还公开了薄壁三层空心结构件，采用包套的工艺毛坯设计和渐进成形的控制方法可有效减小三层结构表面沟槽，获得表面质量满足设计要求的空心结构件。

技术领域

本发明涉及钛合金制造技术领域，特别是涉及一种薄壁三层空心结构件及控制表面沟槽缺陷的方法。

背景技术

超塑成形（Super plastic Forming，SPF）是利用材料的超塑性来成型零件的一种工艺方法。超塑成形工艺能够制造出常规工艺难以成形的复杂结构，而且没有回弹，能够保证成形零部件的精度，加工重复性好。扩散连接（Diffusion Bonding，DB）是利用被连接材料的表面在不足以引起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方法。

如果一种材料同时具备超塑性和扩散连接特性，二者所需温度和压力条件又非常接近，则可以在一个热循环中完成超塑成型和扩散连接，这就是超塑/ 扩散组合成型工艺技术。与传统制造工艺制造的零件相比超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）在制造空心结构件具有近净成形，整体性好，刚度高，设计自由度大等优势，在航空、航天等领域具有广泛的应用。按照结构制造所需板材的层数，其工艺结构可分为单层、两层、三层和四层等结构，其中三层结构的成形难点之一为表面沟槽缺陷难以控制，通过增加外蒙皮厚度来减少沟槽缺陷，因此，其结构重量有所增加，限制其使用范围和结构设计裕度。除了增加外蒙皮厚度减少沟槽之外，还可以通过增加板材层数至五层，通过外蒙皮掩盖沟槽，然而，这种方法成形出的零件性能难以符合设计要求。

对于三层结构，以工程经验，通常外蒙皮厚度是中间芯板厚度的3倍以上才能获得表面无沟槽缺陷的零件，并且随着空腔高度的增加外蒙皮厚度增加，然后通过表面减薄处理，将外蒙皮多余的厚度去除后达到设计要求，此方法材料浪费严重，特别是对空腔高度较高的零件，工序多，过程复杂。第二种方案是增加板材层数至五层，通过最外面的两层外蒙皮将中间三层结构成形过程中所产生的沟槽“掩盖”来获得表面平整的零件，这种方案中对于动态性能要求的零件所“掩盖”的沟槽往往是裂纹源，此方法对于结构完整性有要求的不可取。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术不足，而提供一种薄壁三层空心结构件及制备过程中控制表面沟槽缺陷的方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种薄壁三层空心结构件控制表面沟槽缺陷的方法，包括以下步骤，

1）根据设计形状在芯板两面涂覆止焊剂图形，在两个包套的内侧分别涂覆止焊剂；

2）在芯板两侧分别依次叠加外蒙皮和包套，并将叠加后的组合件四周密封，同时在芯板和两侧的外蒙皮间预留气道；

3）将所述的组合件实施芯板和外蒙皮的扩散连接；

4）将扩散连接后组合件装入第一模具并实施第一步渐进超塑成形；

5）将完成第一步渐进超塑成形的组合件装入第二模具并实施第二步渐进超塑成形；

6）去除包套得到薄壁三层空心结构件。

所述的外蒙皮的初始厚度与芯板的初始厚度之比为0.7-1.5。

包套的初始厚度与外蒙皮的初始厚度比为1-2。

所述的芯板、外蒙皮及包套一同封焊并检漏后得到所述的组合件，或者，芯板和外蒙皮封焊制得毛坯，所述的包套与所述的毛坯点焊固定连接。