[发明专利]一种超塑成形、扩散连接模具及薄壁大倾角零件制备方法

说明书

本发明属于钛合金加工技术领域，尤其涉及一种超塑成形、扩散连接模具及薄壁大倾角零件制备方法。该模具在下模的密封型面区域设置了配合槽，进一步的，在所述配合槽内设置有密封筋，在合模压力作用下，靠近密封型面的零件下板料被挤压入密封空腔中，下板料中部分材料受到密封空腔尖角的强烈挤压作用，形成有益密封，进一步提升了模具的密封性能；与现有技术相比，该方案能够有效的增高密封筋，保证了模具与坯料间的密封效果。既未改变零件有效区域模具型面，又增加了密封筋许可设计高度，解决薄壁零件成形模具所设密封筋较低导致密封性差的问题。

技术领域

本发明属于钛合金加工技术领域，特别涉及一种超塑成形、扩散连接模具，尤其涉及一种超塑成形、扩散连接模具及薄壁大倾角零件制备方法。

背景技术

钛合金超塑成形、扩散连接是在加热过程中同时完成扩散连接和超塑成形的组合工艺，采用该工艺可以制造复杂外形曲面、加强内筋的多层空心结构，与传统制造工艺制造的零件相比该工艺具有结构重量轻、整体性好、质量高的优点，大大提高了构件的设计自由度及结构效率，已在航空、航天领域广泛应用。

钛合金超塑成形、扩散连接模具主要由上、下半模组成，其型面分别与零件内、外型面相协调。扩散连接时，通过一侧半模进气管路向板料加载≥1.5Mpa高压氩气，构成零件的多层板料在气动压力及机械压力双重作用下板料间未涂阻焊剂的区域实现扩散连接。高压氩气能否顺利加载是决定零件扩散连接焊合率的关键。因此，超塑成形、扩散连接工艺对加载高压氩气的一侧半模与板料间的密封性能提出了较高的要求。

为提升模具密封性能，除保证铸件质量及加压管路密封性能外，多在零件余量区外的模具型面上设置单排或双排密封筋。成形时，设置于模具上的密封筋压入板料内，实现板料与模具间有效密封，保证了进气管路高压氩气的顺利加载。然而，薄壁大倾角零件成形时，采用现有密封形式存在以下问题：由于零件较薄，合模后上、下模间隙小，为避免密封筋与另一侧型面干涉，密封筋高度受限，且零件倾斜角度大，模具合模方向与零件法向存在较大偏角，进一步弱化了密封筋密封效果。需说明的是，所述薄壁是指零件厚度≤1mm；如图1所示，所述大倾角指零件边缘与水平面夹角θ≥45°。

现有技术提供了一种通过增加剥离面板保证高压氩气加载的方法。例如公告号CN105149874A的发明专利公开了一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法，所成形钛合金零件为双层板，分别为蒙皮面板、加强筋面板。此外，还在加强筋面板与模具之间增加钛合金剥离面板，通过加强筋面板与剥离面板间通气管向加强筋面板加载高压氩气，实现蒙皮面板与加强筋面板所需区域的扩散连接。此时，扩散连接所需高压氩气的加载不再依赖于板料、模具间密封，而是靠加强筋面板与剥离面板间的密封效果保证。由于钛合金板料之间可通过周边封口袋焊接方式保证密封，其效果远优于板料、模具间密封，因此该方案可保证该类零件的扩散连接质量。但是该方案存在如下问题：

1）扩散连接阶段，蒙皮面板、加强筋面板未涂覆阻焊剂的贴合区域实现扩散连接，同时剥离面板在气压作用下发生超塑成形，由于剥离面板在加强筋各位置变形程度不同，成形后厚度分布不均匀；而后续的超塑成形阶段，剥离面板等同于模具型面，状态不可控的“模具型面”与产品理论状态难以匹配；加强筋面板在蒙皮面板、加强筋面板间气压作用下贴向剥离面板，成形后零件尺寸精度难以控制，且零件表面质量差。

2）超塑成形时加强筋区域加强筋面板与剥离面板封闭的气体难以排出，而在剥离面板铣切通气槽后虽改善通气效果，但成形后零件在通气槽位置出现“凸筋”，也进一步增加了后续的打磨工作量。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的针对于薄壁大倾角零件成形过程中，密封筋密封效果差，以及通过在模具之间增加剥离面板的方式在扩散连接和超塑成型阶段存在模具型面与产品不匹配、精度难以控制、零件表面质量差以及成形的零件后续需要打磨处理的技术缺陷，提供一种能有效改善密封性能的薄壁大倾角零件超塑成形、扩散连接模具。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：