一種具有高筋、薄腹板復(fù)合結(jié)構(gòu)的輕合金零件整體制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輕合金構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及帶有高筋、薄腹板復(fù)合結(jié)構(gòu)的零件制坯及后續(xù)塑性成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，具有高筋、薄腹板結(jié)構(gòu)的輕合金結(jié)構(gòu)件在航空、航天工程領(lǐng)域占有較大的比例，對(duì)于提高航空、航天器的整體結(jié)構(gòu)性能及有效減重具有極其重要的實(shí)際意義。
[0003]但是，現(xiàn)有的技術(shù)對(duì)于制造具有高筋、薄腹板復(fù)合結(jié)構(gòu)的輕合金零件主要存在以下問題:
[0004](1)材料利用率極低。對(duì)于具有高筋、薄腹板結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，現(xiàn)有技術(shù)多通過常規(guī)鍛造工藝制坯，而后通過機(jī)械加工獲得最終產(chǎn)品形狀和尺寸。在鍛造制坯的過程中，鍛件設(shè)計(jì)要增加成倍重量的材料，以降低鍛件的復(fù)雜程度，從而降低成形難度，但設(shè)計(jì)時(shí)增加的材料在后續(xù)的機(jī)械加工中必須去除，最終造成了材料利用率極低而制造成本太高的問題。
[0005](2)現(xiàn)有技術(shù)制備的高筋、薄腹板結(jié)構(gòu)零件尺寸小，難以滿足日益發(fā)展的大型航空器、航天器的實(shí)際需求。盡管現(xiàn)有的等溫鍛精密成形技術(shù)、超塑性成形技術(shù)、攪拌摩擦焊+塑性成形制造技術(shù)及3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的先進(jìn)制造，并且組織和性能有所保證。但由于成形裝備的限制，目前對(duì)于大尺寸及超大尺寸的帶高筋復(fù)雜構(gòu)件制造尚無能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)有的制造技術(shù)普遍難以兼顧材料利用率以及大尺寸零件制造的問題，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提出了新的綜合制造方法。針對(duì)航空、航天工程領(lǐng)域所需的具有高筋、薄腹板結(jié)構(gòu)的輕合金零件，采用新的綜合制造方法能夠制造高質(zhì)量的復(fù)合坯，采用機(jī)械加工及后續(xù)塑性成形方法制造大尺寸高筋薄腹板結(jié)構(gòu)件，有效地解決了實(shí)際應(yīng)用中的難題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]具有高筋、薄腹板結(jié)構(gòu)的輕合金零件的綜合制造步驟為:首先采用爆炸復(fù)合的方法將輕合金高筋與輕合金腹板進(jìn)行連接，獲得具有冶金結(jié)合的界面；其次采用大型機(jī)加工設(shè)備對(duì)爆炸復(fù)合坯表面實(shí)現(xiàn)0-2mm小切削量的加工，獲得精密尺寸預(yù)成形坯；最后根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的性能要求，采用冷成形或熱成形的方法對(duì)預(yù)成形坯實(shí)施大塑性變形，最終獲得具有復(fù)雜形狀的、且具有高筋、薄腹板結(jié)構(gòu)的復(fù)雜輕合金零件。
[0009]—種具有高筋、薄腹板復(fù)合結(jié)構(gòu)的輕合金零件整體制造方法，通過下列綜合制備步驟加以實(shí)現(xiàn):
[0010](a)首先采用模具或隔板將高筋固定；
[0011](b)將模具或隔板表面涂覆阻焊劑；
[0012](c)使腹板與高筋上表面保持間隙值，間隙值范圍為0.5t至lt，t為腹板厚度；
[0013](d)在腹板上布滿乳化炸藥，采用電雷管引爆后將腹板與高筋實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鏈接，結(jié)合強(qiáng)度不低于高筋與腹板強(qiáng)度的最小值；
[0014](e)以帶有高筋的復(fù)合材料為坯，基于高筋與薄腹板之間的高結(jié)合強(qiáng)度導(dǎo)致的變形協(xié)同特性，對(duì)其實(shí)施塑性變形；
[0015](f)最終制造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高筋薄腹板的輕合金零件。
[0016]所述的制造方法，所述高筋，其高度值與厚度值的比不小于2。
[0017]所述的制造方法，步驟e中，所述復(fù)合坯最大變形量的范圍為:母材強(qiáng)度80%時(shí)對(duì)應(yīng)的變形量至母材強(qiáng)度極限時(shí)的最大變形量。
[0018]所述的制造方法，高筋與面板，其材質(zhì)為鈦及鈦合金、鎂及鎂合金、鋁及鋁合金以及其它輕合金。
[0019]所述的制造方法，高筋與面板既可以為同種材料，也可以為異種材料。
[0020]所述的制造方法，所述金屬隔板將高筋之間的間隙填滿。
[0021]所述的制造方法，所述模具上帶有能夠容納高筋的凹陷，凹陷形狀與最終獲得的高筋形狀相同，所述凹陷的深度與所述高筋高度相同。
[0022]所述的制造方法，步驟e中，爆炸復(fù)合坯塑性成形技術(shù)包括冷成形、溫成形以及熱成形技術(shù)。
[0023]基于現(xiàn)有的材料利用率低以及大尺寸零件制造尚難以進(jìn)行的問題，本發(fā)明提出了新的綜合制造方法:首先采用爆炸復(fù)合技術(shù)制坯，即首先實(shí)現(xiàn)高筋與薄腹板的高質(zhì)量界面結(jié)合；其次對(duì)復(fù)合坯實(shí)施小切削量的機(jī)械加工，獲得高尺寸精度的預(yù)成形坯；最后對(duì)其實(shí)施冷或熱塑形變形，獲得最終的輕合金零件。
[0024]盡管采用爆炸復(fù)合技術(shù)制備雙金屬或多層金屬復(fù)合材料已多見報(bào)道，但本發(fā)明與常規(guī)雙金屬材料的爆炸復(fù)合技術(shù)明顯不同:(1)常規(guī)爆炸復(fù)合技術(shù)局限于覆板與基板之間的大面積結(jié)合，對(duì)于高筋與薄腹板的爆炸復(fù)合則無任何相關(guān)報(bào)道；(2)傳統(tǒng)爆炸復(fù)合技術(shù)長期關(guān)注于雙金屬復(fù)合板的后續(xù)力學(xué)性能，但對(duì)其后續(xù)利用其界面高強(qiáng)度結(jié)合導(dǎo)致的優(yōu)異的成形性能則關(guān)注較少，相關(guān)研究亦未見相關(guān)報(bào)道。
[0025]另外，其他先進(jìn)焊接工藝如激光焊、攪拌摩擦焊等雖然可以使高筋與薄腹板之間的結(jié)合強(qiáng)度，可接近母材強(qiáng)度的80%。但采用本發(fā)明提出的方法，薄腹板與高筋間的結(jié)合強(qiáng)度不低于母材，所以相對(duì)其他焊接工藝，本發(fā)明制備的高筋薄腹板可以承受更大的塑性變形。
[0026]本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)爆炸復(fù)合制坯，減少了傳統(tǒng)制造工藝中去除高筋與腹板之間大量材料的方法，大幅提高了材料利用率，降低了制造成本；(2)爆炸復(fù)合制坯，可以將大尺寸的加強(qiáng)筋與腹板進(jìn)行復(fù)合，從而可充分利用現(xiàn)有大型的龍門式機(jī)加工設(shè)備對(duì)其進(jìn)行精密、小切削量加工；(3)爆炸復(fù)合制坯可以獲得高質(zhì)量的冶金結(jié)合界面，能夠滿足后續(xù)塑性成形過程中大變形量對(duì)界面的要求。
[0027]本發(fā)明提出的綜合制造方法，將為航空、航天工程領(lǐng)域所需的具有高筋、薄腹板復(fù)合結(jié)構(gòu)的輕合金零件提供一種有效的制造方法，從而滿足實(shí)際的工程需求。
【附圖說明】
[0028]圖1為待定位輕合金高筋的碳鋼模具的示意圖(A為正面視圖，B為側(cè)面視圖);
[0029]圖2為將輕合金高筋置入模具中的示意圖(A為正面視圖，B為側(cè)面視圖)；
[0030]圖3為將輕合金薄腹板置于高筋之上的示意圖；
[0031]圖4為爆炸復(fù)合制備的帶有高筋的薄腹板結(jié)構(gòu)復(fù)合坯(A為正面視圖，B為側(cè)面視圖)；
[0032]圖5為經(jīng)熱成形后的帶有高筋的球面零件(A為正面視圖，B為側(cè)面視圖);
[0033]1模具，2井字形凹陷，3高筋，4間隙物，5腹板；
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面通過具體的實(shí)施例子，詳細(xì)說明T形截面整體壁板、工字形截面整體壁板、井字形加強(qiáng)筋薄壁構(gòu)件以及空心類零件綜合制造工藝。
[0035]實(shí)施例1
[0036]第一步，將5根截面尺寸為15mm X 30mm，長度500mm的TC4鈦合金高筋間隔鋪于墊板之上，高筋間距離為50mm ；
[0037]第二步，將碳鋼材質(zhì)的金屬隔板(截面尺寸為50mmX30mm，長500mm)表面涂刷阻焊劑后置于尚筋