一種具有高筋、薄腹板復合結構的輕合金零件整體制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于輕合金構件先進制造技術領域，特別涉及帶有高筋、薄腹板復合結構的零件制坯及后續塑性成形方法。
【背景技術】
[0002]目前，具有高筋、薄腹板結構的輕合金結構件在航空、航天工程領域占有較大的比例，對于提高航空、航天器的整體結構性能及有效減重具有極其重要的實際意義。
[0003]但是，現有的技術對于制造具有高筋、薄腹板復合結構的輕合金零件主要存在以下問題:
[0004](1)材料利用率極低。對于具有高筋、薄腹板結構的構件，現有技術多通過常規鍛造工藝制坯，而后通過機械加工獲得最終產品形狀和尺寸。在鍛造制坯的過程中，鍛件設計要增加成倍重量的材料，以降低鍛件的復雜程度，從而降低成形難度，但設計時增加的材料在后續的機械加工中必須去除，最終造成了材料利用率極低而制造成本太高的問題。
[0005](2)現有技術制備的高筋、薄腹板結構零件尺寸小，難以滿足日益發展的大型航空器、航天器的實際需求。盡管現有的等溫鍛精密成形技術、超塑性成形技術、攪拌摩擦焊+塑性成形制造技術及3D打印技術可以實現具有復雜結構零件的先進制造，并且組織和性能有所保證。但由于成形裝備的限制，目前對于大尺寸及超大尺寸的帶高筋復雜構件制造尚無能為力。
【發明內容】
[0006]現有的制造技術普遍難以兼顧材料利用率以及大尺寸零件制造的問題，本發明針對現有技術的弊端，提出了新的綜合制造方法。針對航空、航天工程領域所需的具有高筋、薄腹板結構的輕合金零件，采用新的綜合制造方法能夠制造高質量的復合坯，采用機械加工及后續塑性成形方法制造大尺寸高筋薄腹板結構件，有效地解決了實際應用中的難題。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]具有高筋、薄腹板結構的輕合金零件的綜合制造步驟為:首先采用爆炸復合的方法將輕合金高筋與輕合金腹板進行連接，獲得具有冶金結合的界面；其次采用大型機加工設備對爆炸復合坯表面實現0-2mm小切削量的加工，獲得精密尺寸預成形坯；最后根據實際產品的性能要求，采用冷成形或熱成形的方法對預成形坯實施大塑性變形，最終獲得具有復雜形狀的、且具有高筋、薄腹板結構的復雜輕合金零件。
[0009]—種具有高筋、薄腹板復合結構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現:
[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現高強度鏈接，結合強度不低于高筋與腹板強度的最小值；
[0014](e)以帶有高筋的復合材料為坯，基于高筋與薄腹板之間的高結合強度導致的變形協同特性，對其實施塑性變形；
[0015](f)最終制造出具有復雜結構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，所述復合坯最大變形量的范圍為:母材強度80%時對應的變形量至母材強度極限時的最大變形量。
[0018]所述的制造方法，高筋與面板，其材質為鈦及鈦合金、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，爆炸復合坯塑性成形技術包括冷成形、溫成形以及熱成形技術。
[0023]基于現有的材料利用率低以及大尺寸零件制造尚難以進行的問題，本發明提出了新的綜合制造方法:首先采用爆炸復合技術制坯，即首先實現高筋與薄腹板的高質量界面結合；其次對復合坯實施小切削量的機械加工，獲得高尺寸精度的預成形坯；最后對其實施冷或熱塑形變形，獲得最終的輕合金零件。
[0024]盡管采用爆炸復合技術制備雙金屬或多層金屬復合材料已多見報道，但本發明與常規雙金屬材料的爆炸復合技術明顯不同:(1)常規爆炸復合技術局限于覆板與基板之間的大面積結合，對于高筋與薄腹板的爆炸復合則無任何相關報道；(2)傳統爆炸復合技術長期關注于雙金屬復合板的后續力學性能，但對其后續利用其界面高強度結合導致的優異的成形性能則關注較少，相關研究亦未見相關報道。
[0025]另外，其他先進焊接工藝如激光焊、攪拌摩擦焊等雖然可以使高筋與薄腹板之間的結合強度，可接近母材強度的80%。但采用本發明提出的方法，薄腹板與高筋間的結合強度不低于母材，所以相對其他焊接工藝，本發明制備的高筋薄腹板可以承受更大的塑性變形。
[0026]本發明還具有以下優點:(1)爆炸復合制坯，減少了傳統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)爆炸復合制坯，可以將大尺寸的加強筋與腹板進行復合，從而可充分利用現有大型的龍門式機加工設備對其進行精密、小切削量加工；(3)爆炸復合制坯可以獲得高質量的冶金結合界面，能夠滿足后續塑性成形過程中大變形量對界面的要求。
[0027]本發明提出的綜合制造方法，將為航空、航天工程領域所需的具有高筋、薄腹板復合結構的輕合金零件提供一種有效的制造方法，從而滿足實際的工程需求。
【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為爆炸復合制備的帶有高筋的薄腹板結構復合坯(A為正面視圖，B為側面視圖)；
[0032]圖5為經熱成形后的帶有高筋的球面零件(A為正面視圖，B為側面視圖);
[0033]1模具，2井字形凹陷，3高筋，4間隙物，5腹板；
【具體實施方式】
[0034]下面通過具體的實施例子，詳細說明T形截面整體壁板、工字形截面整體壁板、井字形加強筋薄壁構件以及空心類零件綜合制造工藝。
[0035]實施例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