基于钛合金口盖的超塑成形/扩散连接工艺分析

1 : 传统的飞行器结构件是用铆接、螺接、胶接和焊接等方法将许多“片片”“条条”和“块块”联结起来,成为一个完整的结构件。


2 : 这些结构件通常由几个、几十个甚至几百个零件组成,因而制造周期长、手工劳动量大、成本高。为了简化零件制造过程和构件
装配过程,缩短制造周期、减少手工劳动量和降低成本,目前发展了许多新结构、新材料和新工艺。


3 : 例如,整体壁板、蜂窝结构;复合材料和钛合金;粉末冶金、超塑成形等。特别是,近十多年来,随着钛合金材料的应用和发展。
出现了一种新的成形工艺方法——超塑成形/扩散连接组合工艺技术(Super-plastic Forming/Diffusion Bonding,简称SPF/DB)。

   用这种方法能制造出优良的飞行器整体结构件,这不仅能够满足设计上的要求,如重量轻、刚性大,而且也能够满足工艺的要求。
如制造周期短、手工劳动量少、成本低等特点。由SPF/DB新工艺技术得到的新结构将使飞行器结构发生重大的变化,突破了传统的
设计方法。超塑成形/扩散连接(SPF/DB)组合工艺常用于传统方法难成形、形状复杂的薄壁结构件,其成形一般有先SPF后DB。
先DB后SPF或者SPF和DB同时进行三种方法 哪种方式更好视零件结构和工艺而定。近年来,国内外正积极开展多层结构的超塑
成形/扩散连接(SPF/DB)组合工艺研究。

这类结构可广泛应用于飞行器上的 一些大型复杂的结构件,如发动机舱门、大型口盖、宽弦风扇空心叶片等,对提高飞行器的
性能、减小质量、延长寿命、降低成本都具有传统制造工艺无法比拟的优越性。 钛合金具有比强度高、无磁性、耐腐蚀等优点
故在航空、航天、化工、造船等工业部门得到广泛的应用。

但常温下钛合金的变形抗力大,回弹严重,加工困难 ,用常规方法锻造、冲压加工时,需要大吨位的设备,难于获得高精度的
零件。不过很多钛合金,尤其α+β型的两相钛合金。不需要特殊的热处理,就能在一定的 条件下出现超塑性。利用这种超塑性特
点进行超塑成形/扩散连接组合工艺的成形,可以大大降低变形抗力,材料流动性和填充性较好,从而能制造出复杂形状的精密零
件。 随着高科学、新技术的快速发展,在许多行业要求改善劳动条件,应用先进技术。
超塑成形/扩散连接组合工艺技术虽然研究已近
半个世纪,但超塑成形/扩散连接组合工艺 依然有拓展的空间。目前,由于超塑成形/扩散连接组合工艺技术存在成形速度
慢的缺点,研究与开发高速超塑成形技术显得非常重要另外随着微电子技术(MEMS)的快速发展,对微小精密薄壁件的
超塑成形/扩散连接技术研究也尤为紧迫。