专利名称：一种钛合金蜂窝板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金蜂窝板及其制造方法。
背景技术：
根据新一代空间武器系统技战术指标的要求，飞行器结构件减重的呼声越来越高，按国外文献报导，上天件每减重10g，产品的性价比提高1万美元。
目前国内钛合金导弹舱体是用钛板滚弯成型、焊接、校型等组合加工工艺完成，或用锻坯直接数控加工完成的，加工工时长，且材料利用率只有15％左右；另外由于舱体刚性的要求，厚度一般需要8～10mm。传统的导弹舱段外壳是用8mm左右的钛合金板材来制造的，它是一种实心板，板材加工难度大，重量重，难以符合现代飞行器结构件的减重要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有钛合金板材都是一种实心结构、板材加工难度大、重量重的缺陷，提供一种钛合金蜂窝板及其制造方法，它使超塑成型的气体按照指定的气路流动，在多层相互结合的钛合金板材中间形成预定的蜂窝结构，使蜂窝板的刚度提高，达到普通标板的3倍以上，使材料利用率提高2倍以上，而加工时间只有原技术的1/10，并且本发明材料利用率高达80％以上，同时在达到相同的刚性条件时，材料厚度只有2～3mm，减重效果十分明显。同时如果产品的气动外型面已经定型时，这种结构还可以提高导弹舱体的容积，实现有效载荷的增加。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案本发明钛合金蜂窝板，它由厚度为0.3～1.0mm的内衬钛合金板、厚度为0.3～1.0mm的外层钛合金板、及内衬板和外层板之间的一层或二层板材厚度为0.3～1.0mm的钛合金蜂窝板构成，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。
本发明所述内衬钛合金板厚度为0.3mm，所述外层钛合金板厚度为0.5mm，所述中间层蜂窝板板材厚度为0.5mm。
本发明同时公开了一种所述的钛合金蜂窝板的加工方法，它包括下列步骤模具的制造、板材制备、安装模具并升温成型、扩散连接、蜂窝结构成型、冷却和切割工艺边。
本发明方法中模具的制造包括根据蜂窝板结构要求对模具进行蜂窝结构设计、气体流道设计、压边量和热放缩系数设计，选用高温合金钢精铸毛坯后，数控加工模具型面，并进行试模。
本发明方法中所述板材制备步骤为用高压水切割机进行展开料的精确下料，经酸洗烘干后，涂阻焊剂，并二次烘干，使激活面与外激活面及工艺边清晰分开。将3层或4层钛合金板材叠放并焊工艺边，使其形成密封舱室，之后焊进气嘴和出气嘴。
本发明方法中所述安装模具并升温成型、扩散连接、蜂窝结构成型步骤为将已加工好的模具清洁干净，涂好润滑剂和保护剂，安装在超塑成型机上，进行冷试模合格后，开始升温，设定温度为920℃；当炉温和模具温度均匀达到920℃±13℃时，开启炉门，将焊好工艺边的板材放入模具中，预热40分钟，之后闭合模具，施加曲线压力，在5分钟内使模具压边力达到650吨，保压保温2小时，使被激活的分子进行充分的扩散，形成同一基体；在完成扩散连接后，分通道增加气压，保持940℃±10℃，先完成立面方向的成型，压力为200±20吨，保压时间45分钟，再完成横面方向的成型，压力为240±20吨，保压时间45分钟，再增加到350±20吨，保压时间30分钟，进行精确校型实现蜂窝形状。
本发明方法中所述冷却和切割工艺边步骤为成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷，将上述空冷后的板材置于高压水切割设备上，用高压水切割掉工艺边，达到要求的尺寸。
本发明利用了钛合金的物理特性，即在900℃±10℃的温度条件下，设定特殊的气体保护环境，在一个时间范围内，施加一组曲线压力，激活材料中的钛分子，并对不需要激活的部分进行“休克”保护，使多层钛板之间的分子相互渗透，并在停止激活后，形成无界面的同种基体，使连接后的材料物理性能和化学性能与原材料相比完全一致，避免了多层板焊接后的接头强度降低和焊接缺陷的残留。
本发明是用0.3-1mm的内衬板，0.3-1mm的外面板加上一层或二层0.3～1.0mm的蜂窝板通过钛合金超塑成型/扩散连接组合工艺，实现2.0～10.0mm的蜂窝板，以此来达到与传统钛板等强度、等刚强，但重量轻的板材，从而实现减重的目的。此结构在国内尚属空白，在国外也只有美国和德国等少数国家掌握。本发明开发出一种新型结构材料，可在保证导弹舱段外壳强度和刚度的前提下，减重50％以上。
具体实施例方式
1.模具设计根据板材厚度设计蜂窝结构，气体流道，压边量、热放缩系数。
2.模具制造选用高温合金钢精铸毛坯后，用国产数控立式加工中心，三座标带卧轴，精度为±0.01。数控加工模具型面，并进行试模。
3.板材制备用高压水切割机进行展开料的精确下料，用美国PAR公司生产的精度为±0.05mm高压水切割机，经酸洗烘干后，涂阻焊剂，并二次烘干。将3层或4层不同厚度的钛合金板材叠放并焊工艺边、进气嘴和出气嘴。
4.安装模具并升温成型将已加工好的模具清洁干净，涂好润滑剂和保护剂，安装在美国ACCUDYNE公司出品的900吨超塑成型机上，该设备为四立柱式液压结构，有效工作面积为1500×2500×1100mm，电热管分区加热形式，温度均匀性为±10℃，可移出式陶瓷工作平台，最高工作温度1100℃，进行冷试模合格后，开始升温，设定温度为920℃。
5.扩散连接当炉温和模具温度均匀达到920℃±13℃时，开启炉门，将焊好工艺边的板材放入模具中，预热40分钟，之后闭合模具，按工艺规程施加曲线压力，在5分钟内使模具压边力达到650吨，保压保温2小时，使被激活的分子进行充分的扩散，形成同一基体。
6.蜂窝结构成型在完成扩散连接后，分通道增加气压，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，压力为200±20吨，保压时间45分钟，再完成横面方向的成型，压力为240±20吨，保压时间45分钟，再增加到350±20吨，保压时间30分钟进行精确校型实现蜂窝形状。
7.取件和冷却完成成型后，打开炉门，移出工作台，取下测温热电偶，用天车取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷。
8.切割工艺边将上述空冷后的板材置于高压水切割设备上，用高压水切割掉工艺边，达到要求的尺寸。
通过上述步骤即可制造出钛合金蜂窝板，它的内衬钛合金板厚度为0.3～1.0mm、外层钛合金板厚度为0.3～1.0mm的、内衬板和外层板之间为一层或二层钛合金板材厚度为0.3～1.0mm的钛合金蜂窝板，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钛合金蜂窝板，其特征在于它由厚度为0.3～1.0mm的内衬钛合金板、厚度为0.3～1.0mm的外层钛合金板、及内衬板和外层板之间的一层或二层板材厚度为0.3～1.0mm的钛合金蜂窝板构成，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。
2.如权利要求1所述的钛合金蜂窝板，其特征在于所述内衬钛合金板厚度为0.3mm，所述外层钛合金板厚度为0.5mm，所述中间层蜂窝板板材厚度为0.5mm。
3.如权利要求1或2所述的钛合金蜂窝板的加工方法，其特征在于它包括下列步骤模具的制造、板材制备、安装模具并升温成型、扩散连接、蜂窝结构成型、冷却和切割工艺边。
4.如权利要求3所述的钛合金蜂窝板的加工方法，其特征在于模具的制造包括根据蜂窝板结构要求对模具进行蜂窝结构设计、气体流道设计、压边量和热放缩系数设计，选用高温合金钢精铸毛坯后，数控加工模具型面，并进行试模。
5.如权利要求3所述的钛合金蜂窝板的加工方法，其特征在于所述板材制备步骤为用高压水切割机进行展开料的精确下料，经酸洗烘干后，涂阻焊剂，并二次烘干，使激活面与外激活面及工艺边清晰分开。将3层或4层钛合金板材叠放并焊工艺边，使其形成密封舱室，之后焊进气嘴和出气嘴。
6.如权利要求3所述的钛合金蜂窝板的加工方法，其特征在于所述安装模具并升温成型、扩散连接、蜂窝结构成型步骤为将已加工好的模具清洁干净，涂好润滑剂和保护剂，安装在超塑成型机上，进行冷试模合格后，开始升温，设定温度为920℃；当炉温和模具温度均匀达到920℃±13℃时，开启炉门，将焊好工艺边的板材放入模具中，预热40分钟，之后闭合模具，施加曲线压力，在5分钟内使模具压边力达到650吨，保压保温2小时，使被激活的分子进行充分的扩散，形成同一基体；在完成扩散连接后，分通道增加气压，保持940℃±10℃，先完成立面方向的成型，压力为200±20吨，保压时间45分钟，再完成横面方向的成型，压力为240±20吨，保压时间45分钟，再增加到350±20吨，保压时间30分钟，进行精确校型实现蜂窝形状。
7.如权利要求3所述的钛合金蜂窝板的加工方法，其特征在于所述冷却和切割工艺边步骤为成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷，将上述空冷后的板材置于高压水切割设备上，用高压水切割掉工艺边，达到要求的尺寸。
全文摘要
本发明公开了一种钛合金蜂窝板，它由内衬钛合金板、外层钛合金板、及内衬板和外层板之间的钛合金蜂窝板构成，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。它的制造包括下列步骤模具的制造、板材制备、安装模具并升温成型、扩散连接、蜂窝结构成型、冷却和切割工艺边。本发明蜂窝板的刚度高，达到普通标板的3倍以上，材料利用率提高2倍以上，而加工时间只有原技术的1/10，并且本发明材料利用率高达80％以上，同时在达到相同的刚性条件时，材料厚度只有2～3mm，减重效果十分明显。同时如果产品的气动外型面已经定型时，这种结构还可以提高导弹舱体的容积，实现有效载荷的增加。
文档编号B32B38/16GK101028750SQ200610008200
公开日2007年9月5日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者韩华 申请人:韩华