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        基于鈦合金舵面的超塑成形/擴(kuò)散連接工藝

        2018-03-19 08:13:44歐陽金棟劉慧慧馬俊飛易龍黃海龍王直
        機(jī)械制造與自動化 2018年1期
        關(guān)鍵詞:舵面鈦合金成形

        歐陽金棟,劉慧慧,馬俊飛,易龍,黃海龍,王直

        (江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,江西 南昌 330024)

        0 引言

        超塑成型/擴(kuò)散連接(SPF/DB)組合工藝是一種先進(jìn)的塑性加工新技術(shù),常用于傳統(tǒng)方法難以成形的、形狀較為復(fù)雜的薄壁結(jié)構(gòu)零件。SPF/DB工藝根據(jù)SPF和DB先后順序不同,SPF/DB工藝可分為如下三種形式:先DB,后SPF;先SPF,后DB;SPF與DB同時(shí)進(jìn)行。采用哪種方法好要視結(jié)構(gòu)和工藝需要而定[1-3]。過去幾年國內(nèi)外已在積極研究多層板的SPF/DB成形工作[4-6],如艙門、機(jī)身框架、隔熱罩、熱交換導(dǎo)管、前緣縫翼、進(jìn)氣道、后機(jī)身下整流片等零件,被廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器上[7],以往用鉚制與螺釘緊固的組合件,現(xiàn)在可以采用SPF/DB工藝來制造。該工藝為大型整體結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)提供了新途徑,可節(jié)省大量的連接、緊固與裝配工序。采用整體件還能提高器件的壽命及整體性能,而且降低了生產(chǎn)成本。現(xiàn)在這種工藝已被美國、歐洲等世界發(fā)達(dá)國家認(rèn)定為一種現(xiàn)代化制造技術(shù),進(jìn)而將對航空航天飛行器的設(shè)計(jì)制造產(chǎn)生巨大影響[8]。此外在減小質(zhì)量、延長壽命、降低成本、改善性能等方面具有傳統(tǒng)的成型工藝無法比擬的優(yōu)越性[9-10]。

        國內(nèi)外近幾年對SPF/DB工藝進(jìn)行了大量研究,門向南研究了TC4鈦合金三層板結(jié)構(gòu)件的SPF/DB工藝,分析了應(yīng)變速率對成形時(shí)間和結(jié)果的影響,計(jì)算了在最佳成形應(yīng)變速率條件下的加載壓力-時(shí)間曲線,成功制得了三層板結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件[11]。韓國航空宇宙研究院的J.H.Yoon研究了鈦合金多層板結(jié)構(gòu)的超塑氣脹成形/擴(kuò)散連接工藝,通過有限元方法得出了優(yōu)化的P-T曲線,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了對比[12]。徐偉研究了TC4鈦合金四層板結(jié)構(gòu)空心葉片的超塑性成形技術(shù)等[13]。雖然目前國內(nèi)對多層板的SPF/DB技術(shù)進(jìn)行了大量研究,而且在雙層板和三層板的SPF/DB技術(shù)已經(jīng)很成熟,但對于四層板的SPF/DB成形有待進(jìn)一步的深入研究。本文針對應(yīng)用于某型號導(dǎo)彈鈦合金舵面,采用SPF/DB的組合工藝成形方式對TC4鈦合金板進(jìn)行試驗(yàn)研究。

        1 試驗(yàn)方案與設(shè)備

        1.1 試驗(yàn)方案

        隨著飛行器朝著超音速、高超音速快速發(fā)展,對舵面的結(jié)構(gòu)性能提出了極高的要求。某飛行器舵面的外形由多個平面拼接而成的、封閉整體結(jié)構(gòu),安裝邊具有一定高度且分布有安裝孔。安裝孔分布在一定大小的安裝座上,以減緩集中力的作用,保證舵、翼面零件與彈體零件的連接強(qiáng)度、穩(wěn)定性和可靠性。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為空心十字筋結(jié)構(gòu),加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)采用輻射網(wǎng)格式,靠近安裝座區(qū)域,立筋呈放射狀;安裝座區(qū)域?yàn)閷?shí)體結(jié)構(gòu),為避免應(yīng)力過度集中,通過加強(qiáng)片實(shí)現(xiàn)厚度過渡。結(jié)構(gòu)上緣及舵面的前緣均存在實(shí)體結(jié)構(gòu),以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)剛度。其外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

        圖1 舵面外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式

        舵面體在工作過程中兩表面最大壓差為0.27MPa,要求舵體在滿足強(qiáng)度要求的情況下,產(chǎn)生的最大剛度位移不大于7mm,舵面展弦比約為0.63,為小展弦比翼面。鑒于舵面零件氣動內(nèi)外形結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求的特殊性,采用以下結(jié)構(gòu)成形方案,即四層板+局部實(shí)體的成形方案,成形出帶十字筋的空心結(jié)構(gòu),其成形原理如圖2所示。該方案突破了傳統(tǒng)的舵面所采用的蒙皮-骨架實(shí)體結(jié)構(gòu),制造出了薄壁空心的鈦合金舵面,在滿足設(shè)計(jì)要求性能的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的輕量化,獲得了顯著的減重效益。

        圖2 舵面成形工藝原理圖

        為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)多要求的結(jié)構(gòu),在工藝上采取了“薄板+實(shí)體”的混雜四層結(jié)構(gòu)形式,如圖3所示,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安裝連接、強(qiáng)剛度滿足要求;同時(shí),鑒于結(jié)構(gòu)均為斜面結(jié)構(gòu),為了實(shí)現(xiàn)零件成形質(zhì)量的穩(wěn)定,維持成形壓力的平衡,在工藝上采取了一坯兩件的方式,如圖4所示。

        圖3 舵面工藝成形結(jié)構(gòu)形式

        圖4 一坯兩件結(jié)構(gòu)形式

        1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)備

        根據(jù)超塑性變形機(jī)理,具有細(xì)小的晶粒度和高溫下的微細(xì)組織的穩(wěn)定性是超塑性材料的兩個基本特征。α+β型鈦合金是常用的三類鈦合金中最符合要求的一類,其本身具有細(xì)小的晶粒,晶粒尺寸為5~15μm,并由于其為兩相組織,在高溫下兩相相互制約,使得晶粒難以長大,能夠保持為微細(xì)組織,利于超塑性成形。

        航空航天工業(yè)常用的TC4鈦合金即屬于α+β型鈦合金,其具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕等許多優(yōu)良的性能。本文試驗(yàn)材料采用厚度為芯板0.8mm和面板1mm的TC4板材,TC4主要質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。

        表1 TC4鈦合金主要質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

        試驗(yàn)超塑成形/擴(kuò)散連接設(shè)備采用FSP400T的機(jī)床,由加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)組成,可以很方便地控制爐內(nèi)模具溫度及氣壓加載過程,其外形如圖5所示。

        圖5 舵面SPF/DB成形設(shè)備FSP400T

        1.3 成形工藝及流程

        根據(jù)上述舵面所確定的SPF/DB工藝成形方案,SPF/DB成形毛坯成形組件除一般四層結(jié)構(gòu)的外層板與內(nèi)層板以外,還包括安裝座、加強(qiáng)片、上緣/前緣實(shí)體。安裝座即位于舵面安裝邊一側(cè),與內(nèi)外層板在SPF/DB后形成一個寬度為5 mm(安裝連接孔區(qū)域除外)左右的實(shí)體邊;為盡可能提高安裝孔區(qū)域的承載能力并減少蒙皮厚度突變的影響,在安裝座孔區(qū)域增加了加強(qiáng)片,在緩解應(yīng)力集中的同時(shí),提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)剛度。

        舵面成形工藝流程如圖6,其中主要的工序有:毛坯組件加工、圖形制備、成形工序SPF/DB及檢測。SPD/DB工序是舵面由板材成形為零件的重要工序,零件外形、立筋成形質(zhì)量、擴(kuò)散連接質(zhì)量都是由該工序完成,因此該工序被確認(rèn)為特殊過程。

        圖6 舵面成形工序

        舵面外形依靠成形模具來保障,同時(shí)通過模具的閉合實(shí)現(xiàn)成形毛坯四周邊緣的擴(kuò)散連接。模具結(jié)構(gòu)如圖7所示。在模具結(jié)構(gòu)上,主要包括吊掛結(jié)構(gòu)、熱電偶孔、成形毛坯定位結(jié)構(gòu)、上下模具定位結(jié)構(gòu)等;同時(shí),為保障舵面成形質(zhì)量的穩(wěn)定性與減少修模次數(shù),應(yīng)保障模具具有足夠的剛強(qiáng)度,模具材料選用耐高溫的材料GH4169。

        圖7 舵面SPF/DB成形模具

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 舵面成形工藝參數(shù)

        舵面所采用的SPF/DB工藝參數(shù),將直接影響零件的強(qiáng)度和性能。在SPF/DB工藝過程中,主要的工藝參數(shù)有溫度、壓力、時(shí)間、加壓速率等。各參數(shù)之間有著相互依賴的密切關(guān)系。

        溫度是影響擴(kuò)散連接質(zhì)量的重要工藝參數(shù),直接或間接地影響著成形零件的擴(kuò)散連接質(zhì)量。鈦合金通常在860℃~1 280℃溫度范圍內(nèi)只要壓力和時(shí)間合適,都能得到較好的焊接質(zhì)量。對于TC4來說,β相變溫度為940℃~995℃,溫度超過940℃,相開始向β相轉(zhuǎn)變,隨溫度的增加,轉(zhuǎn)變加快,同時(shí)晶粒逐步增大,影響超塑成形和擴(kuò)散連接的順利進(jìn)行。

        壓力是擴(kuò)散焊接表面能否緊密接觸的重要因素。提高擴(kuò)散連接壓力能顯著地縮短連接時(shí)間,從而減輕材料組織長大程度,有利于超塑成形。但是壓力不能過高,否則對模具、設(shè)備和構(gòu)件變形均有不利影響。此外在一定的工藝條件下,超塑成形所需壓力主要取決于板材厚度、結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜程度和原材料晶粒大小。

        進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)的SPF/DB時(shí),時(shí)間也是個重要參數(shù),而且接頭強(qiáng)度也是隨著連接時(shí)間的增加而提高,直至達(dá)到基體金屬的強(qiáng)度。但如果時(shí)間過長晶粒進(jìn)一步長大,導(dǎo)致材料的塑性下降。

        通過多次的SPF/DB試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)成形該舵面的最佳成形溫度為910℃,初始加床壓20t~40t,當(dāng)氣壓達(dá)到0.8MPa,液壓增大到80t~100t(氣壓降低時(shí)反順序調(diào)節(jié));外層進(jìn)氣時(shí),內(nèi)層持續(xù)抽真空至保壓階段或以后,外層氣路在10min內(nèi)進(jìn)氣到1.5MPa并保壓80min~100min后放氣;內(nèi)層進(jìn)氣到1.5MPa~2.0MPa,并保壓150min。

        2.2 SPF/DB舵面的質(zhì)量

        1) 焊合率

        在常溫、無強(qiáng)光、無高噪聲的環(huán)境下采用S314005對擴(kuò)散連接后毛坯進(jìn)行超聲檢測,安裝座區(qū)域焊合區(qū)不小于95%,而其他區(qū)域焊合率也高于90%,單個焊合面積不大于50 mm2,相鄰兩個擴(kuò)散連接未焊合缺陷的間距不小于其中較大缺陷軸長度。

        2) 微觀組織

        采用Leica DM6000M金相顯微鏡觀察擴(kuò)散連接后材料的顯微組織,如圖8所示。從圖8中可以看出組織為等軸相+晶間β相,相等軸晶粒度級別指數(shù)大于9級,較原始組織沒有發(fā)生太大變化,即材料在經(jīng)過超塑成形/擴(kuò)散連接后力學(xué)性能沒有發(fā)生太大的變化。

        圖8 SPF/DB成形后材料的微觀組織

        3) 力學(xué)性能

        為了檢測SPF/DB后材料的力學(xué)性能是否合格,通過電子萬能試驗(yàn)機(jī)對SPF/DB后的材料(隨爐試樣)進(jìn)行常溫及高溫的拉伸試驗(yàn),選取的溫度點(diǎn)有25 ℃、200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃,其力學(xué)性能如表2所示。

        表2 舵面隨爐試樣SPF/DB后材料的力學(xué)性能

        從表2中數(shù)據(jù)可以看出,SPF/DB后材料的常溫抗拉強(qiáng)度為910 MPa,與原始材料的常溫性能基本沒有變化,在高溫500 ℃下材料的抗拉強(qiáng)度也達(dá)到499 MPa,滿足導(dǎo)彈在飛行中產(chǎn)生高溫下的力學(xué)性能。

        4) 零件幾何外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        圖9是SPF/DB成形出的舵面,從其外形可以看出空腔表面處沒有凹陷,成形出的舵面經(jīng)過機(jī)加修剪邊線與模型基本一致。

        在溫度為20℃、濕度為50%RH條件下采用三坐標(biāo)測量機(jī)對其外形輪廓進(jìn)行檢測,輪廓偏差為-0.304~0.340 mm,偏差很小,合格。

        為了檢測其內(nèi)部筋條結(jié)構(gòu)是否合格,采用MG226型X射線機(jī)對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測,經(jīng)檢測在其筋格結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷,結(jié)構(gòu)成形完好。

        圖9 SPF/DB成形出的舵面

        3 結(jié)語

        1) 溫度、壓力、時(shí)間、加壓速率等工藝參數(shù)直接影響SPF/DB成形零件的強(qiáng)度和性能,舵面的最佳成形工藝參數(shù):溫度為910 ℃,初始加床壓20 t~40 t,當(dāng)氣壓達(dá)到0.8 MPa,液壓增大到80 t~100 t;外層氣路在10 min內(nèi)進(jìn)氣到1.5 MPa并保壓80 min~100 min后放氣;內(nèi)層進(jìn)氣到1.5 MPa~2.0 MPa,并保壓150 min。

        2) SPF/DB成形出的舵面空腔表面處沒有凹陷,成形出的舵面經(jīng)過機(jī)加修剪邊線與模型基本一致,內(nèi)部筋格完好。焊合率達(dá)90%以上,材料微觀組織在經(jīng)過超塑成形/擴(kuò)散連接后力學(xué)性能沒有發(fā)生太大的變化,力學(xué)性能合格。

        [1] Li Z Q, Li X H. The application of SPF/DB combined welding technologies[J]. Materials Science Forum, 2007, 511/512:49-54.

        [2] 吳詩惇. 金屬超塑性變形理論[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1997: 13-18.

        [3] 曲鳳盛, 張凱鋒, 呂宏軍. GH4169高溫合金多層板結(jié)構(gòu)的激光連接/超塑成形組合技術(shù)[J]. 航空材料學(xué)報(bào), 2009, 25(4): 27-32.

        [4] LARRYDH. D. H. Innovations in the super-plastic forming and diffusion bonding process[J]. Materials Engineering Performance, 2008, 17(2): 178-182.

        [5] 李梁, 孫建科, 孟祥軍. 鈦合金超塑性研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 材料開發(fā)與應(yīng)用, 2004, 12:43-83.

        [6] QU F S, LU Z, XING F , ZHANG K F. Study on laser beam welding/superplastic forming technology of multi-sheet cylinder sandwich structure for Inconel718 superalloy with ultra-fine grains[J]. Materials and Design, 2012, 39: 151-161.

        [7] 李志強(qiáng), 郭和平. 超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展和發(fā)展趨勢[J]. 航空制造技術(shù), 2010(8): 32-35.

        [8] 陳科斌, 張凱鋒, 王仲仁. 板材超塑成形/擴(kuò)散連接過程的三維有限元模擬[J]. 塑性工程學(xué)報(bào), 1998, 5(2): 20-25.

        [9] Jung-Ho Cheng. The determination of material parameters from superplastic inflation tests[J]. Journal of Materials Processing Technology, 1996, 58: 233-246.

        [10] Paul D. Edwards, Daniel G. Sanders, M. Ramulu, et al. Thinning Behavior Simulations in Super plastic Forming of Friction Stir Processed Titanium 6Al-4V[J]. Journal of Materials Engineering and Performance. 2010, 19(4): 481-487.

        [11] 門向南. TC4三層板結(jié)構(gòu)超塑成形/擴(kuò)散焊接工藝研究[D]. 南京:南京航空航天大學(xué), 2010.

        [12] J.H. Yoon, H.S. Lee, Y.M. Yi. Finite element simulation on superplastic blow forming of diffusion bonded 4 sheets[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2008, 201: 68-72.

        [13] 高慶峰. 寬弦空心風(fēng)扇葉片超塑成形的數(shù)值仿真研究[D]. 南京:南京航空航天大學(xué), 2008.

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