[发明专利]一种具有薄壁超高加强筋的整体壁板的制造方法

说明书

一种具有薄壁超高加强筋的整体壁板的制造方法，它涉及一种薄壁整体壁板的制造方法，以解决现有的焊接、铸造、锻造及机械加工方法无法制造具有薄壁超高加强筋结构的薄壁整体壁板类构件的问题，该方法主要步骤是：步骤一、通过切割、冲裁等方法制得需要板坯；步骤二、预热坯料，使坯料内部温度均匀；步骤三、预热和润滑模具；步骤四、将预热后的板坯转移到下模上并定位，利用上模对板坯进行模压成形；步骤五、开启上模，取出模压得到的壁板状零件并冷却到室温；步骤六、机械加工，采用切削加工方法将壁板状零件上储料区材料去除掉，得到最终的具有薄壁超高加强筋的整体壁板。本发明用于具有薄壁超高加强筋整体壁板的制造。

技术领域

本发明涉及一种薄壁整体壁板的制造方法，具体涉及一种具有薄壁超高加强筋的整体壁板的制造方法。

背景技术

在航空、航天和武器装备等领域，实现结构轻量化是追求的最主要目标之一。为了减轻结构重量，需要在满足使用要求的前提下对构件进行优化设计。例如，在火箭或导弹上，存在很多薄壁高筋结构，如火箭燃料储箱的整体壁板、导弹的整流罩等。此类薄壁结构通常由薄壁腹板和加强筋组成，通过合理设置加强筋可以明显提高薄壁腹板的刚度和强度。有时，还需要在加强筋上覆盖薄壁蒙皮以进一步增强结构的连续性和整体刚度。

目前，薄壁整体壁板的截面形状主要有T型、L型、H型和Z型等。此类结构存在以下几个主要特点：纵横筋交错；筋的宽高比差异较大，最大可以达到1:20；筋的厚度存在一定差异，最薄仅2-3mm；壁板整体呈曲面。目前，常采用焊接、精密铸造、精密锻造等方法制备此类构件。但是，焊接时需要进行薄壁坯料的复杂装夹、定位，无法实现具有小尺寸加强筋结构的焊接。更为重要的是，因为焊接热变形的存在，难以获得高精度、高强度的薄壁整体壁板。精密铸造虽可以获得复杂的薄壁结构，但是构件的微观组织、强度等性能往往无法满足要求。采用精密锻造特别是热态等温锻造虽然可以加工具有复杂结构的构件，但是当构件上不同区域的高度差差别较大时，原始坯料上与高度较低区域对应的位置将发生大量的材料流动，该区域的多余材料主要在模具的挤压作用下向外部区域转移。材料的这种远程转移和多方向流动将互相影响、互相耦合，极易因为流动不合理而出现充不满、紊流、穿流及折叠等严重缺陷。同时，热态等温锻造时材料与模具的摩擦阻力大。当构件尺寸较大、局部模腔尺寸小时，即使采用很大吨位的锻造设备也无法获得需要的薄壁深腔结构。由于传统等温锻造技术的上述限制，无法直接采用等温锻造方法制造具有薄壁腹板、超高加强筋的薄壁整体壁板类构件。

随着数控加工技术的快速发展，精密机械加工现已成为制造薄壁构件的主要方法之一，特别是近年来出现的“镜像铣”加工技术，在火箭箭体、导弹弹体及飞机壁板等带有复杂加强筋结构的整体壁板零件制造中得到了成功应用。但是，由于机械加工时坯料将受到较大的局部载荷的作用，在腹板和加强筋上将产生复杂的应力分布及明显的宏观变形。虽然可以采用压板等工装来限制机械加工时坯料的变形，但是当腹板很薄或者当筋的高度明显大于厚度时，即使采用复杂的工装进行约束也无法避免机械加工时在薄壁区域产生明显变形。目前，采用精密机械加工方法制造的整体壁板，其腹板厚度≥3mm，加强筋的厚度和高度近似相等(如筋厚度12mm，筋高度10～16mm)。此外，由于机械切削加工将破坏金属坯料的流线，特别是在加强筋与腹板连接的圆角区域，这将使构件的抗疲劳性能明显降低。机械加工还可能在坯料的不同部位产生复杂分布的残余应力，这种残余应力可能导致零件在服役过程中出现变形甚至开裂。为了解决现有方法无法制造具有薄壁腹板、薄壁超高加强筋结构的薄壁整体壁板类构件的难题，需要开发一种全新的制造方法。

发明内容

本发明是为解决现有的焊接、铸造、锻造及机械加工方法无法制造具有薄壁超高加强筋结构的薄壁整体壁板类构件的问题，提出一种具有薄壁超高加强筋的整体壁板的制造方法。

本发明为解决上述问题采用的技术方案为：一种具有薄壁超高加强筋的整体壁板的制造方法，该方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、选取一定厚度的原始板材，通过切割、冲裁方法制得需要板坯；