[发明专利]一种铝合金薄壁件热等静压成形方法

说明书

本发明提出了一种铝合金薄壁件热等静压成形方法。整个成形方法过程包套、模具的制备，模具在包套中的固定，焊接包套，对包套进行检漏，铝合金粉末装入包套，对包套进行抽真空处理，将抽真空完毕的包套进行热等静压，机械去除包套，机械加工外表面，利用人工去除和喷砂的方法去除模具等步骤。本发明提供的铝合金薄壁件热等静压成形方法是利用热等静压技术对铝合金粉末进行固结、成形并致密化，同时利用模具对复杂零件内腔进行约束，从而达到利用模具一次成形复杂零件的内腔，包套的形状采用与所得产品相似的形状，这样可以提高零件的成形效率和铝合金粉末的利用率，零件的致密度高99％以上，而且能够得到性能优异且均匀的零件。

技术领域

本发明属于航空宇航制造技术领域，特别是涉及一种铝合金薄壁件热等静压成形方法。

背景技术

近些年来，为满足我国无人机、大型运输机、先进战机、高推重比发动机等高性能要求，通常需将诸多功能构件设计成带有薄壁筋板的中空结构，以达到减重的需要。这些零件通常具有复杂的形状，同时要求具有较高的尺寸精度及表面质量，这就给构件的成形带来了很大的困难。传统的成形工艺多采用分体钣金制造并拼焊，大块材料“整体掏空”或者铸造的方法。采用分体钣金制造加拼焊的工艺，由于铝合金本身焊接性的限制，焊缝处存在较多的缺陷，难以保证零件的质量；“整体掏空”的方式，会增加机加工的时间，同时造成原材料的极大浪费，铸造的方法内部存在很多难以控制的缺陷，不能保证零件的成形质量。

热等静压技术是20世纪50年代发展起来的将粉末烧结和压制处理集于一体的技术。在高温高压下实现粉末材料的固结成形、铸件的致密化处理以及不同材料的扩散连接。该技术将粉末烧结和压制合并在一起，在实现粉末材料全致密化的同时可以保证材料性能各向同性。但是单纯的采用热等静压技术无法直接成形带有复杂内腔的铝合金薄壁件。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供的铝合金薄壁十字筋板零件的粉末热等静压成型方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)根据铝合金薄壁件结构的设计加工模具，该模具是一个整体；铝合金薄壁件整个内腔形状由模具的外表面控制。

2)根据模具形状和铝合金薄壁件外表面形状设计加工出合理的包套，该包套包括带有装粉孔的顶板、侧板1、侧板2、侧板3、侧板4、底板、铝管以及带有抽真空孔的盖片，为便于焊接及节省材料，包套采用随形设计。

3)为了防止在焊接、运输等移动过程中模具发生移动，设计刚性垫板对模具进行定位。

4)根据铝合金薄壁件的材料需求，利用等离子旋转电极法制备出球形铝合金粉末(9)，并筛分出100-325目的粉末备用。

5)将模具的底座嵌入到刚性垫板中，并用销钉进行连接，然后将带有模具的刚性垫板嵌入到包套底座，两者过盈配合，将铝管插入模具和底座连通的孔内，将侧板1、2、3和4分别插入包套底板对应的四个槽中，然后放上顶板，进行焊接，焊接完毕后，利用氦质谱检漏仪对包套进行检漏，直至包套气密性达到要求，然后将上述制备好的铝合金粉末装入包套内，采用机械振动或者人工振动的方式使其充分密实。

6)将带有真空孔的盖片置于装粉孔上，并焊封好。

7)将上述装有模具和刚性垫板的包套放置在加热炉中加热，在高温下利用分子泵通过真空管对包套内部进行抽真空处理，直到达到要求。

8)将上述已经抽真空的包套放置在热等静压设备中，在高温高压下使球形铝合金粉末固结成形，在内部模具的作用下，形成铝合金粉末复杂薄壁结构。

9)利用机械加工的方法去除包套，采用机加工方法加工铝合金薄壁件的外表面，由此得到内部嵌有模具的铝合金薄壁件结构的半成品。

10)利用人工去除和喷砂的方式将内部的模具去除，最终成形带有复杂内腔结构的铝合金薄壁件。