鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接四層結(jié)構(gòu)表面溝槽控制方法研究*

李保永 ，張鐵軍，張凱鋒，姚為，秦中環(huán)，劉 奇，劉 偉

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，哈爾濱150001；2.北京航星機(jī)器制造有限公司，北京100013）

近年來，鈦合金因其優(yōu)良的高溫性能、較高的比強(qiáng)度和優(yōu)異的耐蝕性，在航空航天、化工、船舶領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用[1–4]。隨著航空、航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，飛行器高精度、輕量化、超聲速、大航程等技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)日益提高，對飛行器構(gòu)件制造精度要求愈來愈高、重量控制要求越來越嚴(yán)、研制周期要求越來越短，成本要求越來越低。超塑成形/擴(kuò)散連接（SPF/DB）組合工藝作為一種精密塑性成形技術(shù)，具有近無余量、高效率和低成本等特點(diǎn)，所制造的零件具有設(shè)計自由度高、結(jié)構(gòu)重量輕、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，在飛行器機(jī)體構(gòu)件的制造方面有著十分廣闊的應(yīng)用前景[5–6]。利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)單層、雙層、三層和四層等輕質(zhì)復(fù)雜薄壁中空結(jié)構(gòu)的整體制備。其中四層結(jié)構(gòu)具備整體剛度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是飛行器翼面、舵面、鴨翼、腹鰭等產(chǎn)品的首選設(shè)計結(jié)構(gòu)之一。

蒙皮表面溝槽缺陷是四層結(jié)構(gòu)的常見缺陷之一，是制備四層及其他中空多層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品亟待解決的問題。杜立華等[7]以三層 SPF/DB 鈦合金空心桁架結(jié)構(gòu)為研究對象，通過平面應(yīng)變有限元模型，研究了空心結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對超塑成形過程應(yīng)力應(yīng)變分布的影響以及與表面溝槽產(chǎn)生的關(guān)系，并進(jìn)行了試驗驗證，得到了特定的滿足溝槽控制要求的超塑成形工藝參數(shù)范圍。Cheng 等[8]通過有限元模擬方法分析了三層結(jié)構(gòu)表面溝槽的產(chǎn)生過程，從成形工藝和結(jié)構(gòu)上提出了抑制表面溝槽的方法。……