[0001] 本发明属于钣金成形技术领域，具体是一种单层且带有非连续加强内部结构的钛合金支板及其超塑扩散连接方法。

[0002] 流线型支板是航空发动机中用于连接回转件内外环常用的一类零组件，为减小对气流的阻力，支板一般都是设计成圆弧形头部，逐步过渡到尾缘的叶形流线形状，为了减轻重量和保证工作强度，通常采用钛合金薄板成形，并在中心部位设置加强筋，既提高支板强度和刚性，又能穿设管线和通风冷却，实现内外环联通的目的，将内外环连接成一个整体。

[0003] 国内空心支板的结构都是采用单件热成形后氩弧焊(即将空心支板对称剖分呈两半，针对每一半单独热压成型，然后氩弧焊对接形成整体空心支板)或者采用四层板材超塑成形扩散连接而成，前述的成形方法往往存在焊后变形难以消除，又或者多层壁成形中连接处凹陷导致零件型面不符合要求等情况，同时，针对非连续多层结构支板超塑成形的工艺方法尚未出现。

[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

[0037] 如图1所示，为本发明设计的一种薄壁钛合金非连续加强结构(加强筋)的空心支板，该非连续加强结构(加强筋)空心支板是涡扇航空发动机上用于连接分流内外环用的一个钛合金封闭型薄壁组件零件，结构采用超塑成形扩散连接，如图10所示，图10中左图为扩散焊连接，右图为超塑成形。超塑成形扩散连接在高温真空状态加压形成固相永久性连接，再通过高压惰性气体施压空心支板壁面产生塑性变形来获得空心支板所需的型面轮廓。需要说明的是，如图1中左图所示，非连续加强是指两条加强筋与支板壁连接的区域(图4中加强筋的两条侧边，对应图1中左图的虚线区域)在长度方向既没有延伸到左端敞口处，也没有延伸到右端敞口处，高度方向既没有延伸到前缘圆弧段末端(图1中右图支板壁最下端)，也没有延伸到尾缘叶形流线段末端(图1中右图支板壁最上端)，而是一个与支板边缘轮廓相对孤立的局部区域，这种非连续的加强筋导致在扩散焊接时整体密封困难、定位困难。

[0038] 如图1中右图所示，从下向上看，非连续加强结构空心支板由前端圆弧形状段，中间平滑过渡段到尾缘的叶形流线结构段，三段结构封闭形成了两端闭合(图1中右图上、下端)两侧敞口(图1中左图左、右两侧)的支板腔体，支板腔体中间不同位置分布有两个用于加强和连接的加强筋，材料都是薄壁钛合金板材，为了获得良好的焊接质量和支板组件的外廓形状及尺寸精度，本发明采用了加强筋单独单件成形(如图4)，支板壁初步预压成形，预压成形时，支板壁的外轮廓在设计图纸要求基础上内缩(等比例缩小轮廓)一定尺寸量，加工出支板壁半成品毛坯(如图3)。

[0039] 根据非连续加强结构空心支板成形和扩散焊要求，采用第一芯模3(如图5和图6)，第一芯模3上有两条槽口作为定位槽(图6中从左向右延伸的槽)，将单块弯曲好的加强筋装配(插入)到第一芯模3的两个定位槽中，再将带有加强筋的第一芯模3装配到支板壁半成品毛坯内腔中，在包含第一芯模3的空心支板两端(图1中左图对应的左、右两侧敞口)焊接封头堵盖，形成非连续加强空心支板的封闭结构，在封堵盖上分别焊接通气用管子，装配到用于扩散连接的设备中，抽真空，同时将非连续加强空心支板和模具加热到一定温度下，合上扩散焊接模具，施加一定压力，保压后实现加强筋与支板壁的扩散焊连接。如图7所示，为扩散焊模具，主要由下模1、支承下型块2、第一芯模3、挡板4、支承上型块5、上模6、定位块7和芯轴8组成，其中，芯轴8用于插入图5中第一芯模3中心区域的圆孔中，用于第一芯模3的定位并确保其不会偏移，也方便从支板腔体取出第一芯模3。支承下型块2和支承上型块5则是分别用于配合下模1、上模6从下方和上方两个方向压紧支板壁与加强筋的连接位置，如图8和图9所示，支承下型块2的上端有两个凸起，分别对应两块加强筋与支板壁连接进行扩散焊的位置，支承上型块5下端有两个凸起，分别应两块加强筋与支板壁连接进行扩散焊的位置，当上模6和下模1合模时，第一芯模3的外表面起到了从空心支板内部支撑的作用，而支承下型块2上端的两个凸起表面和支承上型块5下端的两个凸起表面分别从空心支板的支板壁外侧压紧，对应第一芯模3定位槽中的两块加强筋，使得加强筋与支板壁压紧贴合，从而实施扩散焊，压紧位置只是局限在加强筋与支板壁连接位置，没有扩大到其它非连接位置。

[0040] 图10中描述了从扩散焊设备转换到超塑成形设备时的状态，在完成扩散焊连接的基础上，通过拆卸支承下型块2和支承上型块5，再将含有第一芯模3的支板壁安装到超塑成形设备中去，连接通气用管子，加热支板和超塑成形模具，当达到所需成形温度，在一定的时间内按一定规律变化的气体压力通入氩气，使带加强筋的支板壁逐步变形直到贴合超塑成形模具的型腔壁面，稳定一定时间后获得支板壁型面的精确轮廓，实现非连续加强结构空心支板的超塑成形。

[0041] 扩散焊前准备：先将方形钛合金板材热弯成V形(如图2)，借助于与支板腔体形状相同的第一芯模3(图5和图6)压制成近似支板壁外形(包括支板壁内壁面形状和外壁面形状)的毛坯件，即支板壁半成品(图3)，将支板壁尾缘一侧定位焊连接闭合，将弯曲好的加强筋(图4)安装到第一芯模3的定位槽内(图6中左侧开始延伸到右侧的槽口)，再在支板壁两侧焊接端盖封堵支板腔体，端盖上焊接通气用的管子。

[0042] 连接通气管子与真空泵，对支板腔体进行检查，检查带有第一芯模3的支板腔体的密封性，将支板壁连同第一芯模3一起安装到扩散焊模具(如图7)内抽真空，检查支板腔体‑3能够承受的真空压力，稳定真空度在10 Pa内，采用最小压力将模具合模(上模6下降时可调的最小压力，或者利用模具的自重)，对带有支板壁的扩散焊模具一起加热，检查加热温度，在给定温度内保持温度均匀，对带支板壁的扩散焊模具施加一定压力，确保如图10左图所示，支承下型块2和支承上型块5分别沿上下两个方向从支板壁外侧压紧，支板壁内部由第一芯模3支撑，保证加强筋与支板壁连接处正确贴合压紧，保压到指定的时间，完成支板壁与加强筋的扩散连接工作，关闭真空泵，充入氩气，保证支板内腔达到大气压力，冷却带支板壁的扩散焊模具到室温。

[0043] 如图10所示开启设备，将上模6升高，去除支板壁(第一芯模3可以保留不拆卸，当然也可以直接拆掉)，然后将扩散焊模具中的支承下型块2和支承上型块5拆除，扩散焊后的支板壁装入超塑成形模具中(本实施例中上模6的下表面和下模1的上表面均带有支板壁的成形面，即图10中的两个凹面，因此，扩散焊后只需要拆除支承下型块2和支承上型块5，如果上模6和下模1不带成形面，那么扩散焊后需要更换带有成形面的上模6和下模1)，连接通气管子与气源(通气装置)，经通气管通入氩气，检查支板腔体的密封情况，对带支板的超塑成形模具整体一起加热，待温度达到超塑温度的情况下，利用压力机对超塑成形模具表面施加一定压力，然后按一定规律将氩气通入支板腔体，通气过程中确保氩气压力符合超塑成形的规律曲线，不出现漏气等异常现象，待压力曲线完成后，保压一定时间，确保氩气将支板壁胀形到模具成形面并贴合，实现支板壁的变形，获得支板壁的流线形形状和轮廓尺寸，最后卸掉支板腔体压力到大气压，带有支板壁的模具随炉冷却，室温状态下开启超塑成形设备，从超塑成形模具中取出支板壁，切除支板壁两侧的封堵端盖，按产品图尺寸(图1)要求切割端面(图1中左图的左侧端面和右侧端面)和尾缘(图1中左图上方位置)，获得非连续加强结构空心支板的外形尺寸和轮廓，完成非连续加强空心支板加工。

[0044] 本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。