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CN111927910B - 一种铝镁合金一体化多功能集成结构 - Google Patents

一种铝镁合金一体化多功能集成结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝镁合金一体化多功能集成结构，包括：铝铝合金框架、镁合金支架，铝镁异质材料过渡结构、锌合金连接结构，所述铝合金框架与镁合金支架通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形；所述铝镁异质材料过渡结构置于所述铝合金框架内部支架上端面，用于实现所述铝合金框架与所述镁合金支架之间性能匹配；所述镁合金支架置于所述铝镁异质材料过渡结构的上端面；所述锌合金连接结构位于所述铝合金框架与所述镁合金支架界面处，用于实现所述铝合金框架与镁合金支架之间的冶金结合。本发明的优点是：结构简单，解决了界面处力‑热应力集中带来的变形难题，满足新一代航天武器装备极端服役环境下轻量化、高精度稳定性需求。

Description

一种铝镁合金一体化多功能集成结构
技术领域
本发明涉及一种多功能集成结构，特别是一种铝镁合金一体化多功能集成结构。
背景技术
新一代航天装备具有高速、高机动、强振动冲击等极端服役环境技术特性，对弹载结构研制需求表现为轻量化、高刚度、高抑振与多功能集成化。传统航天结构研制广泛采用轻质高强材料，如单一铝合金、镁合金。当整体结构采用铝合金制造时可满足构件轻量化与高刚度需求，但铝合金材料减振系数小，抗振动效果差，在强烈振动输入条件下，无法满足动态高精度需求，需要通过增加复杂的振动隔离平台，以保证高精度要求。当整体结构采用镁合金制造时可达到高频高阻尼抑振的效果，但镁合金材料刚度低、耐蚀性差，在静力载荷输入下，满足不了结构高刚度性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝镁合金一体化多功能集成结构，解决新一代航天装备极端服役环境下的高精度稳定性难题。
有鉴于此，本发明提供一种铝镁合金一体化多功能集成结构，其特征在于，包括：铝合金框架、镁合金支架，铝镁异质材料过渡结构、锌合金连接结构，所述铝合金框架与镁合金支架通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形；
所述铝镁异质材料过渡结构置于所述铝合金框架内部支架上端面，用于实现所述铝合金框架与所述镁合金支架之间性能匹配；所述镁合金支架置于所述铝镁异质材料过渡结构的上端面；所述锌合金连接结构位于所述铝合金框架与所述镁合金支架界面处，用于实现所述铝合金框架与镁合金支架之间的冶金结合。
进一步地，所述锌合金连接结构为在铝合金框架与镁合金支架使用纯锌作为中间过渡材料。
进一步地，所述锌合金连接结构采用电弧增材制造的方式成形。
进一步地，所述成形高度为2～3mm。
进一步地，所述铝合金框架为圆柱形。
进一步地，所述铝镁异质材料过渡结构通过结构梯度实现铝合金框架与镁合金支架之间物理属性的逐渐过渡。
本发明实现了以下显著的有益效果：
结构简单，包括：铝合金框架、镁合金支架，铝镁异质材料过渡结构、锌合金连接结构，所述铝合金框架与镁合金支架通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形，所述铝镁异质材料过渡结构置于所述铝合金框架内部支架上端面，用于实现所述铝合金框架与所述镁合金支架之间性能匹配；所述镁合金支架置于所述铝镁异质材料过渡结构的上端面；所述锌合金连接结构位于所述铝合金框架与所述镁合金支架界面处，用于实现所述铝合金框架与镁合金支架之间的冶金结合。使得安装在支架上的惯导、电气装备在恶劣振动输入下依然能保持高精度、高稳定性，解决了传统铝合金整体结构高频抗振效果差、可靠性低的问题；通过增加铝镁异质材料过渡结构，实现两种材料物理属性逐渐过渡，解决界面处力-热应力集中带来的变形难题。可实现低频高刚度与高频高阻尼多功能集成于弹载结构中，满足新一代航天武器装备极端服役环境下轻量化、高精度稳定性需求。
附图说明
图1为本发明的一种铝镁合金一体化多功能集成结构示意图；
图2为本发明的一种铝镁合金一体化多功能集成结构剖视图；
附图标记示意
1.铝合金框架 2.镁合金支架 3.铝镁异质材料过渡结构 4.锌合金连接结构
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元模块件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
请参照图1至图2，本发明的一种铝镁合金一体化多功能集成结构，包括：铝合金框架、镁合金支架，铝镁异质材料过渡结构、锌合金连接结构，所述铝合金框架与镁合金支架通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形；所述铝镁异质材料过渡结构置于所述铝合金框架内部支架上端面，用于实现所述铝合金框架与所述镁合金支架之间性能匹配；所述镁合金支架置于所述铝镁异质材料过渡结构的上端面；所述锌合金连接结构位于所述铝合金框架与所述镁合金支架界面处，用于实现所述铝合金框架与镁合金支架之间的冶金结合。
在一个实施例中，所述锌合金连接结构为在铝合金框架与镁合金支架使用纯锌作为中间过渡材料。
在一个实施例中，所述锌合金连接结构采用电弧增材制造的方式成形。
在一个实施例中，所述成形高度为2～3mm。
在一个实施例中，所述铝合金框架为柱形。
在一个实施例中，所述铝镁异质材料过渡结构通过结构梯度实现铝合金框架与镁合金支架之间物理属性的逐渐过渡。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架为柱形，是整套结构的主承力部分，传统的框架采用铝合金材料，通过机加减材的方式获得，本发明中采用电弧增材直接成形方式获得，可实现轻量化设计，同时保证结构高刚度；铝镁异质材料过渡结构置于铝合金框架内部支架上端面，通过特殊的过渡区结构设计方法，实现铝合金框架与镁合金支架之间性能匹配，采用电弧增材制造直接成形；镁合金支架置于铝镁异质材料过渡结构的上端面，采用电弧增材制造方式成形，起到增强抑振功能的作用；锌合金连接结构位于铝合金框架与镁合金支架复杂界面处，主要功能是实现两者之间的冶金结合，采用电弧增材制造的方式成形。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架作为主承力构件，承受严酷的动力学和静力学载荷，铝合金材料具有高模量特性，所以在静载荷环境下，可以满足整体结构高刚度需求，但其减振系数较低，在动力学载荷环境下，只能将振动、冲击传导到镁合金支架。
作为具体的实施例，本发明的镁合金材料减振系数较大，具有优异的抑振功能，当振动、冲击等动力学载荷传导到镁合金支架时，在材料高阻尼的作用下，实现高抗振功能，避免强烈振动输入传导到支架上面安装的惯导、电气设备，保证精度稳定性。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架与镁合金支架弹性模量差别较大，如果两种材料直接过渡，在界面处弹性模量发生突变，在力-热环境下会产生应力集中，铝镁异质材料过渡结构处于铝合金和镁合金复杂界面处，通过结构过渡的方式实现两种材料物理属性逐渐过渡，解决界面处应力集中带来的变形难题。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架与镁合金支架直接连接时，在冶金界面会产生金属间化合物，导致界面开裂，无法成形。锌合金连接结构是在铝合金框架与镁合金支架使用纯锌作为中间过渡材料，采用电弧增材制造的方式成形，成形高度为2.5mm。因此，将高刚度铝合金与高阻尼镁合金一体化应用，通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形，可解决新一代航天装备在极端服役环境下的轻质化、高精度稳定性结构研制瓶颈。
作为具体的实施例，本发明的铝镁异质材料过渡结构置于铝合金框架内部支架上端面，通过特殊的过渡区结构设计方法，实现铝合金框架与镁合金支架之间性能匹配，采用电弧增材制造直接成形；镁合金支架置于铝镁异质材料过渡结构的上端面，采用电弧增材制造方式成形，起到增强抑振功能的作用；锌合金连接结构位于铝合金框架与镁合金支架复杂界面处，主要功能是实现两者之间的冶金结合，采用电弧增材制造的方式成形。
实施例2
本实施例的铝合金框架为圆柱形，是整套结构的主承力部分，传统的框架采用铝合金材料，通过机加减材的方式获得，本发明中采用电弧增材直接成形方式获得，可实现轻量化设计，同时保证结构高刚度；铝镁异质材料过渡结构置于铝合金框架内部支架上端面，通过特殊的过渡区结构设计方法，实现铝合金框架与镁合金支架之间性能匹配，采用电弧增材制造直接成形；镁合金支架置于铝镁异质材料过渡结构的上端面，采用电弧增材制造方式成形，起到增强抑振功能的作用；锌合金连接结构位于铝合金框架与镁合金支架复杂界面处，主要功能是实现两者之间的冶金结合，采用电弧增材制造的方式成形。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架作为主承力构件，承受严酷的动力学和静力学载荷，铝合金材料具有高模量特性，所以在静载荷环境下，可以满足整体结构高刚度需求，但其减振系数较低，在动力学载荷环境下，只能将振动、冲击传导到镁合金支架。
作为具体的实施例，本发明的镁合金材料减振系数较大，具有优异的抑振功能，当振动、冲击等动力学载荷传导到镁合金支架时，在材料高阻尼的作用下，实现高抗振功能，避免强烈振动输入传导到支架上面安装的惯导、电气设备，保证精度稳定性。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架与镁合金支架弹性模量差别较大，如果两种材料直接过渡，在界面处弹性模量发生突变，在力-热环境下会产生应力集中，铝镁异质材料过渡结构处于铝合金和镁合金复杂界面处，通过结构过渡的方式实现两种材料物理属性逐渐过渡，解决界面处应力集中带来的变形难题。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架与镁合金支架直接连接时，在冶金界面会产生金属间化合物，导致界面开裂，无法成形。锌合金连接结构是在铝合金框架与镁合金支架使用纯锌作为中间过渡材料，采用电弧增材制造的方式成形，成形高度为2mm。因此，将高刚度铝合金与高阻尼镁合金一体化应用，通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形，可解决新一代航天装备在极端服役环境下的轻质化、高精度稳定性结构研制瓶颈。
作为具体的实施例，本发明的铝镁异质材料过渡结构置于铝合金框架内部支架上端面，通过特殊的过渡区结构设计方法，实现铝合金框架与镁合金支架之间性能匹配，采用电弧增材制造直接成形；镁合金支架置于铝镁异质材料过渡结构的上端面，采用电弧增材制造方式成形，起到增强抑振功能的作用；锌合金连接结构位于铝合金框架与镁合金支架复杂界面处，主要功能是实现两者之间的冶金结合，采用电弧增材制造的方式成形。
实施例3
本实施例的铝合金框架为椭圆柱形，是整套结构的主承力部分，传统的框架采用铝合金材料，通过机加减材的方式获得，本发明中采用电弧增材直接成形方式获得，可实现轻量化设计，同时保证结构高刚度；铝镁异质材料过渡结构置于铝合金框架内部支架上端面，通过特殊的过渡区结构设计方法，实现铝合金框架与镁合金支架之间性能匹配，采用电弧增材制造直接成形；镁合金支架置于铝镁异质材料过渡结构的上端面，采用电弧增材制造方式成形，起到增强抑振功能的作用；所述锌合金连接结构位于铝合金框架与镁合金支架复杂界面处，主要功能是实现两者之间的冶金结合，采用电弧增材制造的方式成形。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架作为主承力构件，承受严酷的动力学和静力学载荷，铝合金材料具有高模量特性，所以在静载荷环境下，可以满足整体结构高刚度需求，但其减振系数较低，在动力学载荷环境下，只能将振动、冲击传导到所述镁合金支架。
作为具体的实施例，本发明的镁合金材料减振系数较大，具有优异的抑振功能，当振动、冲击等动力学载荷传导到镁合金支架时，在材料高阻尼的作用下，实现高抗振功能，避免强烈振动输入传导到支架上面安装的惯导、电气设备，保证精度稳定性。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架与镁合金支架弹性模量差别较大，如果两种材料直接过渡，在界面处弹性模量发生突变，在力-热环境下会产生应力集中，铝镁异质材料过渡结构处于铝合金和镁合金复杂界面处，通过结构过渡的方式实现两种材料物理属性逐渐过渡，解决界面处应力集中带来的变形难题。
作为具体的实施例，本发明的铝合金框架与镁合金支架直接连接时，在冶金界面会产生金属间化合物，导致界面开裂，无法成形。锌合金连接结构是在铝合金框架与镁合金支架使用纯锌作为中间过渡材料，采用电弧增材制造的方式成形，成形高度为3mm。因此，将高刚度铝合金与高阻尼镁合金一体化应用，通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形，可解决新一代航天装备在极端服役环境下的轻质化、高精度稳定性结构研制瓶颈。
作为具体的实施例，本发明的铝镁异质材料过渡结构置于铝合金框架内部支架上端面，通过特殊的过渡区结构设计方法，实现铝合金框架与镁合金支架之间性能匹配，采用电弧增材制造直接成形；镁合金支架置于铝镁异质材料过渡结构的上端面，采用电弧增材制造方式成形，起到增强抑振功能的作用；锌合金连接结构位于铝合金框架与镁合金支架复杂界面处，主要功能是实现两者之间的冶金结合，采用电弧增材制造的方式成形。
本发明实现了以下显著的有益效果：
结构简单，包括：铝合金框架、镁合金支架，铝镁异质材料过渡结构、锌合金连接结构，所述铝合金框架与镁合金支架通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形，所述铝镁异质材料过渡结构置于所述铝合金框架内部支架上端面，用于实现所述铝合金框架与所述镁合金支架之间性能匹配；所述镁合金支架置于所述铝镁异质材料过渡结构的上端面；所述锌合金连接结构位于所述铝合金框架与所述镁合金支架界面处，用于实现所述铝合金框架与镁合金支架之间的冶金结合。使得安装在支架上的惯导、电气装备在恶劣振动输入下依然能保持高精度、高稳定性，解决了传统铝合金整体结构高频抗振效果差、可靠性低的问题；通过增加铝镁异质材料过渡结构，实现两种材料物理属性逐渐过渡，解决界面处力-热应力集中带来的变形难题。可实现低频高刚度与高频高阻尼多功能集成于弹载结构中，满足新一代航天武器装备极端服役环境下轻量化、高精度稳定性需求。
根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种铝镁合金一体化多功能集成结构，其特征在于，包括：铝合金框架、镁合金支架，铝镁异质材料过渡结构、锌合金连接结构，所述铝合金框架与镁合金支架通过电弧增材制造的方式实现整体结构成形；
所述铝镁异质材料过渡结构置于所述铝合金框架内部支架上端面，用于实现所述铝合金框架与所述镁合金支架之间性能匹配；所述镁合金支架置于所述铝镁异质材料过渡结构的上端面；所述锌合金连接结构位于所述铝合金框架与所述镁合金支架界面处，用于实现所述铝合金框架与镁合金支架之间的冶金结合；
所述锌合金连接结构为在铝合金框架与镁合金支架使用纯锌作为中间过渡材料；
所述锌合金连接结构采用电弧增材制造的方式成形；
所述铝合金框架为圆柱形；
所述铝镁异质材料过渡结构通过结构梯度实现铝合金框架与镁合金支架之间物理属性的逐渐过渡；
所述锌合金连接结构的成形高度为2～3mm。
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