一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法与流程

1.本发明属于钛合金精密塑性成形技术领域，尤其涉及一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法。


背景技术：

2.随着航空航天领域的快速发展，轻质高效结构的研发应用已成为新一代飞行器制造的必经之路。对于悬出面大的钛合金薄壁零件，其蒙皮层板通常需要采用局部区域降低壁厚并设置不同规格、分布加强筋的方式，在保障结构刚度和连接安装功能的同时最大限度满足轻量化需求。
3.目前，钛合金变壁厚带筋板主要通过挤压或热成型的方式制备，配合机械加工或者化学铣切等工艺进行局部减薄；这种方法制备周期短，成本较低，但是对零件的型面特征和挤压/热成型加载吨位有较高的要求。对于弯曲半径小的倒角或曲率、截面突变的连接部位，成型过程中易发生破裂。此外还存在着加工后构件变形、环境污染等显著问题。
4.而通过超塑成形制备带筋板，再利用扩散连接将衬板与带筋板连接成一体的组合工艺具有成形性好、设计自由度大等优点，但是由于成形阶段通气和密封条件限制，一般情况下为了保障连接质量，需要将扩散连接和超塑成形过程分开进行。冗长复杂的工序流和两次高温(＞900℃)过程对零件力学性能、表面氧化状态、零件成形精度等都有显著的影响。此外，超塑成形工艺是利用钛合金板料高温下的超塑性延展变形形成特定的曲面特征，对于曲率/截面突变且筋肋结构复杂的位置易出现局部严重减薄、褶皱等现象。因此，复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备工艺研究具有重要的现实意义。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明旨在提出一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法，以解决现有的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备过程中易发生破裂、局部严重减薄、褶皱、过度氧化等缺陷控制以及成形后零件型面精度控制差等技术问题。
6.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
7.本发明提供了一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法，复杂曲面变壁厚钛合金带筋板包括变壁厚的复杂曲面和复杂曲面上设置的加强筋；
8.制备方法包括以下步骤：
9.步骤1、将基板和工艺衬板的板料在热成型设备中保温保压预成型得到基板预成型坯和工艺衬板预成型坯，基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的形状轮廓与复杂曲面的形状轮廓相同；
10.步骤2、对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯进行清洗；
11.步骤3、在基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的需超塑成形区域涂覆止焊剂，随后将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四边对齐，确保基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上未涂覆止焊剂的区域相互对应；
12.步骤4、将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上的通气槽位置焊接进气管，将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周封装焊接；
13.步骤5、将封焊后的坯料依次进行扩散连接和超塑成形，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板坯料；
14.步骤6、将复杂曲面变壁厚钛合金带筋板坯料碱崩酸洗；然后按照复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的零件模型切除工艺衬板和基板的余料区域，并对坯料边缘的通气槽进行封口，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板；
15.步骤5中的扩散连接和超塑成形的温度高于步骤1中的预成型温度。
16.进一步的，步骤1中采用预成型模具，预成型模具包括第一凸模和凹模，根据复杂曲面的参照外轮廓型面依据缩尺比率设计第一凸模的外形型腔，凹模与第一凸模匹配；凹模上设有挡料销，第一凸模和凹模上均设置有导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密封梗和分模口。
17.进一步的，步骤1中，将基板和工艺衬板的板料在热成型设备中保温保压预成型得到基板预成型坯和工艺衬板预成型坯包括：
18.步骤s101、按照复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的展开尺寸加上加工余量计算基板和工艺衬板的板料尺寸，板料上加工通气槽和定位孔；
19.步骤s102、清洗板料；
20.步骤s103、将第一凸模和凹模的表面涂覆脱模剂后依次装入热成型设备，将基板和工艺衬板的板料匹配挡料销后依次装入，将基板和工艺衬板的板料四周对齐；随后将热成型设备升温，当模具温度达到580～770℃时，对基板和工艺衬板的板料施加30～70t压力，保压20～240min；保压结束后，冷却，然后将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯从模具中分离取出。
21.进一步的，步骤s103中，保压结束后，随炉降温至当模具温度冷却到500～750℃，通过分模口将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯从模具中分离取出，空冷至室温。
22.进一步的，步骤2中，采用酸性混合液对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯进行清洗。
23.进一步的，步骤4中，根据基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的贴合状态和后续成形过程板料流动趋势，对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周的工艺边局部位置的连接状态进行预先调控；预先调控包括将工艺边局部位置直接预先焊接、使用等厚度同形状工艺试片局部替换拼焊或调整工艺边层板间止焊剂的分布。
24.进一步的，步骤5中，采用超塑成形/扩散连接模具，超塑成形/扩散连接模具包括凹模和第二凸模；以复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的外形轮廓为基础，按缩尺比率设计第二凸模的型腔，在第二凸模上加工定位孔、导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密封梗和分模口。
25.进一步的，步骤5中，将封焊后的坯料进行扩散连接和超塑成形包括：
26.步骤s501、在第二凸模和凹模的表面涂覆脱模剂，将封焊后的坯料装入模具内，随后装入超塑成形/扩散连接设备；
27.步骤s502、先对坯料、工装进行抽真空，然后将设备升温；当模具温度达到890～950℃时，保持基板和工艺衬板间抽真空状态，从第二凸模的通气孔充入惰性气体并维持压
强在1.4～2.6mpa，保压30～150min，实现扩散连接；然后，通过通气槽向基板和工艺衬板之间充入惰性气体，气压达到0.8～2mpa时停止充气，保压30～150min，实现超塑成形；
28.步骤s503、保压结束后卸载气压，冷却，将模具和零件坯料从设备平台上取出。
29.进一步的，步骤s503中，保压结束后卸载气压，随炉降温至当模具温度冷却到500～680℃；将模具和零件坯料从设备平台上取出，再将零件坯料从模具中分离取出，冷却至室温。
30.进一步的，步骤6中，碱崩酸洗包括熔融碱浴和混酸酸洗。
31.与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
32.本发明的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法中，通过采用先中温预成型得到与复杂曲面的形状轮廓相同的预成型坯，再采用高温扩散连接和超塑成形得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板，利用中温热成形和高温超塑成形过程钛合金板料形变/流动特点分步成形，搭配合适的成形工艺参数，从而避免制备过程中局部严重减薄、破裂等缺陷的产生，并通过模具缩尺系数精确控制和超塑成形/扩散连接工艺参数优化有效提高了成形后零件的型面精度。
33.本发明的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法中，在封装焊接时，通过预先调控坯料的工艺边局部位置的连接状态，实现后续扩散连接/超塑成形环节外围局部区域钛合金坯料的材料流动状态控制，可有效避免板料在曲率/截面突变特征部位的过度流动产生的板料堆积、褶皱等缺陷。
34.本发明的方法制备的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的成形质量和成形精度高，例如，型面精度达到＜0.3mm；本体屈服强度830mpa以上，例如834～864mpa；抗拉强度950mpa以上，例如950～979mpa；延伸率14％以上，例如14.7％～15.9％。复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的外观平滑洁净，无局部严重减薄、褶皱、破裂、过度氧化等缺陷，最大减薄率低于30％，例如25％～29％；表层氧含量0.0072％以下，例如表层氧含量为0.0060％～0.0072％。本发明的制造周期短，成本低，可操作性好，利于工业化生产。
35.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
36.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
37.图1为本发明的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的结构示意图；
38.图2为本发明的制备方法中预成型原理示意图；
39.图3为本发明的制备方法中扩散连接原理示意图；
40.图4为本发明的制备方法中超塑成形原理示意图；
41.图5为对比例1制备得到的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的宏观示意图。
42.附图标记：
43.1-复杂曲面，2-加强筋，3-第一凸模，4-凹模，5-挡料销，6-第二凸模，7-板料，a-抽真空，b-充入惰性气体，c-排气。
具体实施方式
44.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
45.申请人在深入研究复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的过程中，首先采用了超塑成形制备带筋板，利用扩散连接将衬板与带筋板连接成一体。这种组合工艺具有成形性好、设计自由度大等优点，但是对于钛合金变壁厚带筋板，由于成形阶段通气和密封条件限制，一般情况下为了保障连接质量，需要将扩散连接和超塑成形过程分开进行。冗长复杂的工序流和两次高温(＞900℃)过程对零件力学性能、表面氧化状态、零件成形精度等都有显著的影响。此外，超塑成形工艺是利用钛合金板料高温下的超塑性延展变形形成特定的曲面特征，对于曲率/截面突变且筋肋结构复杂的位置易出现局部严重减薄、褶皱等现象。
46.如图1所示，本发明的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板包括变壁厚(即复杂曲面的壁厚是非均匀的)的复杂曲面1和复杂曲面上设置的加强筋2。
47.针对上述技术问题，本发明提供了一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法，包括以下步骤：
48.步骤1、将基板和工艺衬板的板料7在热成型设备中保温保压预成型得到基板预成型坯和工艺衬板预成型坯，基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的形状轮廓与复杂曲面1的形状轮廓相同；
49.步骤2、对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯进行清洗，去除表面氧化层；
50.步骤3、在基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的需超塑成形区域涂覆止焊剂，随后将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四边对齐，确保基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上未喷涂止焊剂的区域相互对应；
51.步骤4、将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上的通气槽位置焊接进气管，将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周(除通气槽位置)封装焊接；此步骤中，根据基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的贴合状态和后续成形过程板料流动趋势，对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周的工艺边局部位置的连接状态进行预先调控；
52.工艺边指的是零件理论外轮廓与坯料实际外轮廓间的区域；
53.预先调控包括将工艺边局部位置直接预先焊接、使用等厚度同形状工艺试片局部替换拼焊、调整工艺边层板间止焊剂的分布等方式；
54.步骤5、将封焊后的坯料依次进行扩散连接和超塑成形，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板坯料；
55.步骤6、将复杂曲面变壁厚钛合金带筋板坯料碱崩酸洗去除零件坯料表面氧化层；然后按照复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的零件模型切除工艺衬板和基板的余料区域，并通过焊接方式对坯料边缘的通气槽进行封口，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板；
56.上述步骤5中的扩散连接和超塑成形的温度高于步骤1中的预成型温度。
57.具体的，上述步骤1中采用预成型模具，如图2所示，预成型模具包括第一凸模3和凹模4，复杂曲面1的参照外轮廓型面依据缩尺比率设计第一凸模3的外形型腔，凹模4与第一凸模3匹配；凹模4上设有挡料销5，第一凸模3和凹模4上均设置有导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密封梗和分模口。
58.具体的，上述复杂曲面1的参照外轮廓型面是根据复杂曲面1的曲面特征构建的。
59.具体的，第一凸模3的材质优选耐热铸铁；耐热铸铁的成本较低、在800℃以下尺寸稳定性较好；第一凸模3的缩尺比率优选：1％～8％。
60.具体的，上述步骤1中，将基板和工艺衬板的板料在热成型设备中保温保压预成型得到基板预成型坯和工艺衬板预成型坯包括：
61.步骤s101、按照复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的展开尺寸加上加工余量计算基板和工艺衬板的板料尺寸，板料上通过机械加工方式加工通气槽和定位孔；
62.步骤s102、采用酒精或丙酮等溶剂清洗板料，去除板料表面油污；
63.步骤s103、将第一凸模3和凹模4的表面涂覆一层脱模剂后依次装入热成型设备，将基板和工艺衬板的板料匹配挡料销5后依次装入，将基板和工艺衬板的板料四周对齐，放入测温装置；随后将热成型设备升温，当模具温度达到580～770℃时，对基板和工艺衬板的板料施加30～70t压力，保压20～240min；保压结束后，随炉降温至当模具温度冷却到500～750℃(设置在此温度范围一方面方便零件脱模，另一方面减少取出时零件的内应力)，取出测温装置，通过分模口将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯从模具中分离取出，空冷至室温。
64.需要说明的是，上述步骤s103中，考虑热成型设备升温速率过大容易出现板料温度均匀性差，过小容易导致板料加热过程晶粒度降低；因此，控制升温速率为先以30～60℃/min升至450～500℃，再以3～10℃/min升至580～770℃。
65.上述步骤s103中，模具温度过高板料表面氧化程度严重；过低，板料塑性变形能力较差易开裂，压力过大容易在板料内部引入高的残余应力，过小易导致板料变形不均匀。保压时间过长能耗高，且易加剧表面氧化程度，过短则脱模后易产生回弹。因此，控制模具温度580～770℃，例如600℃、630℃、650℃、670℃、700℃、730℃、750℃等；控制施加30～70t压力，例如35t、40t、45t、50t、55t、60t、65t等；控制保压20～240min，例如30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min、180min、190min、200min、210min、220min、230min等。
66.具体的，上述步骤2中，可以采用酸性混合液对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯进行清洗。
67.具体的，上述步骤2中，酸性混合液优选组分氢氟酸、硝酸和水，体积配比优选1:3～8:11～16；为了保证去除表面氧化层的效果，清洗时间优选5～15min。
68.具体的，上述步骤4中，现有技术中封焊时多采用直接将坯料的四周封焊，其对于约束作用仅限于板料四周的局部焊缝位置。本发明中，根据基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的贴合状态和后续成形过程板料流动趋势，对基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周的工艺边局部位置的连接状态进行预先调控，具体的，预先调控包括两种方式，对于平面或曲率半径大于50mm的工艺边位置，通过中频直流电阻点焊的方式进行预先焊接，对于曲率半径小于50mm的工艺边位置，先通过激光切割的方式切除该部分预成型坯工艺边，再使用等厚度(厚度为基板和衬板厚度之和)同形状工艺试片局部替换，通过氩弧焊方式与预成型坯连接。
69.具体的，上述步骤5中采用超塑成形/扩散连接模具，超塑成形/扩散连接模具包括凹模4和第二凸模6；以复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的外形轮廓为基础，按缩尺比率设计第二凸模6的型腔，在第二凸模6上加工定位孔、导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密
封梗和分模口。
70.具体的，凹模4和第二凸模6的材质优选耐热铸钢；耐热铸钢在950℃以下尺寸稳定性好，模具寿命长；凹模4和第二凸模6的缩尺比率优选：3％～15％；
71.具体的，上述步骤5中，将封焊后的坯料依次进行扩散连接和超塑成形包括：
72.步骤s501、在第二凸模6和凹模4的表面涂覆一层脱模剂，将封焊后的坯料装入模具内，随后装入超塑成形/扩散连接设备，并放入测温装置；
73.步骤s502、先对坯料、模具进行抽真空a，待真空度达到低于1kpa后将设备升温；当模具温度达到890～950℃时，保持基板和工艺衬板间抽真空状态，从第二凸模6的通气孔充入惰性气体b并维持压强在1.4～2.6mpa，保压时间30～150min，实现扩散连接；然后，通过通气槽向基板和工艺衬板之间充入惰性气体b，同时，在基板和凹模4之间通过机械泵排气c，气压达到0.8～2mpa时停止充气，进入保压状态，保压时间30～150min，实现超塑成形；惰性气体优选氩气；
74.步骤s503、保压结束后卸载气压，随炉降温至当模具温度冷却到500～680℃，取出测温装置；将模具和零件坯料从设备平台上吊出，再通过分模口将零件坯料从模具中分离取出，冷却至室温。
75.具体的，上述步骤s502中，超塑成形过程中，模具温度用于保障钛合金板料成型过程的超塑性，模具到温后实际温度偏差控制在
±
10℃以内。压强过大引起的成形速率过高易导致局部破裂，过小则无法满足成型要求。保压时间过长易导致晶粒粗化，产品力学性能降低，过短则热应力释放不足易回弹。因此，控制温度890～950℃，例如900℃、910℃、920℃、930℃、940℃等。控制压强0.8～2mpa，例如1.0mpa、1.2mpa、1.4mpa、1.6mpa、1.8mpa等；控制保压时间30～150min，例如40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min等。
76.具体的，上述步骤6中，碱崩酸洗包括熔融碱浴和混酸酸洗。
77.本发明的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法中，通过采用先中温预成型得到与复杂曲面的形状轮廓相同的预成型坯，再采用高温扩散连接和超塑成形得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板，利用中温热成形和高温超塑成形过程钛合金板料形变/流动特点分步成形，搭配合适的成形工艺参数，从而避免制备过程中局部严重减薄、破裂等缺陷的产生，并通过模具缩尺系数精确控制和超塑成形/扩散连接工艺参数优化有效提高了成形后零件的型面精度。
78.本发明的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法中，在封装焊接时，通过预先调控坯料的工艺边局部位置的连接状态，实现后续扩散连接/超塑成形环节外围局部区域钛合金坯料的材料流动状态控制，可有效避免板料在曲率/截面突变特征部位的过度流动产生的板料堆积、褶皱等缺陷。
79.本发明的方法制备的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的成形质量和成形精度高，制造周期短，成本低，可操作性好，利于工业化生产。
80.为了说明上述方案的可行性，本发明给出以下具体实施方式：
81.实施例1
82.本实施例提供了一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法，包括以下步骤：
83.(1)模具制作：制作预成型模具和超塑成形/扩散连接模具。
84.采用中硅钼球墨铸铁为原材料，以复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的零件制品的三维模型为基础，去除所有加强筋特征，保留剩余的复杂曲面特征并构建参照外轮廓型面，并将参照外轮廓型面依据缩尺比率4.5％设计第一凸模3的外形型腔；在第一凸模3上加工挡料销5、导向孔、测温孔、吊装孔和分模口；
85.采用耐热铸钢zg35cr24ni7sin为原材料，以零件制品的外形轮廓为基础，按缩尺比率7％设计第二凸模6和凹模4的型腔，并在第二凸模6和凹模4上分别加工定位孔、导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密封梗和分模口；
86.(2)坯料加工：
87.采用1.2mm和2.4mm厚的tc4细晶板为原材料，按照零件制品的展开尺寸加上加工余量50mm计算基板和工艺衬板的下料尺寸，零件折弯角对应的边缘位置通过机械切除预留100
×
35mm缺口；板料上通过机械加工方式加工2个通气槽和定位孔，通气槽截面积1.0mm2。并使用酒精、丙酮等溶剂清洗，去除表面油污；
88.(3)预成型：将第一凸模3和凹模4表面涂覆一层高温脱模剂，依次装入热成型设备，将加工后的基板和工艺衬板的板料匹配模具挡料销5后依次装入，四周对齐，插入热电偶；随后将热成型设备升温，控制升温速率为先以60℃/min升至500℃，再以10℃/min升至720℃。当模具温度达到720℃时，对基板和工艺衬板的板料施加50t压力，保压45min；保压结束后，随炉降温；至当模具温度冷却到695℃，取出热电偶，通过分模口将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯从模具中分离取出，空冷至室温；
89.(4)预成型坯酸洗：在25℃下使用酸性混合液清洗步骤(3)得到的基板和工艺衬板预成型坯，酸洗时间为8min；
90.酸性混合液采用体积配比1:3:16的氢氟酸、硝酸和水混合物；
91.(5)涂覆止焊剂：
92.在酸洗后的基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的超塑成形区域刷涂氧化钇止焊剂，随后将坯料四边对齐，确保基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上未喷涂止焊剂的区域相互对应。
93.(6)封装焊接：
94.通过氩弧焊方式将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周(除通气槽位置)封焊，通气槽位置与进气管氩弧焊连接，在坯料预留缺口位置使用厚度3.6mm的同材质同形状的预制片拼焊补全；
95.(7)扩散连接和超塑成形：在第二凸模6和凹模4表面涂覆一层脱模剂，将封装焊接后的坯料装入模具内，随后装入超塑成形/扩散连接设备，并放入热电偶；先对坯料、工装进行抽真空，待真空度低于1kpa后将设备升温；当模具温度达到910℃时，保持基板和工艺衬板间抽真空状态，从第二凸模6的通气孔充入氩气并维持压强在1.8mpa，保压时间60min，实现扩散连接；然后，通过通气槽向基板和工艺衬板之间充入氩气，同时，在基板和凹模4之间通过机械泵排气c，气压达到1.5mpa时停止充气，进入保压状态，保压时间60min，实现超塑成形；保压结束后卸载气压，随炉降温；
96.(8)出炉：至当模具温度冷却到580℃，取出测温装置；将模具和零件坯料从设备平台上吊出，再通过分模口将零件坯料从模具中分离取出，冷却至室温；
97.(9)碱崩酸洗：通过熔融碱浴和混酸酸洗的方式去除零件坯料表面氧化层；
98.(10)封口与加工：通过机械加工方式，按照零件模型切除工艺衬板中心余料和基板的边缘加工余料，并通过氩弧焊对零件坯料边缘的通气槽进行封口，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板。
99.本实施例所得的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的型面精度＜0.3mm，本体屈服强度864mpa，抗拉强度979mpa，延伸率14.7％。复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的外观平滑洁净，无局部严重减薄、褶皱、破裂、过度氧化等缺陷，最大减薄率为25％，表层氧含量为0.0060％。
100.实施例2
101.本实施例提供了一种复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的制备方法，其步骤与实施例1大致相同：
102.(1)模具制作：制作预成型模具和超塑成形/扩散连接模具。
103.采用中硅钼球墨铸铁为原材料，以复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的零件制品的三维模型为基础，去除所有加强筋特征，保留剩余的复杂曲面特征并构建参照外轮廓型面，并将参照外轮廓型面依据缩尺比率3.7％设计第一凸模3的外形型腔；在第一凸模3上加工挡料销5、导向孔、测温孔、吊装孔和分模口；
104.采用耐热铸钢zg35cr24ni7sin为原材料，以零件制品的外形轮廓为基础，按缩尺比率6.0％设计第二凸模6和凹模4的型腔，并在第二凸模6和凹模4上分别加工定位孔、导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密封梗和分模口；
105.(2)坯料加工：
106.采用1.2mm和2.4mm厚的tc4细晶板为原材料，按照零件制品的展开尺寸加上加工余量50mm计算基板和工艺衬板的下料尺寸，零件折弯角对应的边缘位置通过机械切除预留100
×
35mm缺口；板料上通过机械加工方式加工2个通气槽和定位孔，通气槽截面积1.0mm2。并使用酒精、丙酮等溶剂清洗，去除表面油污；
107.(3)预成型：将第一凸模3和凹模4表面涂覆一层高温脱模剂，依次装入热成型设备，将加工后的基板和工艺衬板的板料匹配模具挡料销5后依次装入，四周对齐，插入热电偶；随后将热成型设备升温，控制升温速率为先以30℃/min升至450℃，再以3℃/min升至600℃。当模具温度达到600℃时，对基板和工艺衬板的板料施加70t压力，保压80min；保压结束后，随炉降温；至当模具温度冷却到510℃，取出热电偶，通过分模口将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯从模具中分离取出，空冷至室温；
108.(4)预成型坯酸洗：在35℃下使用酸性混合液清洗步骤(3)得到的基板和工艺衬板预成型坯，酸洗时间为15min；
109.酸性混合液采用体积配比1:3:16的氢氟酸、硝酸和水混合物；
110.(5)涂覆止焊剂：
111.在酸洗后的基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的超塑成形区域刷涂氧化钇止焊剂，随后将坯料四边对齐，确保基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上未喷涂止焊剂的区域相互对应。
112.(6)封装焊接：
113.通过氩弧焊方式将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周(除通气槽位置)封焊，通气槽位置与进气管氩弧焊连接，对坯料工艺边通过中频直流电阻点焊的方式进行预
先焊接，焊点直径4mm，间距30mm；
114.(7)扩散连接和超塑成形：在第二凸模6和凹模4表面涂覆一层脱模剂，将封装焊接后的坯料装入模具内，随后装入超塑成形/扩散连接设备，并放入热电偶；先对坯料、工装进行抽真空，待真空度低于500pa后将设备升温；当模具温度达到890℃时，保持基板和工艺衬板间抽真空状态，从第二凸模6的通气孔充入氩气并维持压强在2.6mpa，保压时间100min，实现扩散连接；然后，通过通气槽向基板和工艺衬板之间充入氩气，同时，在基板和凹模4之间通过机械泵排气c，气压达到0.8mpa时停止充气，进入保压状态，保压时间30min，实现超塑成形；保压结束后卸载气压，随炉降温；
115.(8)出炉：至当模具温度冷却到620℃，取出测温装置；将模具和零件坯料从设备平台上吊出，再通过分模口将零件坯料从模具中分离取出，冷却至室温；
116.(9)碱崩酸洗：通过熔融碱浴和混酸酸洗的方式去除零件坯料表面氧化层；
117.(10)封口与加工：通过机械加工方式，按照零件模型切除工艺衬板中心余料和基板的边缘加工余料，并通过氩弧焊对零件坯料边缘的通气槽进行封口，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板。
118.本实施例所得的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的型面精度＜0.28mm，本体屈服强度834mpa，抗拉强度950mpa，延伸率15.9％。复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的外观平滑洁净，无局部严重减薄、褶皱、破裂、过度氧化等缺陷，最大减薄率为29％，表层氧含量为0.0072％。
119.发明人在研究过程中进行了多种工艺的研究，现将一些效果不太好的方案作为对比例进行对比。
120.对比例1
121.(1)模具制作：制作预成型模具和超塑成形/扩散连接模具。
122.采用中硅钼球墨铸铁为原材料，以复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的零件制品的三维模型为基础，去除所有加强筋特征，保留剩余的复杂曲面特征并构建参照外轮廓型面，并将参照外轮廓型面依据缩尺比率8.5％设计第一凸模3的外形型腔；在第一凸模3上加工挡料销5、导向孔、测温孔、吊装孔和分模口；
123.采用耐热铸钢zg35cr24ni7sin为原材料，以零件制品的外形轮廓为基础，按缩尺比率4.5％设计第二凸模6和凹模4的型腔，并在第二凸模6和凹模4上分别加工定位孔、导向孔、测温孔、吊装孔、通气槽、排气孔、密封梗和分模口；
124.(2)坯料加工：
125.采用1.2mm和2.4mm厚的tc4细晶板为原材料，按照零件制品的展开尺寸加上加工余量50mm计算基板和工艺衬板的下料尺寸，零件折弯角对应的边缘位置通过机械切除预留100
×
35mm缺口；板料上通过机械加工方式加工2个通气槽和定位孔，通气槽截面积1.0mm2。并使用酒精、丙酮等溶剂清洗，去除表面油污；
126.(3)预成型：将第一凸模3和凹模4表面涂覆一层高温脱模剂，依次装入热成型设备，将加工后的基板和工艺衬板的板料匹配模具挡料销5后依次装入，四周对齐，插入热电偶；当模具温度达到800℃时，对基板和工艺衬板的板料施加20t压力，保压60min；保压结束后，随炉降温；至当模具温度冷却到400℃，取出热电偶，通过分模口将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯从模具中分离取出，空冷至室温；
127.(4)预成型坯酸洗：在25℃下使用酸性混合液清洗步骤(3)得到的基板和工艺衬板预成型坯，酸洗时间为10min；
128.酸性混合液采用体积配比1:3:16的氢氟酸、硝酸和水混合物；
129.(5)涂覆止焊剂：
130.在酸洗后的基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的超塑成形区域刷涂氧化钇止焊剂，随后将坯料四边对齐，确保基板预成型坯和工艺衬板预成型坯上未喷涂止焊剂的区域相互对应。
131.(6)封装焊接：
132.通过氩弧焊方式将基板预成型坯和工艺衬板预成型坯的四周(除通气槽位置)封焊，通气槽位置与进气管氩弧焊连接。
133.(7)扩散连接和超塑成形：在第二凸模6和凹模4表面涂覆一层脱模剂，将封装焊接后的坯料装入模具内，随后装入超塑成形/扩散连接设备，并放入热电偶；先对坯料、工装进行抽真空，待真空度低于1kpa后将设备升温；当模具温度达到960℃时，保持基板和工艺衬板间抽真空状态，从第二凸模6的通气孔充入氩气并维持压强在3.8mpa，保压时间60min，实现扩散连接；然后，通过通气槽向基板和工艺衬板之间充入氩气，气压达到0.5mpa时停止充气，进入保压状态，保压时间60min，实现超塑成形；保压结束后卸载气压，随炉降温；
134.(8)出炉：至当模具温度冷却到400℃，取出测温装置；将模具和零件坯料从设备平台上吊出，再通过分模口将零件坯料从模具中分离取出，冷却至室温；
135.(9)碱崩酸洗：通过熔融碱浴和混酸酸洗的方式去除零件坯料表面氧化层；
136.(10)封口与加工：通过机械加工方式，按照零件模型切除工艺衬板中心余料和基板的边缘加工余料，并通过氩弧焊对零件坯料边缘的通气槽进行封口，得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板。
137.本对比例所得的复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的型面精度仅能达到＜1.0mm，本体屈服强度780mpa，抗拉强度840mpa，延伸率8.6％，力学性能较低。复杂曲面变壁厚钛合金带筋板出现局部褶皱缺陷，缺陷深度约1mm，最大减薄率38％，表层氧含量为0.0230％，如图5所示。
138.对比实施例1-2和对比例1，可见，本发明通过采用先中温预成型得到与复杂曲面的形状轮廓相同的预成型坯，再采用高温扩散连接和超塑成形得到复杂曲面变壁厚钛合金带筋板，利用中温热成形和高温超塑成形过程钛合金板料形变/流动特点分步成形，搭配合适的成形工艺参数，从而避免制备过程中局部严重减薄、破裂等缺陷的产生，并通过模具缩尺系数精确控制和超塑成形/扩散连接工艺参数优化有效提高了成形后零件的型面精度，保证了零件的优异的机械性能。例如，型面精度达到＜0.3mm；本体屈服强度830mpa以上，例如834～864mpa；抗拉强度950mpa以上，例如950～979mpa；延伸率14％以上，例如14.7％～15.9％。复杂曲面变壁厚钛合金带筋板的外观平滑洁净，无局部严重减薄、褶皱、破裂、过度氧化等缺陷，最大减薄率低于30％，例如25％～29％；表层氧含量0.0072％以下，例如表层氧含量为0.0060％～0.0072％。
139.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。