[发明专利]燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法

权利要求书

1.一种燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法，所述燃料贮箱包括筒体、叉形环和箱底，所述叉形环包括直筒段和枝杈段，所述箱底为薄壁球形壳体结构，其特征在于，成形制造方法包括以下步骤：

S1、终锻件设计：将燃料贮箱的筒体、叉形环和箱底合并成一个整体，并将燃料贮箱筒体沿轴向延长10～50mm，作为用于端面修整的加工余量，获得燃料贮箱筒体-叉形环-箱底整体结构终锻件；

S2、预锻件设计：将燃料贮箱筒体和叉形环直筒段转换成厚壁筒体，厚壁筒体底部与燃料贮箱箱底相连，厚壁筒体外圆直径等于燃料贮箱筒体外圆直径，厚壁筒体高度为燃料贮箱筒体高度和叉形环直筒段高度之和的1/β倍，其中β为材料延伸率；在厚壁筒体上端面增加纵向飞边，在燃料贮箱箱底下方设有圆环余料，圆环余料厚度不大于燃料贮箱箱底厚度；

S3、预制坯设计：在S2所设计的预锻件基础上，去除圆环余料和纵向飞边，将预锻件箱底内表面沿轴向向上偏移，获得与厚壁直筒具有相同厚度的厚壁箱底，同时将预锻件厚壁直筒上端面沿轴向向上偏移相同距离，获得预制坯；

S4、燃料贮箱筒体-叉形环-箱底整体结构多向约束辗压成形工序为：

S41、制备坯料：用于成形燃料贮箱的坯料为厚圆板，厚圆板直径等于燃料贮箱筒体最大外圆直径，厚圆板体积等于步骤S3所设计的预制坯体积；

S42、预制坯成形：将S41制备的厚圆板置入预制坯凹模中，厚圆板轴线与预制坯凹模轴线重合，厚圆板圆周型面与预制坯凹模内表面接触，实现厚圆板在预制坯凹模中准确定位；预制坯凸模作用于厚圆板上表面，并沿厚圆板轴向对厚圆板施加压力，迫使厚圆板发生弯曲变形和减薄变形，获得步骤S3所设计的预制坯；

S43、轴向辗压预成形：轴向辗压预成形模具包括轴向辗压凹模、锥模和环形顶料块，将步骤S42所得预制坯置入轴向辗压凹模中，轴向辗压凹模型腔对预制坯外表面进行轴向和径向约束，轴向辗压凹模绕自身轴线作旋转运动，同时带动预制坯作旋转运动；锥模与预制坯内表面和上端面接触，锥模绕自身轴线作旋转运动同时沿轴向辗压凹模轴线作向下进给运动，对预制坯内表面和上端面进行轴向辗压，迫使预制坯厚壁箱底发生减薄变形，多余金属流入轴向辗压凹模型腔底部的圆环余料型腔，同时在预制坯厚壁直筒上端面形成纵向飞边，获得步骤S2所设计的预锻件；完成轴向辗压预成形后，撤除锥模，驱动环形顶料块向上运动，将预锻件顶出轴向辗压凹模；

S44、预锻件纵向飞边与圆环余料切除：采用切削加工工艺将步骤S43所得预锻件的纵向飞边和圆环余料切除；

S45、约束辗压终成形：约束辗压终成形模具由凹模筒体、凹模镶块、芯辊三部分组成；将步骤S44中切除纵向飞边和圆环余料的预锻件置入终成形模具内，凹模筒体内表面与预锻件厚壁直筒外表面接触，对预锻件施加径向约束，凹模镶块上表面与预锻件箱底外表面接触，对预锻件施加轴向约束；芯辊周向圆柱面与预锻件厚壁直筒内表面接触，对预锻件施加径向约束，芯辊底部球面与预锻件箱底内表面接触，对预锻件施加轴向约束；凹模镶块安装在凹模筒体内，与凹模筒体绕凹模筒体轴线作同速同向转动，同时带动预锻件作旋转运动；芯辊的运动由三部分组成，第一部分是在预锻件摩擦作用下绕自身轴线作旋转运动，第二部分是沿预锻件径向向外作进给运动，对预锻件厚壁直筒施加径向压力，第三部分为沿预锻件轴向运动，约束预锻件箱底不发生变形；在凹模筒体、凹模镶块和芯辊协同作用下，预锻件厚壁直筒发生径向减薄和轴向增长变形，逐渐成形燃料贮箱直筒和叉形环直筒锻，同时约束箱底不发生变形，最终获得燃料贮箱终锻件；完成约束辗压终成形后，撤除芯辊，驱动凹模镶块沿轴向推动终锻件向上运动，实现终锻件脱模。

2.根据权利要求1所述的燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，圆环余料外圆直径为0.5倍燃料贮箱筒体外圆直径。

3.根据权利要求1所述的燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法，其特征在于，步骤S43中锥模设计方法为：在步骤S2所设计的预锻件任一轴截面内获取预锻件箱底内表面轮廓线、厚壁直筒内表面轮廓线和厚壁直筒上端面轮廓线，将上述三条轮廓线相连，获得锥模母线；在锥模母线和预锻件轴线间建立锥模轴线，锥模轴线与预锻件轴线夹角为γ_j；将锥模母线绕锥模轴线旋转一周，即可获得锥模型面。

4.根据权利要求3所述的燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法，其特征在于，γ_j的取值满足以下条件：锥模母线上任一点绕锥模轴线的旋转轨迹与预锻件型面有且仅有一个交点。