[发明专利]燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法

说明书

本发明涉及一种燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法，包括以下步骤：S1、终锻件设计；S2、预锻件设计；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；S42、预制坯成形；S43、轴向辗压预成形：S44、预锻件纵向飞边与圆环余料切除；S45、约束辗压终成形。本发明能够实现燃料贮箱的整体塑性成形，避免焊接、螺栓连接等方式造成的燃料贮箱力学性能削弱，能够制造出高性能燃料贮箱。

技术领域

本发明涉及燃料贮箱制造技术领域，更具体地说，涉及一种燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法。

背景技术

燃料贮箱是用于储存火箭等装备全生命周期所需超高压燃料的核心储能部件，该部件分为筒体、叉形环和箱底三部分，具有体积大、壁厚薄、力学性能要求苛刻等特点。目前，燃料贮箱的制造方法为，先分别加工出燃料贮箱的筒体、叉形环和箱底，再通过焊接、螺栓连接等方式将三部分拼接成整体。上述制造方法属于分体式制造方法，不仅制造工序复杂，制造效率低、材料与能源消耗大，而且在焊接、螺栓连接等连接区域存在明显的性能薄弱区，严重降低了燃料贮箱的力学性能。如何实现燃料贮箱筒体-叉形环-箱底的整体成形已经成为火箭等运载装备制造领域亟待解决的关键难题。连续局部塑性成形工艺是一类通过局部塑性成形的累积与扩展实现构件整体塑性成形的先进制造工艺，具有成形载荷小、产品性能优、制造成本低、模具寿命高等优点，特别适用于大尺寸薄壁类构件的整体成形，是实现燃料贮箱整体成形的优选途径。目前，连续局部塑性成形工艺已经被广泛应用于环类、轴类和平板类等几何结构相对简单的大型构件整体成形，但尚未发现关于燃料贮箱连续局部塑性成形工艺的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种燃料贮箱整体结构多向约束辗压成形制造方法，能够实现燃料贮箱的整体塑性成形，显著提升燃料贮箱力学性能和制造效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造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，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；