[发明专利]大尺寸变曲率薄壁贮箱膜片精密成型方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸变曲率薄壁贮箱膜片精密成型方法，包括：将一块圆形板状的坯料旋压成端面带有翻边的半球壳体，热处理后加工端面的平面基准，以平面基准加工外球面基准，以外球面基准加工内球面、翻边外球面及最大外圆面，以平面基准加工外球面及翻边的内球面。本发明相对传统的冲压成型而言，采用旋压成型可大幅度节省原材料，使用较薄的坯料就可以进行成型加工，设计制造专用工装夹具及采用真空吸盘进行吸附等手段，成功解决大尺寸变曲率薄壁件的厚度控制与装夹难题，通过球形的工装和零件的内外球面精密配合，有效防止薄壁零件加工时的变形问题。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体的涉及用于一种大尺寸变曲率薄壁贮箱膜片精密成型的加工工艺。

背景技术

2018年，全球航天运输领域的发射活动十分活跃，首次超过100次发射纪录，共执行114次发射任务。在卫星需求端，十四五是中国卫星发射爆发期，中大型液体火箭将是最佳选择。

姿轨控推进系统在各类航天器中起着重要作用，即维持航天器轨道与姿态的稳定。贮箱作为动力系统中最为核心的关重件之一，其制造与加工质量直接影响整个推进系统的服役性能。随着航天技术的迅速发展，要求卫星等航天器延长在轨工作时间，使得航天器内液体燃料大量增加。以前主要采用囊式贮箱，但橡胶囊与推进剂的相容性无法保证推进剂的长期贮存。金属膜片贮箱作为一种新型贮箱，不仅耐腐蚀性能好，可长期贮存，而且刚性膜片在气体的挤压作用下紧贴液面，消除了推进剂的晃动。

目前国外先进的贮箱技术可使姿轨控动力系统满足一次加注15年长期贮存要求，极大提高了航天器在轨飞行的可靠性。而国内由于受到金属膜片贮箱特别是膜片的设计制造技术瓶颈的制约，尚不能满足姿轨控动力系统发展需求，亟待突破该项技术。

为满足航天产品减重的迫切需要，贮箱材料逐渐从传统不锈钢材料过渡到铝合金、钛合金(包括工业纯钛)材料为主，而钛合金(包括工业纯钛)由于具有较高的比强度及良好的耐高温性能而越来越受到人们的关注，对以内压为主要设计工况的贮箱选择钛合金(包括工业纯钛)是最适宜的。贮箱膜片成型制造的质量直接关系到膜片的的翻转试验的成功与否，进一步关系到贮箱的制造成功与否，而贮箱膜片属于典型的大尺寸变曲率薄壁构件，由于厚度薄且渐变，精度要求高，加工过程中易变形，尺寸精度难以保证，旋压成型及机械加工中还需要控制温度，故贮箱膜片的加工难度极高。经过国内外相关文献资料的检索可知，目前贮箱及膜片材料以铝合金居多，且专利文献中多以加工贮箱上下壳体为主，如专利申请号CN111203689A为制造贮箱上下壳体的，材料为铝合金的，壁厚为3.9mm，且为均匀的，采用原材料厚板多次冲压成型的，不仅需要消耗较多的原材料，效率极其低下，而且多次冲压拉伸成型易产生加工硬化现象而极易拉裂。而针对大尺寸变曲率薄壁贮箱膜片成型，膜片的材料为纯钛，厚度从1.8mm逐渐变到1mm左右，对这种厚薄不均匀变曲率的球形加工件，其成型加工难度远远大于厚度均匀且厚度相对较厚的上下壳体的制造难度，加工中逐渐减薄极易产生振纹、变形及装夹变形，甚至会开裂，同时成型加工中温度升高会导致材料变脆从而进一步加剧开裂，采用传统的方法难以实现成型、测量及装夹等。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是是：为解决大尺寸变曲率薄壁贮箱膜片的成型加工工艺难题，突破大型复杂变曲率薄壁结构件的整体精密成型、低成本及工程化应用的技术瓶颈，克服普通方法难以实现的成型、测量及装夹难点。

本发明的技术方案是：

一种大尺寸变曲率薄壁贮箱膜片精密成型方法，包括：将一块圆形板状的坯料旋压成端面带有翻边的半球壳体，热处理后加工端面的平面基准，以平面基准加工外球面基准，以外球面基准加工内球面、翻边外球面及最大外圆面，以平面基准加工外球面及翻边R7的内球面。