[发明专利]航天用大腔径比补偿器连续成形模具及其成形控制方法

说明书

本发明提供了航天用大腔径比补偿器连续成形模具及其成形控制方法，包括移动模组和固定模组，移动模组和固定模组均为直径可调的环形体结构，移动模组中部设有固定模组。本发明所述的航天用大腔径比补偿器连续成形模具及其成形控制方法，本发明主要目的是结合航天用大腔径比Ω形补偿器负角结构截面特点及低延伸率材料特性，基于成形型面及液压试验要求，建立以单波差形定位、后波单腔成形为实现目的的连续成形模具设计，形成柔性介质辅助波纹连续成形工艺方法，匹配工艺参数数据库，确保航天用大腔径比Ω形补偿器成形精度，解决成形精度差、负角度取模困难，实现精确连续式操作，提升产品精度及可靠性。

技术领域

本发明属于航天用补偿器模具技术领域，尤其是涉及一种航天用大腔径比补偿器连续成形模具及其成形控制方法。

背景技术

补偿器作为运载火箭贮箱中的重要结构件，配合隧道管或输送管贯穿于整个贮箱，起到保护输送管输送氧化剂作用。为确保燃料的内、外压的有效冲击承载，并保持一定压缩及伸长弹性，补偿器常被设计为深腔式封闭结构，呈现Ω形，截面相切多变，是一种母线呈波纹形的回转薄壁壳体，材料选取为5A03不可热处理强化铝合金，加工硬化较为显著，厚度为1.5mm，内径尺寸覆盖范围为Ф330mm-Ф740mm，其中腔深高达40.87mm，但腔口间距较小仅为9.35mm，腔径比达4.37，具体如图4-5，设计要求减薄不允许超过15％，型面精度偏差不大于0.5mm，成形难度较大，圆角处应力集中明显，减薄严重，极易造成破裂。

根据补偿器结构、材料(铝合金、不锈钢)强度及延伸率差异，现大腔径比补偿器成形主要为分体组合焊接、滚压成形、液压胀形等方式。

(1)分体组合焊接

如图6-7所示，由于5A03铝合金延伸率较低(约20％)，整体成形极易减薄破裂，现补偿器普遍采用单膜片拉深，再通过数十件单膜片进行组合焊接，确保整体结构。

(2)滚压成形

如图8所示，滚压成形一般用于加工环形不锈钢金属波纹管。成形原理如图3所示，滚压成形时，摩擦力的作用使管坯随主动轮一起运动，同时通过从动轮的径向运动使管坯产生塑性变形从而形成波纹。滚压成形方法可用于制造大直径波纹管，在滚制过程中，为使薄壁、大直径管坯稳定地沿自身轴线回转，需要将管坯安装在辅助夹具上，工作轮由大功率电机驱动，能根据负载情况自动反馈，维持恒态。目前，大直径的管材多用卷压焊接工艺成形，由于焊缝性能较差不适合滚压成形。滚压成形波纹管的生产效率低，辊轮不断辊压管坯表面，导致表面形成硬化层产生较大残余应力，同时表面产生严重的机械损伤，且波谷与波峰的壁厚减薄量不均。

(3)液压成形

如图9-13所示，液压成形是在模具上有单独的提供带压成形介质的通路，而模具的其由上下多片式模具和左右挤压冲头组成。波纹管的成形过程：

a)放置管坯：将管坯放入下半模；

b)合模充填液体成形介质：上下半模闭合，两端的挤压冲头深入到坯管的两个端口内形成一个密闭空腔，然后液体介质通过专门管路充满内腔；

c)初成形：液体成形介质开始加压，坯料发生鼓胀，完成初成形；

d)终成形：保持压力，两端挤压冲头开始向中间移动，同时会带动模具和坯管移动，最后到达如图所示位置，完成成形；

e)成形完成：最后释放压力，排除液体，上下半模分开，挤压冲头撤出。

以上三种成形工艺均有其优点和缺点，其中分体组合焊接适用性较强，但对焊接要求较高，产品成形精度和可靠性较差；滚压成形可实现塑性较好材料的整体成形，管料与上下模具接触属于刚性模硬接触，产品表面极易划伤，甚至破裂，成形一致性较差；液压成形属于成形介质、管料、模具柔性接触，产品表面质量较好，但对内压和模具定位精度要求较高，整体一次性成形，可控性较低，极易导致各截面减薄差异，存有失效风险点。

发明内容