[发明专利]一种贮箱箱底整体成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型复杂曲面深腔构件整体成形领域，特别涉及一种贮箱箱底整体成形方法。

背景技术

航天运载火箭推进剂贮箱箱底为空间椭球壳体，属于大型复杂曲面深腔薄壁构件。我国现役运载火箭贮箱箱底制造采用可热处理强化的铝合金板材，板材壁厚大于4mm。以直径3350mm的贮箱箱底为例，通常采用“分块成形+拼装焊接”的成形方法，拼焊成形的箱底结构如图1所示。

采用拼焊成形方法存在的主要问题为：形状尺寸精度低、可靠性差；成形效率低、工作量大；结构刚度低、减重能力差；材料浪费严重、生产成本高。具体表现如下所述：1)壁厚均匀性指标难以达到设计要求，现有的瓜瓣壁板成形方法为拉形成形或压制成形，壁厚6mm左右的瓜瓣其厚度偏差可达1-1.5mm，壁厚减薄率大(超过20％)，难以达到设计要求；2)传统的瓜瓣壁板成形方法回弹大、尺寸一致性差，强制装配焊接易导致焊接区域(接头强度系数0.5-0.65左右)存在较大内应力、焊接应力和焊接变形将引起构件承载能力下降；3)箱底减重受到限制，焊缝区域为箱底力学性能薄弱区域，目前仍通过局部加厚来实现与母材等强，加厚区的存在限制了结构的进一步减重效果。

对于大型复杂薄壁深腔曲面构件，采用整体成形方法取代传统拼焊成形方法是该领域的发展趋势。目前美国、欧洲、日本采用整体强力旋压技术成形出直径达5m的运载火箭贮箱箱底，而箱底旋压过程中容易出现失稳起皱，通常采用超厚板坯热旋压，从而导致材料组织不均匀、后续机加工量过大等问题。我国针对3.35m的运载火箭开展了充液拉深成形装备和工艺研究，成形出了3.35m直径的运载火箭贮箱箱底，然而，对于壁厚大于8mm的板坯采用充液拉深成形方法成形5m直径的箱底，所需设备吨位将超过2.5万吨，设备研制成本昂贵，且成形零件壁厚差达到15％。

本发明提供一种贮箱箱底拉胀复合整体成形装置和方法，降低大直径复杂薄壁深腔曲面构件的整体成形力，提高壁厚均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种贮箱箱底整体成形方法，以解决现有的拼焊成形方法形状尺寸精度低、可靠性差；成形效率低、工作量大；结构刚度低、减重能力差；材料浪费严重、生产成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种贮箱箱底整体成形方法，成形模具包括冲头、压边圈和凹模；所述冲头和压边圈采用间隙配合，两者之间采用密封圈进行密封；所述冲头上设有流体通道，使流体能够通过冲头进入凹模型腔与板料发生作用，所述凹模上设有通气孔；待成形板坯置于所述冲头和凹模之间；包括以下步骤：

S1、预压制成形：

保持所述冲头和凹模的位置不变，控制压边圈向凹模方向运动直至板坯与凹模表面接触并停止运动，完成预压制成形，形成浅筒；

S2、反拉深成形：

保持所述凹模位置不变，调节压边圈对所述板坯的压力，同时控制冲头向凹模方向运动直至板坯与凹模表面接触并停止运动，完成反拉深成形，形成浅锥筒；

S3、胀形成形：

保持所述凹模、压边圈和冲头的位置不变，通过所述流体通道注入高压流体介质，作用于所述浅锥筒底部和侧壁，使其发生变形直至全部板坯与凹模表面贴靠；

S4、脱模取件：

成形结束后，冲头向上移动，之后压边圈向上移动，由排气孔注入压力介质，在压力介质的浮力作用下脱模取件。

进一步地，所述密封圈采用Y型动密封结构。

进一步地，所述待成形板坯为热处理状态的铝合金和铝锂合金。

本发明提供的贮箱箱底整体成形方法，实现了一套工装、同一工位下一次成形，大幅缩短箱底制造周期、提高成形质量，易于实现数字化控制实现量产质量控制。传统拼焊结构贮箱箱底制造周期在28天左右，而采用整体成形方法后，箱底制造周期可缩短至3天，大幅提高制造效率。拼焊结构贮箱箱底存在较大的焊接残余应力，变形大，尺寸一致性差，焊缝的存在会降低产品的承载能力，部分焊接缺陷甚至会成为导致产品整体失效的主要因素，而采用整体成形箱底零件，结构刚度和可靠性均得到大幅提高。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为现有运载火箭推进剂贮箱箱底拼焊结构示意图；

图2是本发明实施例提供的贮箱箱底整体成形装置示意图；

图3是本发明实施例提供的贮箱箱底整体成形过程示意图；

图4是本发明实施例提供的浅筒预压制成形示意图；

图5是本发明实施例提供的浅锥筒反拉深成形示意图；