CN104493430A - 贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其包括如下步骤：(a)贮箱圆筒段壁板按图纸尺寸进行加工，铣切壁板内网格或外网格至尺寸要求；然后将壁板在滚弯设备上进行预滚弯；(b)将壁板沿纵缝焊接成整体圆筒状壁板；(c)进行蠕变时效成形的有限元模拟，计算焊接后圆筒段壁板贴模所需承受的应力，同时计算回弹量，再根据应力及回弹量数据制作成形模具；(d)将壁板放入模具内，采用机械方式，施加成形压力；(e)将装配好的模具放入时效炉内，150～200℃保温10～30小时，然后从时效炉内取出，即得到圆筒段壁板产品。本发明使得贮箱整个圆筒段壁板一次成形，且一次焊接，减少焊缝数量，提高贮箱的可靠性。

Description

贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法

技术领域

本发明涉及金属塑性成形领域，尤其是运载火箭贮箱壁板整体成形，具体涉及一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法。

背景技术

蠕变时效成形是近年来发展起来的绿色、环保先进制造技术，即利用金属的蠕变特性，将成形与时效同步进行的一种成形方法。蠕变成形，在成形的同时完成了对材料的人工时效强化，改善了材料的微观组织，提高了材料的强度性能；成形应力一般低于材料的屈服强度，避免了材料因进入屈服状态而引发的可能失稳甚至破裂的现象，大大降低了零件在成形过程中产生裂纹的几率；成形的整体壁板具有很高的尺寸精度，可成形性好，外形尺寸偏差小于±1mm；壁板内部几乎不存在残余应力，尺寸稳定，若为焊接壁板，还有降低焊接残余应力，提高抗应力腐蚀能力，从而大大提高零件的可靠性能。蠕变时效成形技术是一种有着广阔前景的复杂铝合金零件先进成形工艺，是一种处于发展阶段的新工艺。

在运载火箭中，贮箱一般为空心、薄壁圆柱体结构，每个贮箱由2个椭球箱底、短壳和若干个圆筒段焊接而成，传统的加工圆筒段方法是将圆筒段拆分为多块壁板，分别成形，再将多块成形后的壁板零件焊接成圆筒段，经过传统方法生产的壁板在贮箱装配中有二大不利之处，一是由多块壁板焊接而成的圆筒段存在多条焊缝；二是在后续的装配过程中，较多的焊缝累积，导致不同圆筒段母线直线度及圆度均存在一定的偏差。这些对火箭的高可靠性带来一定的影响。目前尚未见将蠕变时效成形技术应用于运载火箭贮箱整体壁板成形的国内外相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其使得贮箱整个圆筒段壁板一次成形，且一次焊接，减少焊缝数量，提高贮箱的可靠性。

实现本发明目的的技术方案：一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其包括如下步骤：

(a)贮箱圆筒段壁板按图纸尺寸进行加工，铣切壁板内网格或外网格至尺寸要求；然后将壁板在滚弯设备上进行预滚弯；

(b)将步骤(a)所得的壁板沿纵缝焊接成整体圆筒状壁板；

(c)进行蠕变时效成形的有限元模拟，计算焊接后圆筒段壁板贴模所需承受的应力，同时计算回弹量，再根据应力及回弹量数据制作成形模具；

(d)将步骤(b)所得的壁板放入步骤(c)制得的模具内，采用机械方式，施加成形压力；

该成形压力由应力转换而得，其转换公式如下：

2·σ_h·t·dx＝l

${\mathrm{\σ}}_h=\frac{\mathrm{pr}}{t}$

在式中，t为壁板厚度，σ_h为成形压力，p为压强，r为圆筒段壁板半径值，dx为选取的有限元；

(e)将步骤(d)装配好的模具放入时效炉内，150～200℃保温10～30小时，然后从时效炉内取出，即得到圆筒段壁板产品。

如上所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其所述的模具包括结构形式为筒形的外模具，外模具内为筒形的过渡层，壁板放置在外模具与过渡层之间；过渡层内为楔形结构，楔形的橡皮楔端部带有压柄，通过旋转压柄将橡皮楔压入过渡层内向壁板施加成形压力。

如上所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其所述的过渡层为耐200℃高温的聚四氟乙烯材料，外模具为不锈钢材料。

如上所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其步骤(a)所述的壁板沿纵缝焊接成整体圆筒状壁板，其仅有一道焊缝。

本发明的效果在于：本发明提出一种采用蠕变时效成形完成运载火箭贮箱圆筒段壁板的制造方法，通过该方法使得贮箱整个圆筒段壁板一次成形，且一次焊接，减少焊缝数量，提高贮箱的可靠性。

附图说明

图1为壁板结构示意图；

图2为模具结构示意图；

图3为施加成形压力示意图。

图中：1.外模具；2.壁板；3.橡皮楔；4.弹簧；5.压柄；6.过渡层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法作进一步描述。

本发明所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其包括如下步骤：

(a)如图1所示，贮箱圆筒段壁板按图纸尺寸进行加工，铣切壁板内网格或外网格至尺寸要求；然后将壁板1在滚弯设备上进行预滚弯；

(b)将步骤(a)所得的壁板1沿纵缝焊接成整体圆筒状壁板；该圆筒状壁板仅有一道焊缝；

(c)进行蠕变时效成形的有限元模拟(采用现有技术，例如：ABAQUS)，计算焊接后圆筒段壁板贴模所需承受的应力，同时计算回弹量，再根据应力及回弹量数据制作成形模具；

(d)将步骤(b)所得的壁板放入步骤(c)制得的模具内，采用机械方式，施加成形压力，如图3所示；

该成形压力由应力转换而得，其转换公式如下：

2·σ_h·t·dx＝l

${\mathrm{\σ}}_h=\frac{\mathrm{pr}}{t}$

在式中，t为壁板厚度，p为压强，r为圆筒段壁板半径值，dx为选取的有限元，σ_h为成形压力；

(e)将步骤(d)装配好的模具放入时效炉内，150～200℃保温10～30小时(例如：150℃保温30小时、200℃保温10小时或180℃保温15小时)，然后从时效炉内取出，即得到圆筒段壁板产品。

如图2所示，模具包括结构形式为筒形的外模具2，外模具2内为筒形的过渡层6，壁板1放置在外模具2与过渡层6之间；过渡层6内为楔形结构，楔形的橡皮楔3端部带有压柄5，通过旋转压柄5将橡皮楔3压入过渡层6内向壁板1施加成形压力。所述的过渡层6为耐200℃高温的聚四氟乙烯材料，外模具2为不锈钢材料。

Claims (4)

1.一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(a)贮箱圆筒段壁板按图纸尺寸进行加工，铣切壁板内网格或外网格至尺寸要求；然后将壁板(1)在滚弯设备上进行预滚弯；

(b)将步骤(a)所得的壁板(1)沿纵缝焊接成整体圆筒状壁板；

(c)进行蠕变时效成形的有限元模拟，计算焊接后圆筒段壁板贴模所需承受的应力，同时计算回弹量，再根据应力及回弹量数据制作成形模具；

(d)将步骤(b)所得的壁板放入步骤(c)制得的模具内，采用机械方式，施加成形压力；

该成形压力由应力转换而得，其转换公式如下：

2·σ_h·t·dx＝1

${\mathrm{\σ}}_h=\frac{\mathrm{pr}}{t}$

在式中，σ_h为成形压力，t为壁板厚度，p为压强，r为圆筒段壁板半径值，dx为选取的有限元；

(e)将步骤(d)装配好的模具放入时效炉内，150～200℃保温10～30小时，然后从时效炉内取出，即得到圆筒段壁板产品。

2.根据权利要求1所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其特征在于：所述的模具包括结构形式为筒形的外模具(2)，外模具(2)内为筒形的过渡层(6)，壁板(1)放置在外模具(2)与过渡层(6)之间；过渡层(6)内为楔形结构，楔形的橡皮楔(3)端部带有压柄(5)，通过旋转压柄(5)将橡皮楔(3)压入过渡层(6)内向壁板(1)施加成形压力。

3.根据权利要求2所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其特征在于：所述的过渡层(6)为耐200℃高温的聚四氟乙烯材料，外模具(2)为不锈钢材料。

4.根据权利要求1所述的一种贮箱圆筒段壁板整体蠕变时效成形方法，其特征在于：步骤(a)所述的壁板(1)沿纵缝焊接成整体圆筒状壁板，其仅有一道焊缝。