CN105642726A - 一种5000mm级双曲率球形瓜瓣拉形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其采用拉形成形技术，其包括预拉形成形和补拉形成形两道次成形；所述补拉形成形工艺采用边拉伸边包覆的方式，且在补拉工艺完成前需要在工件坯料的长边方向拉伸出超出工件坯料长边规定尺寸的5-10mm的拉伸变形量。本发明采用预拉形成形和补拉形成形两道次成形工艺，提高了5米级球形大瓜瓣成形后型面精度，产品满足图纸设计使用要求。

Description

一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺

技术领域

本发明属于航天加工领域，尤其是涉及一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺。

背景技术

新一代运载火箭贮箱箱底首次采用球底结构，由8个5米级球形大瓜瓣拼焊而成，大瓜瓣工件(图1)展开尺寸最大2000mm×2800mm，小端半径R370mm，大端半径R2374mm，厚度尺寸为6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、9.5mm和11mm六种规格，毛坯展开尺寸2100mm×4000mm。

目前，现役运载火箭2.25米级和3.35米级贮箱瓜瓣主要采用液压机拉深成形方法，两道次成形，中间进行淬火处理。而针对新一代运载火箭的5000mm级球形大瓜瓣，受液压机台面尺寸和工件自身结构的限制，很难利用液压机拉深成形方法进行成形，因此根据产品自身特点，则选用蒙皮拉形成形技术。

拉形成形就是毛料按拉形模在拉伸机上拉伸成形(如图2所示)。拉形成形的基本原理是利用弯曲和拉伸的作用，使板料与模胎的型面全部贴合而成为双曲度工件的成形过程。在拉形成形过程中，板料主要受拉应力而产生变形，当板料贴胎后，再施加适当的力补拉使板料截面内的拉应力超过材料的屈服点后，将可以几乎完全保留塑性形变而将回弹几乎完全消除。

由于拉形件的刚度小且形状复杂，一般用工件和拉形模具的贴模间隙表示成形的型面尺寸偏差，贴合间隙应在允许的误差范围内。那么，正确选择热处理规范和拉形变量，可以达到工件图纸要求的机械性能。拉形变薄后工件的实际厚度应该大于允许的最小厚度，而严重的滑移线、基体粗晶和橘皮，会使工件的疲劳强度明显降低。

另外，由于工件拉形成形后会有一定的回弹，回弹是钣金工件成形后不可避免的现象，当回弹量超过允许容差后，就成为成形缺陷，影响工件的几何精度。回弹一直是影响、制约产品质量的重要因素。因此，需合理设计模具结构，在模具设计时需将回弹量提前考虑，以抵消工件成形后的回弹。

而针对新一代运载火箭5000mm级球形大瓜瓣，目前采用拉形成形工艺，但拉形成形后的瓜瓣存在不贴胎、型面精度超差等问题，需要大量的手工修整才能达到设计要求，表面存在大量的修整痕迹，生产效率较低。

5000mm级球形大瓜瓣拉形后，图纸要求边缘贴胎间隙在2mm之内，但是成形后在大端角部约200mm×500mm范围内，最大间隙达到6mm，超差较为严重，进而需要对角部进行修整，但是仅仅修整大端角部又会造成中间部位甚至小端的型面超差，需要反复修整才能满足设计图纸尺寸公差要求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，以取消工人的手工修整这个工序，同时得到完全满足设计要求的产品为目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其采用拉形成形技术，其包括预拉形成形和补拉形成形两道次成形。

进一步的，所述补拉形成形工艺采用边拉伸边包覆的方式，且在补拉工艺完成前需要在工件坯料的长边方向拉伸出超出工件坯料长边规定尺寸的5-10mm的拉伸变形量。

进一步的，所述补拉形成形的具体步骤包括：

a.拉形前排除模具型面及毛料表面杂物；

b.在模具整体型面上均匀平铺0.1-0.3mm厚度的PE膜；

c.去除边缘毛刺并打磨光滑，同时修整拉形机内钳口位置的直线度；

d.补拉形工件坯料。

进一步的，总补拉形变形量为整个型面尺寸的6％～10％。

进一步的，所述补拉形工件坯料时拉形机作用在工件坯料上的拉形力为5000-7000KN，且拉形速度为10-20mm/min。

进一步的，整体工艺具体包括以下步骤：

步骤一，下料；

步骤二，预拉形成形；

步骤三，淬火热处理；

步骤四，补拉形成形；

步骤五，去除余量并修整；

步骤六，人工时效。

进一步的，更详细的步骤如下：

步骤一，下料：工件坯料为退火状态，纤维方向顺长边；

步骤二，预拉形成形：

a.拉形前排除模具型面及毛料表面杂物；

b.在模具整体型面上均匀平铺0.1-0.3mm厚度PE膜；

c.将工件坯料装入拉形机中用于夹紧工件坯料的两个钳口之间；

d.预拉形工件坯料；

步骤三，淬火热处理：利用空气淬火炉进行淬火，且工件之间要有不小于500mm的间隙；

步骤四，补拉形成形；

步骤五，去除余量并修整：使用水切割粗切工艺去除余量，两侧边余量为20mm，大端和小端余量为50mm；

步骤六，人工时效：将经过上述1-5步骤加工的工件放入炉中冷却。

进一步的，对于工件坯料厚度为6～11mm的工件坯料，预拉形成形的最大预拉形变形量在2.5％之内。

进一步的，所述淬火热处理的工艺参数：温度为500-600℃，保温时间为20-40分钟，转移时间为10秒，采用水冷。

进一步的，所述人工时效的工艺参数：温度为100-200℃，保温时间为15-20小时，随炉冷却。

相对于现有技术，本发明所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺具有以下优势：

(1)本发明采用预拉形成形和补拉形成形两道次成形工艺，提高了5米级球形大瓜瓣成形后型面精度，产品满足图纸设计使用要求。

(2)本发明所述的补拉形成形的工艺参数的要求，可以提高加工出的型面精准度，且满足后期对工件坯料的处理要求。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的5000mm级球形大瓜瓣结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明实施例所述工件坯料的拉形成形示意图。

附图标记说明：

1-拉形模具；2-工件坯料。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

拉形机是拉形成形的主要设备，生产厂家主要分布在美国、法国等国家。拉形机有三种工作模式：一是动工作台的，即台动式；二是定工作台，动夹钳的，即钳动式；三是工作台与夹钳同时动作的，即台钳复合式。目前，数控蒙皮拉形机主要分为三种：FET型、FEL型和VTL型。FET型和FEL型蒙皮拉形机中，模具固定不动，只有夹钳运动；而VTL型拉形机中，模具和夹钳都可以运动。

数控拉形机不仅可以提供连续的拉形动作，而且可以进行录返式工作，此类机器能够实现横拉或纵拉，另外一种先进的蒙皮拉形设备能够实现纵横拉一体化，能够成形复杂蒙皮工件。该系列设备除了具备数字控制的特性外，还可以对板料进行横向拉形和纵向拉形，使用起来非常方便。本专利是基于ACB的FET-1500型钳动式拉形机，钳口形式为“一”字型钳口。

5000mm级球形大瓜瓣采用两道次拉形成形，中间进行淬火处理，补拉后进行人工时效处理的成形工艺，通过调整工艺参数，生产出满足设计要求的工件。

瓜瓣拉形成形工艺流程如下：

下料(剪板机)→预拉形成形(拉形机)→淬火(空气循环炉)→补拉形成形(拉形机)→划线及钻孔→去余量(超高压水切割机)→人工时效(空气炉)。

具体技术方案如下：

(1)下料：

本工件坯料2尺寸为2100mm×4000mm，退火状态，纤维方向顺长边，采用剪板机进行下料。

(2)预拉形成形：

a)清洗：拉形前排除拉形模具1型面及毛料表面杂物，用干净的豆包布擦拭干净；

b)在拉形模具1整体型面上均匀平铺0.2-0.3mm厚度PE膜，PE膜起到润滑的作用；

c)上料：根据工件坯料2长度将拉形机上的两侧钳口调整到合适位置，将工件坯料2装入两侧钳口并夹紧；

d)预拉形工件：根据材料厚度、坯料长度等选择合适的预拉形程序，对工件坯料2进行预拉形成形，控制最大预拉形变形量在2.5％之内；具体地，拉形力为2000-3000N；拉形速度为15-20mm/min，对于工件坯料2厚度为6～11mm的工件坯料2，所述预拉形成形的最大预拉形变形量在2.5％之内。

e)卸料：将两侧钳口打开，将工件2从两侧钳口中卸下。

(3)淬火：利用空气淬火炉进行淬火，利用专用淬火工装将工件坯料2固定在装料框内，淬火炉内的工件坯料2间要有一定的间隙，其间隙应不小于500mm，注意减小热处理变形，淬火热处理工艺参数为：温度535±5℃，保温30分钟，转移时间为10秒，之后进行水冷。

(4)补拉形成形的包括以下几个步骤：

a)拉形前排除拉形模具1型面及毛料表面杂物，用干净的豆包布擦拭干净；

b)在拉形模具1整体型面上均匀平铺0.1-0.3mm厚度的PE膜；

c)去除边缘毛刺并打磨光滑，同时修整钳口位置直线度，保证能够正常装夹；

d)补拉形工件：选用合适的拉形程序进行补拉成形；

具体地，所述补拉形工件坯料2时拉形机作用在工件坯料2上的拉形力为5000-7000KN；拉形速度为10-20mm/min；

所述补拉形成形工艺采用边拉伸边包覆的方式，且在补拉工艺完成前需要在工件坯料2的长边方向拉伸出超出工件坯料2长边规定尺寸的5-10mm的拉伸变形量，同时保证总补拉形变形量为整个型面尺寸的6％～10％。

e)卸料：将两侧钳口打开，将工件2从两侧钳口卸下；

f)拉形完成后，利用专用样板制水切割定位孔Φ8，以方便后续工序对工件2进行定位。

(5)去除余量并修整：

包括以下几个步骤：

a)水切割粗切去除余量，两侧边余量为20mm，大端、小端余量为50mm；

b)从工件坯料2余量上取力学试片，尺寸为420×50mm，在一端打钢印：热处理编号，另一端打钢印：牌号，状态及炉批号，需对其力学试片后续进行力学试验，方便区分；

c)从工件坯料2余量上取焊接试片，尺寸为150×1500mm，在一端100mm余量范围内打钢印：图号、炉批号、热处理编号，以供给后续焊接时使用；

d)修整变形：保证实际型面相对理论型面最大间隙小于6mm，四周弧长40mm以内间隙小于2mm；

e)在工件2小端余量范围内打钢印：图号，热处理编号。

(6)人工时效：

包括以下几个步骤：

a)保证工件2、力学试片和焊接试片全部入炉，并仔细核对工件2与试片的编号信息，注意区分试片；

b)人工时效工艺参数：175±5℃，保温时间为18小时，随炉冷却。

而这里使用到的拉形模具1时需考虑一定的回弹量，由于大瓜瓣工件幅面尺寸较大(2000mm×2800mm)，壁厚较薄(6-11mm)，工件坯料2的拉形成形后在大端角部区域存在较大的回弹，因此拉形模具1大端角部需要考虑较大的回弹量(最大值约为5mm)，而中间区域和小端考虑较小的回弹量(约为1mm)，利用改进后的拉形模具1对工件坯料2进行拉形工作，则工件型面精度满足图纸设计要求，不需进行任何手工修整。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：采用拉形成形技术，其包括预拉形成形和补拉形成形两道次成形。

2.根据权利要求1所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：所述补拉形成形工艺采用边拉伸边包覆的方式，且在补拉工艺完成前需要在工件坯料的长边方向拉伸出超出工件坯料长边规定尺寸的5-10mm的拉伸变形量。

3.根据权利要求1或2所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：所述补拉形成形的具体步骤包括：

a.拉形前排除拉形模具型面及毛料表面杂物；

b.在拉形模具整体型面上均匀平铺0.1-0.3mm厚度的PE膜；

c.去除边缘毛刺并打磨光滑，同时修整拉形机内钳口位置的直线度；

d.补拉形工件坯料。

4.根据权利要求1或2所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：总补拉形变形量为整个型面尺寸的6％～10％。

5.根据权利要求4所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：所述补拉形工件坯料时拉形机作用在工件坯料上的拉形力为5000-7000KN，且拉形速度为10-20mm/min。

6.根据权利要求1所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一，下料；

步骤二，预拉形成形；

步骤三，淬火热处理；

步骤四，补拉形成形；

步骤五，去除余量并修整；

步骤六，人工时效。

7.根据权利要求6所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：具体的步骤如下：

步骤一，下料：工件坯料为退火状态，纤维方向顺长边；

步骤二，预拉形成形：

a.拉形前排除拉形模具型面及毛料表面杂物；

b.在拉形模具整体型面上均匀平铺0.1-0.3mm厚度PE膜；

c.将工件坯料装入拉形机中用于夹紧工件坯料的两个钳口之间；

d.预拉形工件坯料；

步骤三，淬火热处理：利用空气淬火炉进行淬火，且工件之间要有不小于500mm的间隙；

步骤四，补拉形成形；

步骤五，去除余量并修整：使用水切割粗切工艺去除余量，两侧边余量为20mm，大端和小端余量为50mm；

步骤六，人工时效：将经过上述1-5步骤加工的工件放入炉中冷却。

8.根据权利要求7所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：对于工件坯料厚度为6～11mm的工件坯料，预拉形成形的最大预拉形变形量在2.5％之内。

9.根据权利要求7所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：所述淬火热处理的工艺参数：温度为500-600℃，保温时间为20-40分钟，转移时间为10秒，采用水冷。

10.根据权利要求7所述的一种5000MM级双曲率球形瓜瓣拉形工艺，其特征在于：所述人工时效的工艺参数：温度为100-200℃，保温时间为15-20小时，随炉冷却。