CN109351851A - 一种航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置 - Google Patents

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苏培博
刘明芳
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Abstract

本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，包括：成形模具，包括：胀形凹模；压边圈；拉探冲头，所述拉深冲头为反拉深凸模，同时与所述压边圈组合作为胀形密封结构；压边控制模块，包括：压边缸，所述压边缸缸体与所述胀形凹模机械连接，所述压边缸活塞杆与所述压边圈机械连接；以及液压控制系统。本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，通过压边缸与胀形凹模和压边圈的机械连接，实现压边控制系统对压边滑块位移和力的控制，从而达到在通用单动压力机上完成超大尺寸贮箱箱底省力成形的目的。

Description

一种航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置
技术领域
本发明涉及航天超大尺寸复杂曲面壳体零件的省力成形工艺技术领域，尤其涉及航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置。
背景技术
航天运载火箭的箭体结构主要由贮箱类筒体零件组成，关键部件包括贮箱箱底、贮箱筒体和各种桁条类加强结构。随着运载能力的提升，筒体直径则越来越大，目前国外运载火箭能力较强，运载火箭的直径达到10m级，我国运载火箭能力不断提升，目前最大运载火箭直径为5m级；同时，我国重型运载火箭(9m级)也正式进入研制阶段。运载火箭筒体直径的增大使得贮箱底类零件的成形难度增大。
运载火箭燃料贮箱箱底为典型的椭球壳体，其整体成形是航天制造技术的发展方向。在贮箱底的整体成形技术能力方面，国外与国内发展差距较大。国外重点发展了适用于旋压成形工艺的专用旋压设备，并实现了5m级火箭贮箱箱底的旋压成形。目前，国内实现了2.25m级火箭贮箱箱底的旋压成形，然而，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。针对在旋压装备和工艺上的技术现状，我国开展了15000吨板材数控充液拉深成形装备和工艺研究，成形了直径为3.35m的2219铝合金贮箱箱底零件，零件壁厚差小于0.6mm，从而避免了后续的切削减薄。提高了超大尺寸贮箱箱底的整体成形能力。然而，采用充液拉深成形方法成形5m直径以上的贮箱箱底，需要研发专用的双动液压机，液压机吨位将超过3万吨，双动设备结构设计复杂，研制成本昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，以解决超大尺寸贮箱箱底整体成形设备成形吨位大和充液拉深成形设备研制成本过高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，包括：成形模具以及压边控制模块，成形模具包括：胀形凹模；压边圈；拉探冲头，所述拉深冲头为反拉深凸模，同时与所述压边圈组合作为胀形密封结构；压边控制模块包括：压边缸，所述压边缸缸体与所述胀形凹模机械连接，所述压边缸活塞杆与所述压边圈机械连接；以及液压控制系统。
进一步地，所述胀形凹模既为拉深凸模又作为胀形模具，所述压边圈既作为拉深凹模又作为反拉深压边圈，所述拉探冲头既作为反拉深凸模又与压边圈组合作为胀形模具。
进一步地，所述成形模具凸模与单动压力机进行机械连接。
进一步地，所述压边缸的数量为4个。
进一步地，所述液压控制系统包括液压管路、换向阀、伺服溢流阀、高压泵和油箱，四个所述压边缸的上腔和下腔联通，接入所述液压管路，所述液压管路分为回油箱和出油箱两个方向，在所述出油箱方向安装所述高压泵并配合所述伺服溢流阀控制管路的压力，所述换向阀改变所述液压管路与所述压边缸上下腔的连通顺序，当所述液压管路出油箱方向连接至所述压边缸上腔时，所述压边缸下腔液力油则连通主管路回油箱方向，从而使得所述压边缸活塞杆向下运动。
本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，通过压边缸与胀形凹模和压边圈的机械连接，实现压边控制系统对压边滑块位移和力的控制，从而达到在通用单动压力机上完成超大尺寸贮箱箱底省力成形的目的。本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置适用于大尺寸回转体类薄壁深腔曲面构件成形，可在通用单动压机上进行操作，可显著降低成形所需的设备吨位，提高成形零件的壁厚均匀性；可实现压边位移和压边力的单独控制，有效提高拉深成形和胀形成形的工艺窗口。本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置不仅能够降低复杂曲面件成形所需的压力机吨位，同时又可以不依赖压力机，而作为简单曲面构件胀形成形的专用工装，具有高度的柔性加工特征。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置剖面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置装配在通用单动压机上的剖面结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的压边控制模块中压边缸活塞杆向下运动时的原理结构图；
图4b为本发明实施例提供的压边控制模块中压边缸活塞杆向上运动时的原理结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，通过压边缸与胀形凹模和压边圈的机械连接，实现压边控制系统对压边滑块位移和力的控制，从而达到在通用单动压力机上完成超大尺寸贮箱箱底省力成形的目的。本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置适用于大尺寸回转体类薄壁深腔曲面构件成形，可在通用单动压机上进行操作，可显著降低成形所需的设备吨位，提高成形零件的壁厚均匀性；可实现压边位移和压边力的单独控制，有效提高拉深成形和胀形成形的工艺窗口。本发明提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置不仅能够降低复杂曲面件成形所需的压力机吨位，同时又可以不依赖压力机，而作为简单曲面构件胀形成形的专用工装，具有高度的柔性加工特征。
图1为本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置立体结构示意图；图2为本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置剖面结构示意图。参照图1以及图2，航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，包括：成形模具以及压边控制模块，成形模具包括：胀形凹模101；压边圈102；拉探冲头103，所述拉深冲头103为反拉深凸模，同时与所述压边圈102组合作为胀形密封结构；压边控制模块包括：压边缸104，所述压边缸104缸体与所述胀形凹模101机械连接，所述压边缸104活塞杆与所述压边圈102机械连接；以及液压控制系统；
所述液压控制系统包括液压管路、三位五通换向阀112、伺服溢流阀107、高压泵108和油箱109，四个所述压边缸的上腔和下腔联通，接入所述液压管路，所述液压管路分为回油箱和出油箱两个方向，在出油箱管路110方向安装所述高压泵108并配合伺服溢流阀107控制管路的压力，所述换向阀改变所述液压管路与所述压边缸上下腔的连通顺序，当液压管路出油箱管路110方向连接至所述压边缸上腔时，所述压边缸下腔液压油则连通主管路回油箱管路111方向，从而使得所述压边缸活塞杆105向下运动。
在本发明实施例中，所述胀形凹模既为拉深凸模又作为胀形模具，所述压边圈既作为拉深凹模又作为反拉深压边圈，所述拉探冲头既作为反拉深凸模又与压边圈组合作为胀形模具。
图3为本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置装配在通用单动压机上的剖面结构示意图。参照图3，所述成形模具凸模与单动压力机进行机械连接，单动压力机包括压力上横梁303、压机活动横梁302以及压机底座301，将航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置放置在压机底座301上，拉深冲头103与压机活动横梁302连接，通过压机活动横梁302实现对拉深冲头103位移的控制，压边圈与压边控制系统压边缸进行机械连接，实现对压边圈位移和力的控制。
图4a为本发明实施例提供的压边控制模块中压边缸活塞杆向下运动时的原理结构图；图4b为本发明实施例提供的压边控制模块中压边缸活塞杆向上运动时的原理结构图。参照图4a以及图4b，压边控制模块包括四个压力缸、液压管路、三位五通换向阀、伺服溢流阀、高压泵和油箱，压边缸尺寸根据成形零件尺寸进行设计，压边力计算公式为：F＝4×P×π(D2-d2),P为液压油压力，D为压边缸内径，d为活塞杆外径。四个所述压边缸的上腔和下腔联通，接入所述液压管路；所述液压管路分为回油箱和出油箱两个方向，在所述出油箱方向安装所述高压泵并配合所述伺服溢流阀控制管路的压力；三位五通换向阀用于改变液压主管路与压边缸上下腔的联通顺序。所述三位五通换向阀改变所述液压管路与所述压边缸上下腔的连通顺序，当所述液压管路出油箱方向连接至所述压边缸上腔时，所述压边缸下腔液压油则连通主管路回油箱方向，从而使得所述压边缸活塞杆向下运动，反之，压边缸活塞杆向上运动。
利用本发明实施例提供的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置成形的方法为：胀形凹模101始终保持固定，首先将板坯置于压边圈102与胀形凹模101之间，压边圈102在压边缸活塞杆的带动下向下运动完成拉深成形，然后，压边圈102保持位置不变并在压边缸活塞杆105的作用下保持恒定的压边力，拉深冲头103向下运动，完成反拉深；随后压边圈102、拉深冲头103保持位置不变，由冲头流道106充入压力介质，完成胀形成形，成形结束后，拉深冲头103与单动压力机同时归位，压边圈102则在压边缸活塞的作用下开模，最后取件，加工过程结束。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，其特征在于，包括：
成形模具，包括：
胀形凹模；
压边圈；
拉探冲头，所述拉深冲头为反拉深凸模，同时与所述压边圈组合作为胀形密封结构；
压边控制模块，包括：
压边缸，所述压边缸缸体与所述胀形凹模机械连接，所述压边缸活塞杆与所述压边圈机械连接；
以及液压控制系统。
2.如权利要求1所述的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，其特征在于，所述胀形凹模既为拉深凸模又作为胀形模具，所述压边圈既作为拉深凹模又作为反拉深压边圈，所述拉探冲头既作为反拉深凸模又与压边圈组合作为胀形模具。
3.如权利要求1所述的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，其特征在于，所述成形模具凸模与单动压力机进行机械连接。
4.如权利要求1所述的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，其特征在于，所述压边缸的数量为4个。
5.如权利要求4所述的航天运载火箭推进剂贮箱箱底成形装置，其特征在于，所述液压控制系统包括液压管路、换向阀、伺服溢流阀、高压泵和油箱，四个所述压边缸的上腔和下腔联通，接入所述液压管路，所述液压管路分为回油箱和出油箱两个方向，在所述出油箱方向安装所述高压泵并配合所述伺服溢流阀控制管路的压力，所述换向阀改变所述液压管路与所述压边缸上下腔的连通顺序，当所述液压管路出油箱方向连接至所述压边缸上腔时，所述压边缸下腔液力油则连通主管路回油箱方向，从而使得所述压边缸活塞杆向下运动。
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