CN109604966B - 一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，对半连续铸造空心铝合金铸锭进行加热；加热后的空心铸锭进行轧制成形，再置于空气中冷却；对环形坯料进行强力旋压成形，多道次间增加去应力退火工序，最后切除光筒段两侧工艺余量；对旋压后的筒段进行热处理；车削筒段内外圆，提高其尺寸精度，进行多头镜像铣削操作，成形出网格加强筋。本发明利用空心铸锭，通过环轧、旋压复合的方式整体成形出光筒段，零件无焊缝存在，整体力学性能一致性、耐腐蚀能力均优于传统拉弯拼焊结构贮箱筒段；利用多头镜像铣削的方式对光筒段进行机加工得到网格加强筋结构，零件残余应力较小，避免了传统方式拉弯制备分段壁板时网格筋断裂的问题，大大提高了合格率。

Description

一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法
技术领域
本发明涉及铝合金锻压技术领域，尤其涉及内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法。
背景技术
铝合金贮箱用来贮存推进剂，是运载火箭的重要结构，占箭体结构体积的大部分，由前后封头、筒段、过渡环三部分组成。筒段为薄壁圆筒结构，为提高贮箱整体强度与刚度，筒段内腔一般带有网格加强筋，加强筋筋高为5～15mm不等，网格形状有三角、菱形等。
中国发明专利CN 107914078A公布了一种大直径低刚度燃料贮箱的搅拌摩擦焊接方法，直筒段采用多块拉弯后的铝合金板材焊接而成。拉弯前的铝合金板材需先铣削出网格筋，然后在拉弯机上将带筋平板弯曲成带有一定弧度的壁板，拉弯过程中容易使壁板残留较大程度的残余应力，且网格筋容易断裂，因此壁板拉弯成形废品率较高。由多块弧形壁板拼焊成的铝合金筒段存在多条纵向焊缝，焊缝的存在改变了壁板原有的组织性能，使其强度、延伸率呈现不同程度的降低，同时焊缝部位的金属材料更容易受燃料腐蚀，导致拉弯拼焊筒段存在一定程度的不足。
中国发明专利CN 104439968A公布了一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，首先通过滚弯成形方法将铝合金板材弯曲成弧形，再将若干张弯曲成形的壁板拼焊成筒段，最后对筒段采用数控镜像铣加工筒段壁板网格。该方法采用筒段整体镜像铣削代替传统的平板机械铣削，避免了壁板拉弯成形存在的问题，提高了贮箱筒段加工精度、加工效率。但其仍采用拼焊后的筒段作为铣削对象，无法避免焊缝的不利影响。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种利用铝合金空心铸锭通过环轧、旋压成形制备整体光筒段，再通过多头镜像铣削方式加工出筒段内腔网格加强筋的整体成形方法。
本发明所采取的技术方案：
一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其步骤为：
(1)采用半连续铸造的空心铝合金铸锭作为原始坯料，空心铝合金铸锭尺寸表示为外径D0、内径d0、高度H0；
(2)对步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热；
(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铝合金铸锭进行轧制变形操作，使坯料直径长大至目标尺寸，环轧后的环件坯料尺寸表示为外径D1、内径d1、高度H1；
(4)将步骤(3)所制环件坯料置于空气中冷却；
(5)利用强力旋压机，对步骤(4)中的环件坯料进行多道次旋长操作；
(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小1/2～2/3时，对半成品进行退火处理；
(7)继续对退火后的半成品进行旋压成形，至零件壁厚减小至成品尺寸，获得光筒段，零件尺寸表示为外径D2、内径d2、高度H2；
(8)切除旋压筒段两端工艺余量，零件尺寸表示为外径D3、内径d3、高度H3；
(9)对切除工艺余量的旋压筒段零件进行固溶处理；
(10)利用卷板机，对步骤(9)固溶处理后的零件进行校圆操作，同时释放零件的淬火应力；
(11)对步骤(10)校圆后的零件进行时效处理；
(12)对时效后的光筒段全表面进行车削加工，提高尺寸精度，为多头镜像铣削奠定基础，尺寸表示为外径D4、内径d4、高度H4，加工公差按GB/T1804控制；
(13)对第12步车加工后的筒段进行超声波探伤，检查零件内部是否存在缺陷，缺陷等级按照GB/T6519标准中A级进行控制；
(14)利用数控多头镜像铣削设备，对光筒段进行整体铣削，加工出内腔网格加强筋，零件尺寸为外径D、内径d高度H，壁板厚度B，筋高h。
所述的步骤(2)中对原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度440～460℃，保温时间500～800min。
所述的步骤(6)中环件坯料退火处理，其加热温度为350～410℃，保温时间为2～3h。
所述的步骤(9)中薄壁筒段零件进行固溶处理，加热温度530～540℃，保温时间60～90min。
所述的步骤(11)中对校圆后的零件进行时效处理，加热温度160～170℃，保温时间18～25h。
本发明的有益效果：本发明利用空心铸锭，通过环轧、旋压复合的方式整体成形出光筒段，零件无焊缝存在，整体力学性能一致性、耐腐蚀能力均优于传统拉弯拼焊结构贮箱筒段；利用多头镜像铣削的方式对光筒段进行机加工得到网格加强筋结构，零件残余应力较小，避免了传统方式拉弯制备分段壁板时网格筋断裂的问题，大大提高了合格率。
附图说明
图1为本发明利用径-轴向环轧机对空心铸锭轧制成形时直径长大过程示意图。
图2为利用强力旋压机对环轧后的环件坯料旋压成形时高度长大过程示意图。
图3为利用卷板机对固溶后的光筒段进行校圆的示意图。
其中：1-主辊；2-芯辊；3-上锥辊；4-下锥辊；5-坯料；6-夹头；7-旋轮；8-芯模；9-主动辊；10-支撑辊；11-光筒段。
具体实施方式
原始坯料化学成分应符合GB/T3190标准要求，显微组织应满足GB/T3246.1标准要求，低倍组织应满足GB/T3246.2标准要求；坯料应对全表面进行机加工，表面粗糙度不大于Ra12.6。
一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其步骤为：
(1)采用半连续铸造的空心铝合金铸锭作为原始坯料，空心铝合金铸锭尺寸表示为外径D0、内径d0、高度H0；
(2)对步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热；
(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铝合金铸锭进行轧制变形操作，使坯料直径长大至目标尺寸，环轧后的环件坯料尺寸表示为外径D1、内径d1、高度H1；
(4)将步骤(3)所制环件坯料置于空气中冷却；
(5)利用强力旋压机，对步骤(4)中的环件坯料进行多道次旋长操作；
(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小1/2～2/3时，对半成品进行退火处理；
(7)继续对退火后的半成品进行旋压成形，至零件壁厚减小至成品尺寸，获得光筒段，零件尺寸表示为外径D2、内径d2、高度H2；
(8)切除旋压筒段两端工艺余量，零件尺寸表示为外径D3、内径d3、高度H3；
(9)对切除工艺余量的旋压筒段零件进行固溶处理；
(10)利用卷板机，对步骤(9)固溶处理后的零件进行校圆操作，同时释放零件的淬火应力；
(11)对步骤(10)校圆后的零件进行时效处理；
(12)对时效后的光筒段全表面进行车削加工，提高尺寸精度，为多头镜像铣削奠定基础，尺寸表示为外径D4、内径d4、高度H4，加工公差按GB/T1804控制；
(13)对第12步车加工后的光筒段进行超声波探伤，检查零件内部是否存在缺陷，缺陷等级按照GB/T6519标准中A级进行控制；
(14)利用数控多头镜像铣削设备，对光筒段进行整体铣削，加工出内腔网格加强筋，零件尺寸为外径D、内径d高度H，壁板厚度B，筋高h。
所述的步骤(2)中对原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度440～460℃，保温时间500～800min。
所述的步骤(6)中环件坯料退火处理，其加热温度为350～410℃，保温时间为2～3h。
所述的步骤(9)中薄壁筒段零件进行固溶处理，加热温度530～540℃，保温时间60～90min。
所述的步骤(11)中对校圆后的零件进行时效处理，加热温度160～170℃，保温时间18～25h。
实施例1：
制备2219铝合金贮箱筒段，内部网格加强筋为斜置正交结构，筒段成品尺寸D＝2250mm、d＝2228mm，H＝1500mm，壁板厚B＝6mm，筋高h＝5mm。
(1)采用半连续铸造的空心2219铝合金铸锭作为原始坯料，化学成分符合GB/T3190标准要求，显微组织满足GB/T3246.1标准要求，低倍组织满足GB/T3246.2标准要求；空心铸锭车表皮后的表面粗糙度不大于Ra12.6，尺寸为外径D0＝810mm、内径d0＝400mm、高度H0＝700mm；
(2)对步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度440～460℃，保温时间不小于500min。
(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铸锭进行轧制变形，使坯料5尺寸变为外径D1＝2325mm、内径d1＝2215mm、高度H1＝700mm；
(4)将步骤(3)所制的环件坯料5置于空气中冷却；
(5)将步骤(4)中环件坯料套在旋压机芯模上，芯模8直径为2215mm，用夹头6卡紧坯料5，进行多道次旋长操作；
(6)当步骤(5)中环件坯料5壁厚减小至32mm时，松开夹头6将半成品从旋压机取下，进行退火处理，退火加热温度为350～410℃，保温时间为2～3h；
(7)退火完毕后装卡半成品继续旋压成形，待环件坯料5壁厚减小至22.5mm时，获得外径D2＝2260mm、内径d2＝2215mm、高度H2＝1650～1750mm的光筒段11；
(8)切除光筒段1夹头部位及旋压末端工艺余量，零件尺寸外径D3＝2260mm、内径d3＝2215mm、高度H3＝1500mm；
(9)对光筒段11零件进行固溶处理，加热温度530～540℃，保温时间60～80min
(10)固溶处理后光筒段1会有一定程度的变形，利用卷板机对其进行校圆，同时释放零件的淬火应力；
(11)对校圆后的光筒段11零件进行时效处理，加热温度160～170℃，保温时间18～25h；
(12)对时效后的光筒段11全表面进行车削加工，至外径D4＝2250mm、内径d4＝2228mm、高度H4＝1500mm，尺寸公差按GB/T1804控制；
(13)对步骤(12)车加工后的光筒段11进行超声波探伤，检查零件内部是否存在缺陷，缺陷等级按照GB/T6519标准中A级进行控制；
(14)对步骤(13)中光筒段进行整体多头镜像铣削，加工出规定尺寸形状的斜置正交结构网格加强筋，零件尺寸为外径D＝2250mm、内径d＝2228mm、H＝1500mm、壁板厚B＝6mm、筋高h＝5mm。
实施例2：
制备2219铝合金贮箱筒段，内部网格加强筋为120°纵向结构，筒段成品尺寸D＝3350mm、H＝1800mm、d＝3322mm、壁板厚B＝8mm、筋高h＝6mm。
(1)采用半连续铸造的空心2219铝合金铸锭作为原始坯料，化学成分符合GB/T3190标准要求，显微组织满足GB/T3246.1标准要求，低倍组织应满足GB/T3246.2标准要求；空心铸锭车表皮后的表面粗糙度不大于Ra12.6，尺寸为外径D0＝1000mm、内径d0＝350mm、高度H0＝800mm；
(2)对步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度440～460℃，保温时间不小于800min；
(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铝合金铸锭进行轧制变形，使坯料5尺寸变为外径D1＝3440mm、内径d1＝3308mm、高度H1＝800mm；
(4)将步骤(3)中所制环件坯料5置于空气中冷却；
(5)将步骤(4)中环件坯料5套在旋压机芯模上，芯模8直径为3308mm，用夹头6卡紧坯料5，进行多道次旋长操作；
(6)当步骤(5)中环件坯料5壁厚减小至38mm时，松开夹头6将半成品从旋压机取下，进行退火处理，退火加热温度为350～410℃，保温时间为2～3h；
(7)退火完毕后装卡半成品继续旋压成形，待坯料5壁厚减小至26mm时，获得外径D2＝3360mm、内径d2＝3308mm、高度H2＝2000±50mm的光筒段11；
(8)切除光筒段11夹头部位及旋压末端工艺余量，零件尺寸外径D3＝3360mm、内径d3＝3308mm、高度H3＝1800mm；
(9)对光筒段11零件进行固溶处理，加热温度530～540℃，保温时间70～90min；
(10)固溶处理后光筒段11会有一定程度的变形，利用卷板机对其进行校圆，同时释放零件的淬火应力；
(11)对校圆后的光筒段11进行时效处理，加热温度160～170℃，保温时间18～25h；
(12)对时效后的光筒段11全表面进行车削加工，至外径D4＝3350mm、内径d4＝3322mm、高度H4＝1800mm，尺寸公差按GB/T1804控制；
(13)对第12步车加工后的筒段11进行超声波探伤，检查零件内部是否存在缺陷，缺陷等级按照GB/T6519标准中A级进行控制；
(14)对第13步光筒段11进行整体多头镜像铣削，加工出规定尺寸形状的斜置正交结构网格加强筋，零件尺寸为外径D＝3350mm、内径d＝3322mm、H＝1800mm、厚B＝8mm、筋高h＝6mm。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用半连续铸造的空心铝合金铸锭作为原始坯料，空心铝合金铸锭尺寸表示为外径D0、内径d0、高度H0；
(2)对步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度为440℃～460℃，保温时间为500～800min；
(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铝合金铸锭进行轧制变形操作，使坯料直径长大至目标尺寸，环轧后的环件坯料尺寸表示为外径D1、内径d1、高度H1；
(4)将步骤(3)所制环件坯料置于空气中冷却；
(5)利用强力旋压机，对步骤(4)中的环件坯料进行多道次旋长操作；
(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小1/2～2/3时，对半成品进行退火处理，退火温度为350～410℃、保温时间为2h～3h；
(7)继续对退火后的半成品进行旋压成形，至零件壁厚减小至成品尺寸，获得光筒段，零件尺寸表示为外径D2、内径d2、高度H2；
(8)切除旋压筒段两端工艺余量，零件尺寸表示为外径D3、内径d3、高度H3；
(9)对切除工艺余量的旋压筒段零件进行固溶处理，固溶温度为530℃～540℃、保温时间为60min～90min；
(10)利用卷板机，对步骤(9)固溶处理后的零件进行校圆操作，同时释放零件的淬火应力；
(11)对步骤(10)校圆后的零件进行时效处理，时效温度为160℃～170℃、保温时间为18h～25h；
(12)对时效后的光筒段全表面进行车削加工，提高尺寸精度，为多头镜像铣削奠定基础，尺寸表示为外径D4、内径d4、高度H4，加工公差按GB/T1804控制；
(13)对第12步车加工后的筒段进行超声波探伤，检查零件内部是否存在缺陷，缺陷等级按照GB/T6519标准中A级进行控制；
(14)利用数控多头镜像铣削设备，对光筒段进行整体铣削，加工出内腔网格加强筋，零件尺寸为外径D、内径d高度H，壁板厚度B，筋高h。
2.根据权利要求1所述内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其特征在于，所述贮箱筒段为2219铝合金筒段。
3.根据权利要求1所述内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其特征在于，所述的贮箱筒段规格为外径2250mm，其高度1500mm、壁板厚6mm、筋高5mm的筒段和外径3350mm，其高度1800mm、壁板厚8mm、筋高6mm的筒段两种。
4.根据权利要求3所述内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其特征在于，所述的贮箱筒段内壁网格加强筋为斜置正交结构。
5.根据权利要求1所述内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法，其特征在于，所述的贮箱筒段是对无缝光筒段进行多头镜像铣削，得到整体内腔带网格筋的贮箱筒段。
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