CN111420988B - 航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺 - Google Patents

航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，主要包括两个阶段：1)对坯料进行冷轧塑性变形；2)对成形大型壁板用冷轧板进行半固态振动轧制成形。利用本发明的工艺能够制备出具有非枝晶细小均匀球状微观组织的航天发动机用薄壁高筋大型壁板，具有工艺过程简单，材料利用率高以及产品力学性能好的特点。

Description

航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺
技术领域
本发明属于航天发动机壁板制造技术领域，涉及一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺。
背景技术
随着我国运载火箭迎来多型号研制生产的高峰期，人们对运载火箭大型结构件的加工效率与质量提出了更高的要求。其中，燃料贮箱是运载火箭的关键零部件之一，只有质量合格才能保证贮箱的支撑能力，所以其制造技术成为了关键问题。燃料贮箱的前后端壳均由四块90°的圆弧状壳壁板焊接而成，该端壳壁板制件属于大型薄壁高筋结构，该结构件的成形质量直接影响贮箱的承载能力。
目前传统薄壁高筋大型壁板的制造工艺主要为：
(1)化学铣削与靠模铣削工艺，即一半使用化学铣削或靠模铣削的工艺。但该工艺因其化学溶液的腐蚀性，所以对生产完成后产生的生产垃圾的处理造成很大的困难，且这类生产方式的周期较长，能源的消耗很大；
(2)先热旋压制坯再数控铣削工艺，即先对厚板进行热旋压制制坯，再对成型的坯料进行数控铣削。但是，这种成型方法因为有90％材料铣削去除，所以它不仅会使生产周期增长，还使材料浪费更严重；
(3)先分块成形再焊接的工艺，在国内，现役火箭贮箱箱底一般会采用“分块成型+焊接”的制造方法，但该工艺成形出的薄壁件，存在结构尺寸精度比较差、可靠性低且废品率高等缺点。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，通过该工艺制备出具有非枝晶细小均匀球状微观组织的航天发动机用薄壁高筋的大型壁板。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)对坯料进行冷轧塑性变形
1.1)采用轧辊对坯料进行冷轧制塑性变形，获得冷轧变形板且保证该冷轧变形板的变形程度达到50％及以上；
1.2)对冷轧制塑性变形后的冷轧变形板进行切割下料，获得成形大型壁板用冷轧板；
2)对成形大型壁板用冷轧板进行半固态振动轧制成形
2.1)采用加热装置对成形大型壁板用冷轧板进行半固态等温处理，以获得具有细小近球状微观组织的半固态材料；
2.2)采用振动推杆机构振动推动半固态材料水平进给，同时控制第一异形轧辊24及第二异形轧辊25同步旋转对半固态材料进行轧制；
2.3)获得航天发动机薄壁高筋大型壁板。
进一步地，上述步骤1)中，所述坯料为商用6061铝合金板材。
进一步地，上述步骤1.1)中，所述轧辊包括第一常规轧辊及第二常规轧辊。
进一步地，上述步骤2.1)中，所述加热装置中频感应加热装置。
进一步地，上述步骤2.1)中，对成形大型壁板用冷轧板进行保温温度为625～630℃且保温时间为5～10min的半固态等温处理，以获得具有细小近球状微观组织的半固态材料。
本发明的优点：
(1)与传统的化学铣削与靠模铣削工艺、先热旋压制坯再数控铣削工艺或者先分块成形再焊接的工艺相比，本发明为整体成形、材料利用率高、成形件的金属流线完整、力学性能更好；此外，本发明对航天发动机用薄壁高筋大型壁板采用的半固态振动轧制成形工艺具有成形力小、成形件性能好的特点；
(2)本发明利用半固态振动轧制成形工艺制造的航天发动机用薄壁高筋大型壁板具有微观组织晶粒细小，分布均匀且不存在缩松、气孔等缺陷，产品力学性能好的特点；
(3)本发明从商用铝合金6061板材出发，先对商用铝合金6061板材进行冷轧制塑性变形并切割下料，再对切割下料后的成形大型壁板用6061铝合金冷轧板15进行半固态等温处理，最后控制振动推杆机构及第一异形轧辊及第二异形轧辊即可实现对航天发动机用薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形，整个工艺过程简单、操作容易、易于实现自动化；
(4)采用本发明不仅可制造航天发动机用薄壁高筋大型壁板、也可用于制造各种薄壁高筋大型壁板，如单边、双边、单边交叉或者双边交叉等形式的薄壁高筋大型壁板；本发明大大减少了传统成形工艺对于金属材料的浪费，提高了高筋壁板的加工效率和金属材料成形后的质量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明成形单边薄壁高筋形式大型壁板时所采用的第一异形轧辊及第二异形轧辊的结构示意图；
图3为本发明成形双边薄壁高筋形式大型壁板时所采用的第一异形轧辊及第二异形轧辊的结构示意图。
其中：1、铝合金板材冷轧塑性变形阶段，11、第一常规轧辊，12、第二常规轧辊，13、商用6061铝合金板材，14、6061铝合金冷轧变形板，15、成形大型壁板用6061铝合金冷轧板，2、大型壁板半固态振动轧制成形阶段，21、中频感应加热装置，22、6061铝合金半固态材料，23、振动推杆机构，24、第一异形轧辊，25、第二异形轧辊，26、航天发动机薄壁高筋大型壁板。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参照图1、图2及图3，一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，具体包括以下步骤：
1)铝合金板材冷轧塑性变形阶段1。
首先，在室温条件下采用第一常规轧辊11及第二常规轧辊12对商用6061铝合金板材13进行冷轧制塑性变形，获得6061铝合金冷轧变形板14且保证该6061铝合金冷轧变形板14的变形程度达到50％及以上；
接着，对冷轧制塑性变形后的6061铝合金冷轧变形板14进行切割下料获得成形大型壁板用6061铝合金冷轧板15。
2)大型壁板半固态振动轧制成形阶段2。
首先，将成形大型壁板用6061铝合金冷轧板15放入中频感应加热装置21内部；
接着，采用中频感应加热装置21对成形大型壁板用6061铝合金冷轧板15进行保温温度为625～630℃且保温时间为5～10min的半固态等温处理，以获得具有细小近球状微观组织的6061铝合金半固态材料22；
随后，采用振动推杆机构23振动推动6061铝合金半固态材料22水平进给，同时控制第一异形轧辊24及第二异形轧辊25同步旋转；
最后，在振动推杆机构23对6061铝合金半固态材料22产生不断振动且水平推进的作用效果下，6061铝合金半固态材料22被第一异形轧辊24及第二异形轧辊25轧制后即可获得航天发动机薄壁高筋大型壁板26。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)对坯料进行冷轧塑性变形
1.1)采用轧辊对坯料进行冷轧制塑性变形，获得冷轧变形板且保证该冷轧变形板的变形程度达到50％及以上；
1.2)对冷轧制塑性变形后的冷轧变形板进行切割下料，获得成形大型壁板用冷轧板；
2)对成形大型壁板用冷轧板进行半固态振动轧制成形
2.1)采用加热装置对成形大型壁板用冷轧板进行半固态等温处理，以获得具有细小近球状微观组织的半固态材料；
2.2)采用振动推杆机构振动推动半固态材料水平进给，同时控制第一异形轧辊及第二异形轧辊同步旋转对半固态材料进行轧制；
2.3)获得航天发动机薄壁高筋大型壁板。
2.根据权利要求1所述的一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，其特征在于：
步骤1)中，所述坯料为商用6061铝合金板材。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，其特征在于：
步骤1.1)中，所述轧辊包括第一常规轧辊及第二常规轧辊。
4.根据权利要求2所述的一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，其特征在于：
步骤2.1)中，所述加热装置为中频感应加热装置。
5.根据权利要求4所述的一种航天发动机薄壁高筋大型壁板的半固态振动轧制成形工艺，其特征在于：
步骤2.1)中，对成形大型壁板用冷轧板进行保温温度为625～630℃且保温时间为5～10min的半固态等温处理，以获得具有细小近球状微观组织的半固态材料。
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