CN115229440A - 一种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，包括：(1)加工半球形拉深模、翻边模和修磨工装；(2)将原材料钛板机加为指定壁厚和直径的圆板，用打磨的方式去除边缘毛刺；(3)将板坯置于拉深模的脱料板上平面中心位置，用适当的压边力压紧板坯，用拉深模的下凸模球形部位以一定速度将圆板顶入拉深模的上凹模，到达预定位置后保压；(4)用真空退火炉完成中间退火；(5)将半成品置于翻边模的下凸模上，用适当的压力和速度完成翻边成形并保压；(6)用修磨工装将翻边半成品装夹于车床用砂带打磨，使用超声波测厚仪监测半成品各区域厚度；(7)将打磨好的工件放入真空退火炉中退火。
Description
技术领域
本发明涉及航天器的技术领域，尤其涉及一种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法。
背景技术
金属隔膜的航天器贮箱是航天领域一个重要的器件，多用于火箭和导弹。其结构为球形空腔，内含一个金属隔膜，隔膜将空腔分为两个区域，将气体和液体物理分隔。航天器贮箱工作时在挤压气体的作用下隔膜发生翻转变形，液体腔受挤压后将液体燃料由航天器贮箱液路接头排出。在这种工作方式中金属隔膜发挥着重要的作用。它能消除推进剂的晃动，保证推力的稳定，同时金属隔膜将气液物理隔缘，确保向发动机输出不夹气的推进剂。
金属钛拥有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，与推进剂又具有良好的相容性因而可以满足长期储备需要，因而有利于军事储备。同时钛又拥有较高比强度，可以达到减重效果，是航天器材常用材料。因此钛及钛合金相当适合用做隔膜材料。
在航天姿控系统中，对钛隔膜有以下要求：
1.气路工作压力小，利于隔膜起翻。
2.推进剂释放稳定。
3.同一组用于同一型号装备的隔膜性能一致性好。
反应在隔膜上的要求为有梯度规律的变壁厚、尺寸精度高和材料状态稳定。传统加工方式是用机加法加工隔膜，该方法可以较好地满足以上三点要求。但是该方法批量生产效率低，加工时每件隔膜均需要反复装夹且车削加工量巨大，因而批量供应难度大；其次生产成本高，对每一件隔膜均需要单独热锻和车削，加工费用高，费料多。因此需要一种新的加工方法用于钛隔膜生产。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其不仅可以满足规律的变壁厚、尺寸精度高和材料状态稳定的三个要求，还具有效率高和成本低两大优势。
本发明的技术方案是：这种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其包括以下步骤：
(1)根据待加工的航天器贮箱用半球形钛隔膜的外形尺寸加工半球形拉深模、翻边模和修磨工装；
(2)将原材料钛板机加为指定壁厚和直径的圆板，用打磨的方式去除边缘毛刺；
(3)将拉深油均匀涂抹于拉深模的上凹模和拉深模的脱料板上，将板坯置于拉深模的脱料板上平面中心位置，用适当的压边力压紧板坯，用拉深模的下凸模球形部位以一定速度将步骤(2)的圆板顶入拉深模的上凹模，到达预定位置后保压；
(4)将步骤(3)得到的半成品用真空退火炉完成中间退火；
(5)将拉深油均匀涂抹于翻边模的上凹模和翻边模的下凸模上，将步骤(4)得到的半成品置于翻边模的下凸模上，用适当的压力和速度完成翻边成形并保压；
(6)用修磨工装将步骤(5)得到的翻边半成品装夹于车床用砂带打磨，使用超声波测厚仪监测半成品各区域厚度；
(7)将步骤(6)中打磨好的工件放入真空退火炉中退火。
本发明根据待加工的航天器贮箱用半球形钛隔膜的外形尺寸加工半球形拉深模、翻边模和修磨工装；将原材料钛板机加为指定壁厚和直径的圆板，用打磨的方式去除边缘毛刺；将拉深油均匀涂抹于拉深模的上凹模和拉深模的脱料板上，将板坯置于拉深模的脱料板上平面中心位置，用适当的压边力压紧板坯，用拉深模的下凸模球形部位以一定速度将圆板顶入拉深模的上凹模，到达预定位置后保压；将得到的半成品用真空退火炉完成中间退火；将拉深油均匀涂抹于翻边模的上凹模和翻边模的下凸模上，将得到的半成品置于翻边模的下凸模上，用适当的压力和速度完成翻边成形并保压；用修磨工装将得到的翻边半成品装夹于车床用砂带打磨，使用超声波测厚仪监测半成品各区域厚度；将打磨好的工件放入真空退火炉中退火；因此这种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法不仅可以满足规律的变壁厚、尺寸精度高和材料状态稳定的三个要求，还具有效率高和成本低两大优势。
附图说明
图1为本发明的拉深模的示意图。
图2为本发明的翻边模的示意图。
图3为本发明的步骤(6)的示意图。
图4为本发明的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法的流程图。
其中：1为拉深模的上凹模；2为拉深模的脱料板；3为拉深模的下凸模；4为翻边模的上凹模；5为翻边模的下凸模；6为修磨工装紧固圈；7为修磨工装主体。
具体实施方式
如图1-3所示，这种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其包括以下步骤：
(1)根据待加工的航天器贮箱用半球形钛隔膜的外形尺寸加工半球形拉深模、翻边模和修磨工装；
(2)将原材料钛板机加为指定壁厚和直径的圆板，用打磨的方式去除边缘毛刺；
(3)将拉深油均匀涂抹于拉深模的上凹模和拉深模的脱料板上，将板坯置于拉深模的脱料板上平面中心位置，用适当的压边力压紧板坯，用拉深模的下凸模球形部位以一定速度将步骤(2)的圆板顶入拉深模的上凹模，到达预定位置后保压；
(4)将步骤(3)得到的半成品用真空退火炉完成中间退火；
(5)将拉深油均匀涂抹于翻边模的上凹模和翻边模的下凸模上，将步骤(4)得到的半成品置于翻边模的下凸模上，用适当的压力和速度完成翻边成形并保压；
(6)用修磨工装将步骤(5)得到的翻边半成品装夹于车床用砂带打磨，使用超声波测厚仪监测半成品各区域厚度；
(7)将步骤(6)中打磨好的工件放入真空退火炉中退火。
本发明根据待加工的航天器贮箱用半球形钛隔膜的外形尺寸加工半球形拉深模、翻边模和修磨工装；将原材料钛板机加为指定壁厚和直径的圆板，用打磨的方式去除边缘毛刺；将拉深油均匀涂抹于拉深模的上凹模和拉深模的脱料板上，将板坯置于拉深模的脱料板上平面中心位置，用适当的压边力压紧板坯，用拉深模的下凸模球形部位以一定速度将圆板顶入拉深模的上凹模，到达预定位置后保压；将得到的半成品用真空退火炉完成中间退火；将拉深油均匀涂抹于翻边模的上凹模和翻边模的下凸模上，将得到的半成品置于翻边模的下凸模上，用适当的压力和速度完成翻边成形并保压；用修磨工装将得到的翻边半成品装夹于车床用砂带打磨，使用超声波测厚仪监测半成品各区域厚度；将打磨好的工件放入真空退火炉中退火；因此这种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法不仅可以满足规律的变壁厚、尺寸精度高和材料状态稳定的三个要求，还具有效率高和成本低两大优势。
优选地，所述步骤(2)中圆板直径参数根据模拟计算得出，圆板裁切为车削、激光切割或线切割，打磨方式包括：角磨机、砂轮、砂纸、锉刀。
优选地，所述步骤(3)中使用有机膜和金属板辅助拉深。
优选地，所述步骤(3)中有机膜为PVC膜或PE膜，其厚度小于等于0.5mm。
优选地，所述步骤(3)中使用冲压压边力参数选择非临近冲压件起皱或开裂极限的数值，且冲压过程壁厚减薄小于等于20％。
优选地，所述步骤(3)中局部壁厚减薄超过30％时，增加中间退火，分多道次完成拉深成形。
优选地，所述步骤(3)和步骤(5)中速度在20～140mm/min，保压时间为5～15s。
优选地，所述步骤(4)和步骤(7)中退火温度为650℃～720℃，退火时间为1～2h。
优选地，所述步骤(4)和步骤(7)中退火方式是真空退火或惰性气体保护退火。
以下详细说明本发明的具体实施例。
实施例1：
Φ172mm，厚度0.4mm纯钛薄板钛隔膜制备
1)根据隔膜尺寸设计拉深模、翻边模和修磨工装各一套。完成加工。
2)用车床将钛板机加为所需厚度和直径的圆板，用抛光片修磨边缘毛刺。
3)检查拉深模表面是否存在异常，将模具安装于液压机上，清理模具表面异物。将拉深油用毛刷涂抹于拉深模的脱料板2上平面和拉深模的上凹模1的下平面及模口，用24～28T的压边力压紧板坯，拉深模的下凸模3穿过压边圈将板坯顶入上凹模，变形速度为140mm/min，到达预定变形量后保压5s。取出工件，清洗去油。
4)使用真空退火炉对步骤3)中的拉深件进行真空退火，退火温度为700±10℃保温1.5h，然后随炉冷却至100℃以下出炉空冷。
5)检查翻边模表面是否存在异常，将模具安装于液压机上，清理模具表面异物。将拉深油用毛刷均匀涂抹于翻边模的上凹模4下表面和翻边模的下凸模5上表面，将步骤4)中的工件放置在翻边模的下凸模上，翻边模的上凹模以120mm/min的速度下压，到达预定位置后保压10s。
6)对翻边成形后的工件壁厚进行检测，对壁厚超差做好标记，用修磨工装装夹于车床之上，用砂带对工件进行修磨。期间对工件壁厚用超声波测厚仪进行监测。修磨完成以后对工件进行清洗，去除油污。
7)使用真空退火炉对步骤6)中的拉深件进行真空退火，退火温度为700±10℃保温1.5h，然后随炉冷却至100℃以下出炉空冷。
实施例2：
Φ710mm，厚度2mm纯钛薄板钛隔膜制备
1)根据隔膜尺寸设计拉深模、翻边模和修磨工装各一套。完成加工。
2)用车床将钛板机加为所需厚度和直径的圆板，用抛光片修磨边缘毛刺。
3)检查拉深模表面是否存在异常，将模具安装于液压机上，清理模具表面异物。将拉深油用毛刷涂抹于拉深模的脱料板2上平面和拉深模的上凹模1的下平面及模口，用104～192T的压边力压紧板坯，拉深模的下凸模穿过压边圈将板坯顶入上凹模，变形速度为20mm/min，到达预定变形量后保压5s。取出工件，清洗去油。
4)使用真空退火炉对步骤3)中的拉深件进行真空退火，退火温度为720±10℃保温1.5h，然后随炉冷却至100℃以下出炉空冷。
5)检查翻边模表面是否存在异常，将模具安装于液压机上，清理模具表面异物。将拉深油用毛刷均匀涂抹于翻边模的上凹模4下表面和翻边模的下凸模5上表面，将步骤4)中的工件放置在翻边模的下凸模上，翻边模的上凹模以120mm/min的速度下压，到达预定位置后保压15s。
6)对翻边成形后的工件壁厚进行检测，对壁厚超差做好标记，用修磨工装装夹于车床之上，用砂带对工件进行修磨。期间对工件壁厚用超声波测厚仪进行监测。修磨完成以后对工件进行清洗，去除油污。
7)使用真空退火炉对步骤6)中的拉深件进行真空退火，退火温度为720±10℃保温1.5h，然后随炉冷却至100℃以下出炉空冷。
实施例3：
Φ430mm，厚度1.1mm纯钛薄板钛隔膜制备
1)根据隔膜尺寸设计拉深模、翻边模和修磨工装各一套。完成加工。
2)用车床将钛板机加为所需厚度和直径的圆板，用抛光片修磨边缘毛刺。
3)检查拉深模表面是否存在异常，将模具安装于液压机上，清理模具表面异物。将拉深油用毛刷涂抹于拉深模的脱料板上平面和拉深模的上凹模的下平面及模口，用100～144T的压边力压紧板坯，拉深模的下凸模穿过压边圈将板坯顶入上凹模，变形速度为20mm/min，到达预定变形量后保压5s。取出工件，清洗去油。
4)使用真空退火炉对步骤3)中的拉深件进行真空退火，退火温度为700±10℃保温1.5h，然后随炉冷却至100℃以下出炉空冷。
5)检查翻边模表面是否存在异常，将模具安装于液压机上，清理模具表面异物。将拉深油用毛刷均匀涂抹于翻边模的上凹模下表面和翻边模的下凸模上表面，将步骤4)中的工件放置在翻边模的下凸模上，翻边模的上凹模以120mm/min的速度下压，到达预定位置后保压10s。
6)对翻边成形后的工件壁厚进行检测，对壁厚超差做好标记，用修磨工装装夹于车床，用砂带对工件进行修磨。期间对工件壁厚用超声波测厚仪进行监测。修磨完成以后对工件进行清洗，去除油污。
7)使用真空退火炉对步骤6)中的拉深件进行真空退火，退火温度为700±10℃保温1.5h，然后随炉冷却至100℃以下出炉空冷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)根据待加工的航天器贮箱用半球形钛隔膜的外形尺寸加工半球形拉深模、翻边模和修磨工装；
(2)将原材料钛板机加为指定壁厚和直径的圆板，用打磨的方式去除边缘毛刺；
(3)将拉深油均匀涂抹于拉深模的上凹模和拉深模的脱料板上，将板坯置于拉深模的脱料板上平面中心位置，用适当的压边力压紧板坯，用拉深模的下凸模球形部位以一定速度将步骤(2)的圆板顶入拉深模的上凹模，到达预定位置后保压；
(4)将步骤(3)得到的半成品用真空退火炉完成中间退火；
(5)将拉深油均匀涂抹于翻边模的上凹模和翻边模的下凸模上，将步骤(4)得到的半成品置于翻边模的下凸模上，用适当的压力和速度完成翻边成形并保压；
(6)用修磨工装将步骤(5)得到的翻边半成品装夹于车床用砂带打磨，使用超声波测厚仪监测半成品各区域厚度；
(7)将步骤(6)中打磨好的工件放入真空退火炉中退火。
2.根据权利要求1所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中圆板直径参数根据模拟计算得出，圆板裁切为车削、激光切割或线切割，打磨方式包括：角磨机、砂轮、砂纸、锉刀。
3.根据权利要求1所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中使用有机膜和金属板辅助拉深。
4.根据权利要求3所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中有机膜为PVC膜或PE膜，其厚度小于等于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中使用冲压压边力参数选择非临近冲压件起皱或开裂极限的数值，且冲压过程壁厚减薄小于等于20％。
6.根据权利要求1所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中局部壁厚减薄超过30％时，增加中间退火，分多道次完成拉深成形。
7.根据权利要求1所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(3)和步骤(5)中速度在20～140mm/min，保压时间为5～15s。
8.根据权利要求1所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(4)和步骤(7)中退火温度为650℃～720℃，退火时间为1～2h。
9.根据权利要求8所述的航天器贮箱用半球形钛隔膜的加工制备方法，其特征在于：所述步骤(4)和步骤(7)中退火方式是真空退火或惰性气体保护退火。
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