大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106424287A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201611194740.9(22)申请日2016.12.22(71)申请人中南大学地址410000湖南省长沙市岳麓区中南大学(72)发明人李新和易兆祥常士武周磊饶国举曹权魏准张坦(74)专利代理机构湖南省国防科技工业局专利中心43102代理人冯青(51)Int.Cl.B21D22/16(2006.01)B21D51/44(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法(57)摘要本发明涉及大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法。第一步：锥形件剪切旋压工艺。通过剪切旋压工艺将板材旋压成锥形件，在平面到锥面剪切变形条件下实现了板坯大位移形变，板坯由平面变成了锥面。第二步：多道次普通旋压工艺。将第一步成形的锥形件退火处理，并固定在球形芯模上，锥形件随球形芯模旋转，两个旋轮分别从四周向中心沿球形芯模母线方向进给挤压锥形件，经过多道次旋压工艺，锥面逐渐逼近复杂曲面，实现球面封头小位移精确成形，最终形成高精度的大型球面封头。本方法在工程上可实现球形封头整体成型，消除焊缝的短板效应，提高封头的承载能力；可以减轻封头重量，实现封头轻量化制造；封头壁厚均匀，实现高精密成形。CN106424287ACN106424287A权利要求书1/1页1.大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法，其特征在于，包括步骤一：通过剪切旋压工艺将工件旋制成锥形件，平面在剪切变形条件下成形为锥面，实现了板坯大位移形变，大型板坯由圆板成形为锥形件，步骤二：通过多道次普通旋压工艺将锥形件成形为球面封头，锥形件在多道次普通旋压成形条件下由锥面逐渐逼近复杂曲面，实现球面封头小位移精确成形，锥形件旋压成球面封头件。2.大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法，其特征在于，所述步骤一具体过程为：将工件固定在锥形芯模上，工件随锥形芯模旋转，两个旋轮分别从中心向四周沿锥形芯模母线方向进给挤压工件，逐渐形成锥形件。3.大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法，其特征在于，所述步骤二具体过程为：将步骤一成形的锥形件退火处理，将锥形件固定在球形芯模上，锥形件随球形芯模旋转，两个旋轮分别从四周向中心沿球形芯模母线方向进给挤压锥形件，经过多道次旋压工艺，形成大型球面封头。2CN106424287A说明书1/3页大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法技术领域[0001]本发明涉及大型薄壁球面封头的分步精确旋压成形工艺方法。背景技术[0002]一个国家的太空探索能力，取决于其运载火箭的承载能力，我国研制的长征5号火箭，其直径为5.25m，近地运载能力为25吨，而未来载人登月，火星探测等航天工程要求火箭的运载能力达到百吨级，这一重型级别的运载火箭，要求其箭身直径达到8-12m。燃料贮箱作为运载火箭主要结构性构件，是火箭的主要承载结构，服役环境极端苛刻，贮箱薄壁结构承受极大的内压，承受的最大动载荷超过10000t，工作温度低至-253°C，飞行加速度达2-6g，因此对其高性能、高精度和轻量化方面提出极高的要求。[0003]对于燃料箱球面封头，由于其具有大径厚比、弱刚性的特点，利用传统加工方法容易出现变形不协调现象，导致封头件失稳，促使加工精度难以满足航天工业的要求。加快薄壁轻量化结构件整体成形技术的研究刻不容缓，取得突破性研究成果对我国航天事业发展至关重要。[0004]1、分瓣拉弯拼焊成形分瓣拼焊成形工艺采用“化整为零”成形思想，即将一个封头分成6～8块分瓣，逐一冲压或拉形得到各分瓣，然后通过组焊将成形分瓣拼焊成为一个整体封头。图1为利用分瓣拼焊成形的封头示意图，国内应用分瓣拼焊成形工艺加工的燃料箱封头，其最大直径达到5.25m，应用于长征5号火箭。[0005]然而该工艺方法也存在不足之处：焊接结构强度低、可靠性差；成形封头残余应力大、变形大、精度低；需要较大的厚度，不能实现轻量化制造，影响火箭飞行距离。[0006]2、普通旋压成形普通旋压成形是将板料或预制毛坯固定在芯模上，通过主轴回转带动芯模与工件同时转动，利用旋轮加压于毛坯，使其逐渐紧贴于芯模，从而获得所要求的回转体件的金属成形方法。图2为旋压成形示意图。[0007]该工艺存在如下缺点：大直径封头旋压容易失稳，壁厚偏差达到30%以上（中间厚边缘薄）；因此成形后需化铣或采用机械铣削，这一工艺会导致封头材料结构缺陷或高残余应力，工件产生附加变形，最终精度无法控制。发明内容[0008]针对上述成形方法的不足，本课题组通过对成形装备的研究，申请并已获得大径厚比大弓高比封头冲旋成型装置及冲旋方法的专利（公告号CN104275378A）