本发明涉及零件成形领域,具体地,涉及带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法。
背景技术:
1、运载火箭是实现卫星、飞船、航天器等进入太空主要工具之一,是国家安全和太空运输的重要保障。燃料贮箱是主承力结构,占全箭长度的2/3以上,其制造质量和轻量化水平决定着整体性能。随着运载火箭向低温化、重复性利用发射等方向发展和高密度发射需求,对高可靠轻量化制造性能、制造效率方面提出了更高的要求。
2、筒段是贮箱最大结构件,是影响火箭可靠性的关键部件。网格筋筒段是一种高效能结构,我国普遍采用45°网格筋筒段来减轻箭体重量,提升承载能力。受传统工艺和装备的制约,我国筒段现阶段主要为铝合金壁板拼接结构,主要采用先弯后铣或先铣后弯+焊接的模式,焊接接头性能下降带来结构承载性能损失,工程上一般通过增加厚度补偿方法满足承载性能。此外,分片成形壁板几何非线性使加工残余应力带来成形精度不高,需要大量人力校形,制造效率低下。因此,迫切需要寻找为轻质高强带筋筒段类构件高性能短流程整体制造方法,提高结构可靠性、轻量化水平和制造效率。
3、目前,现有专利cn113351722b提供了一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置及加工方法,其只涉及旋压成形的方案,并未涉及蠕变时效的方案;专利cn109604966b提供一种内腔带网格筋的贮箱筒段整体成形方法,其未采用蠕变时效的方案,未能解决消除旋压成形残余应力产生的不均匀变形。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法。
2、根据本发明提供的一种带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,包括以下步骤:
3、步骤s1,坯料准备:将退火态的铝合金直筒段加工成端部带定位台阶的筒坯;
4、步骤s2,坯料装配:将加热条件下直径扩大的筒坯装配在带凹槽的旋压成形模具上;
5、步骤s3,旋压成形:采用火焰与激光相结合的复合加热方式,筒坯通过多个旋轮多向加载来实现筒段网格筋充分填充,加工成带筋筒段;
6、步骤s4,蠕变时效:利用蠕变时效模具与带筋筒段的热膨胀系数差,促使带筋筒段发生蠕变胀形来提升带筋筒段的成形精度,基于时效处理提升带筋筒段的组织性能。
7、优选地,在步骤s2中,加热条件为通过将加工后的筒坯放在热处理炉中进行预加热实现。
8、优选地,在步骤s2中,所述旋压成形模具包括:尾顶、旋轮、挡板以及旋压模具;
9、所述旋压模具一端设置固定块,另一端设置有可轴向移动的尾顶,所述旋压模具周侧套装可沿轴向滑动的挡板,所述挡板和所述固定块之间设置气缸,所述旋压模具周侧间隙设置多个旋轮;
10、当所述筒坯套装在旋压模具上,所述筒坯一端抵接挡板,另一端通过尾顶的顶压预紧,所述筒坯通过两端的挡板和尾顶进行轴向限位,所述旋轮对所述筒坯外周侧进行旋压。
11、优选地,所述旋压模具本体的周侧设置有网格状凹槽,所述筒坯通过网格状凹槽并配合旋轮旋压加工出网格筋。
12、优选地,所述尾顶由油缸和尾顶座组成,在油缸的带动下尾顶座与所述筒坯的端部贴合起到预紧的作用。
13、优选地,所述旋压模具由分瓣式带凹槽面板与整体框架式芯模组成,所述分瓣式带凹槽面板设置有多个面板,每个面板上均设置有网格状凹槽,多个面板拼接成旋压模具的外层,多个面板拼接的外层内部楔形安装所述整体框架式芯模。
14、优选地,在步骤s3中,在旋压成形模具的基础上安装火焰枪和激光器,所述火焰枪在旋压前对所述筒坯进行大区域加热,所述激光器在旋压前对所述筒坯进行局部加热。
15、优选地,在步骤s4中,所述带筋筒段的内侧设置蠕变时效模具,所述蠕变时效模具内侧设置楔形工装,所述楔形工装在真空热成形装备压头的作用下产生径向力迫使用蠕变时效模具将带筋筒段撑圆,然后对带筋筒段进行蠕变时效。
16、优选地,所述楔形工装设置为截面上厚下薄的锥筒结构,所述蠕变时效模具的内侧设置为斜面结构并与所述楔形工装的斜面接触传递径向力。
17、优选地,所述蠕变时效模具的外侧设置与带筋筒段相适配的网格状凹槽结构;
18、所述蠕变时效模具采用多个上薄下厚的分瓣模组合而成。
19、与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
20、本申请将旋压成形与蠕变时效相结合,基于旋压成形实现整体带筋轮廓精确近净成形、获得后续时效强化所需细小晶粒,通过热胀蠕变时效进一步校正铝合金带筋筒段轮廓形状、促进晶内晶界强化相析出,从而实现精度和性能协同制造,为轻质高强带筋筒段类构件提供一种高性能、短流程、整体成形新方法。
1.一种带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:在步骤s2中,加热条件为通过将加工后的筒坯(1)放在热处理炉中进行预加热实现。
3.根据权利要求1所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于,在步骤s2中,所述旋压成形模具包括:尾顶(3)、旋轮(4)、挡板(6)以及旋压模具(7);
4.根据权利要求3所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:所述旋压模具(7)本体的周侧设置有网格状凹槽,所述筒坯(1)通过网格状凹槽并配合旋轮(4)旋压加工出网格筋。
5.根据权利要求3所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:所述尾顶(3)由油缸和尾顶座组成,在油缸的带动下尾顶座与所述筒坯(1)的端部贴合起到预紧的作用。
6.根据权利要求3所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:所述旋压模具(7)由分瓣式带凹槽面板与整体框架式芯模组成,所述分瓣式带凹槽面板设置有多个面板,每个面板上均设置有网格状凹槽,多个面板拼接成旋压模具(7)的外层,多个面板拼接的外层内部楔形安装所述整体框架式芯模。
7.根据权利要求1所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:在步骤s3中,在旋压成形模具的基础上安装火焰枪(2)和激光器(5),所述火焰枪(2)在旋压前对所述筒坯(1)进行大区域加热,所述激光器(5)在旋压前对所述筒坯(1)进行局部加热。
8.根据权利要求1所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:在步骤s4中,所述带筋筒段(8)的内侧设置蠕变时效模具(9),所述蠕变时效模具(9)内侧设置楔形工装(10),所述楔形工装(10)在真空热成形装备压头的作用下产生径向力迫使用蠕变时效模具(9)将带筋筒段(8)撑圆,然后对带筋筒段(8)进行蠕变时效。
9.根据权利要求8所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:所述楔形工装(10)设置为截面上厚下薄的锥筒结构,所述蠕变时效模具(9)的内侧设置为斜面结构并与所述楔形工装(10)的斜面接触传递径向力。
10.根据权利要求8所述带筋筒段旋压蠕变时效复合成形方法,其特征在于:所述蠕变时效模具(9)的外侧设置与带筋筒段(8)相适配的网格状凹槽结构;