本發(fā)明涉及旋壓成形工藝方法，特別是大型薄壁球面封頭件的無模分步旋壓成形工藝方法。

背景技術(shù)：

燃料貯箱是運載火箭的主要結(jié)構(gòu)性構(gòu)件，是火箭的主要承載結(jié)構(gòu)，大型薄壁貯箱的整體化，高精度制造是火箭運載能力取得進(jìn)一步突破的關(guān)鍵性技術(shù)。

隨著中國航天工業(yè)的不斷發(fā)展，火箭對大型封頭件的需求越來越廣，大型薄壁封頭作為超大型運載火箭燃料貯箱的關(guān)鍵組成部件，對燃料貯箱的容量，強度起到了關(guān)鍵性作用，而傳統(tǒng)的瓜瓣焊接的成形工件在焊縫處力學(xué)性能始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，傳統(tǒng)的旋壓加工方法極易產(chǎn)生局部減薄甚至加工破裂等缺陷。所以對大型薄壁封頭件整體精密成形技術(shù)的深入研究，對我國航天工業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

現(xiàn)有的大型球面封頭成形方法：

1.分瓣拉彎拼焊成形

分瓣拼焊采用“化整為零”成形思想，將一個封頭分成6到8塊分瓣，逐一沖壓或拉形得到各分瓣，然后通過組焊將分瓣拼焊成一個封頭。

該工藝的缺點：焊接部位結(jié)構(gòu)強度低，可靠性差；殘余應(yīng)力大，變形大，精度低；需要較大厚度，無法實現(xiàn)輕量化制造。

2.封頭沖旋成型。

將板坯周向沿法蘭固定在筒形芯模上，旋輪按封頭母線進(jìn)給，擠壓工件，逐漸形成所需要的工件的成形方法

該工藝的缺點：該方法屬于將平面板坯直接加工為球面工件，其每道次的變形量過大，容易產(chǎn)生變形不均勻，不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

3.分部精確成形方法。

第一步：通過傳統(tǒng)剪切旋壓工藝將工件加工成錐形件。

第二步：通過多約束旋壓工藝，將錐形件法蘭邊和中心固定于球面芯模，通過旋輪和球面芯模共同作用旋壓成形。

該工藝的缺點：兩步成形需要制造兩次芯模，提高的加工成本。并且增加了加工工藝的復(fù)雜度，對兩次安裝的精度要求較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述成形方法的不足，在以上第一和第二兩種方法的原有專利基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出無模分步旋壓成形方法。

該無模分步旋壓成形方法具體如下：

第一步：將平面板坯周向固定于筒形支座，雙旋輪從左右向中心沿錐形件母線進(jìn)給擠壓板坯，實現(xiàn)板坯到錐形件的變形。

第一步加工如圖1所示，將板坯13的法蘭部位通過壓邊圈12和螺栓16固定在筒形支座11上，在加工過程中，板坯隨筒形支座和機床主軸做同步旋轉(zhuǎn)運動，旋輪14沿錐形件母線由左右向中心進(jìn)給，將板坯加工為錐形件15。既實現(xiàn)了大位移變形，又減少了由平面板坯直接沿球形母線進(jìn)給擠壓造成的材料變形不均勻現(xiàn)象，提高了成形件的壁厚均勻性。

第二步加工如圖2所示，第一步加工所得到的錐形件15，安裝不變，旋輪14沿球型母線分三道次進(jìn)給，最終形成大型薄壁球面封頭件25。

第二步：第二步加工分為三道次進(jìn)行，在一二道次中旋輪分別從中心向左右沿球形母線進(jìn)給（如圖4中軌跡1和2），在第三道次中旋輪由左右向中心沿球形母線進(jìn)給（如圖4中軌跡3），最終獲得大型薄壁球面封頭件。旋輪按照這樣的軌跡和方向進(jìn)給，可以使材料流動均勻，避免多道次旋輪進(jìn)給過程中的法蘭處材料堆積，部分減薄太大和工件中心下沉，從而減少加工失穩(wěn)，提高工件的壁厚均勻性。

本發(fā)明具有以下優(yōu)越性：（1）相對于瓜瓣焊加工，在工程上可以實現(xiàn)大型球面封頭件整體成形，消除了瓜瓣焊接成形焊縫不穩(wěn)定的缺陷，提高成形件的力學(xué)性能，并實現(xiàn)輕量化制造。（2）相對于原有封頭沖旋成形的加工方法，該方法可以實現(xiàn)精密成形，該方法制定出了每一道次的具體加工軌跡和旋輪進(jìn)給方向，使材料流動均勻，減少了材料堆積，部分過減薄，工件中心下沉等失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，提高了工件的壁厚均勻性和加工精度。（3）相對于原有的分步精確加工方法，該方法簡化了加工工藝，減少了多次裝夾和多個模具加工帶來的誤差并且提高生產(chǎn)效率，只需要一次裝夾固定，便可實現(xiàn)高精度制造。采用該方法加工時，不需要制造錐形和球面模具，節(jié)約開模成本。

附圖說明

圖1為第一步錐形件旋壓加工成形示意圖，

圖2為第二步球面封頭成形示意圖，

圖3錐形件旋壓的成形軌跡圖和旋輪的進(jìn)給方向，

圖4球面封頭成形的各道次軌跡圖和各道次旋輪進(jìn)給方向；

圖5錐形件旋壓成形壁厚規(guī)律。

具體實施方式

本發(fā)明的無模分步旋壓加工工藝方法，首先實現(xiàn)板坯到錐形件的變形，然后不換模具，進(jìn)行三道次加工，將錐形件加工最終形成大型薄壁球面封頭件。

錐形件旋壓成形滿足正弦規(guī)律，即旋壓后錐形件壁厚均勻，旋壓時時毛坯壁厚與制件壁厚的關(guān)系：（t為旋壓后制件的壁厚，t0為毛坯的壁厚，為半錐角)。根據(jù)金屬材料塑性變形等體積原則，坯料的單元長方形面積與變形后的平行四邊形面積是相等的，半錐角為定值，所以錐形件壁厚均勻。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種大型薄壁球面封頭件旋壓成形方法。該方法分為兩步完成，第一步，將板坯周向法蘭固定在筒形支座上，雙旋輪從左右兩側(cè)沿錐形母線進(jìn)給，將平面板坯擠壓加工成為錐形件。第二步，在第一步的基礎(chǔ)上，兩個旋輪沿球型母線進(jìn)給擠壓錐形件，經(jīng)多道旋壓加工最終得到大型球面封頭件。本方法在工程上可以實現(xiàn)大型球面封頭件整體成形，消除原來使用瓜瓣焊接成形中的焊縫不穩(wěn)定缺陷，提高封頭強度。同時兩步加工都在一個筒形支座上進(jìn)行，節(jié)省了開模成本，并且使加工工藝流程更加簡便。

技術(shù)研發(fā)人員：李新和;易兆祥;魏準(zhǔn);常士武;曹權(quán);饒國舉;張?zhí)?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.29
技術(shù)公布日：2017.07.28