一種5m級貯箱球形瓜瓣的成形工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于火箭貯箱球形瓜瓣成形加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種5M級貯箱球形瓜瓣的成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]新一代運載火箭貯箱箱底首次采用球底結(jié)構(gòu)，在盡量減少裝配焊縫數(shù)量的條件下，一、二級氫箱、氧箱箱底分成“三層”，即人孔法蘭、瓜瓣圓環(huán)和過渡段，中間段的圓環(huán)由8個球形大瓜瓣拼焊而成，大瓜瓣零件(見圖1)展開尺寸最大2000mm X 2800mm，小端半徑R370mm，大端半徑R2374mm，厚度尺寸為6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、9.5mm和11mm六種規(guī)格，毛還展開尺寸2100mmX4000mm。材料為硬鋁合金2219(147，LY19)板材，Μ狀態(tài)，進行淬火、人工時效強化。
[0003]國內(nèi)現(xiàn)役運載型號貯箱大多采用2Α14材料，盡管2Α14材料具有很好的室溫強度和高溫、超低溫性能，但是其熱處理強化狀態(tài)下焊接時，易產(chǎn)生焊縫金屬凝固裂紋及近縫區(qū)母材液化裂縫，焊縫脆性大，對應力集中敏感，同時母材熱影響區(qū)軟化，焊縫接頭強度僅達到焊前母材強度的60?70%，需要實行厚度補償，而且在承載時焊接結(jié)構(gòu)易發(fā)生低應力脆性斷裂，存放時潛藏于母材表層以下的焊接裂紋又可能發(fā)生延時擴展。因此，目前雖然現(xiàn)在已掌握2Α14鋁合金的焊接方法，但是生產(chǎn)成本居高不下，生產(chǎn)效率低。
[0004]而2219鋁合金具有良好的可焊形與抗應力腐蝕性能，已經(jīng)作為箱體材料廣泛應用于國外大運載火箭的研制。例如日本在1984年開始研制的Η-2、1996年開始研制的Η-2Α直徑4m的一、二級貯箱均為2219鋁合金，而早期的Η-1 二子級就已經(jīng)采用了 2219鋁合金;歐空局1988年開始研制的阿里安5的直徑為5.4m的芯級貯箱用2219代替了阿里安4用的7020鋁合金。2219合金為時效強化鋁合金，其強化相主要是銅合金，銅含量比2A14高出50%以上，而且合金中的錳可以大大提高合金的耐熱性，顯著降低合金的焊接裂紋傾向性。與2A14材料相比，2219材料在低溫和高溫力學性能、斷裂韌性、焊接性能以及抗應力腐蝕性能等方面具有明顯的優(yōu)勢，尤其是焊接性能較好。因此，新一代運載火箭采用2219作為貯箱材料，為了實現(xiàn)箭體的有效減重，箭體貯箱的重要結(jié)構(gòu)件要求具有較高的力學性能，以滿足減重后的結(jié)構(gòu)剛性需求。同時對球形大瓜瓣零件的表面質(zhì)量、型面精度等提出了更高的要求。
[0005]目前，現(xiàn)役運載火箭貯箱瓜瓣主要采用液壓機拉深成形方法，兩道次成形，中間進行淬火處理。而針對新一代運載火箭的5米級球形大瓜瓣，受液壓機臺面尺寸和零件自身結(jié)構(gòu)的限制，很難利用液壓機拉深成形方法進行成形。根據(jù)產(chǎn)品自身特點，選用蒙皮拉形成形技術(shù)。
[0006]拉形成形就是毛料按拉形模在拉伸機上拉伸成形(如圖2所示)。拉形成形的基本原理是利用彎曲和拉伸的作用，使板料與模胎的型面全部貼合而成為雙曲度零件的成形過程。在拉形成形過程中，板料主要受拉應力而產(chǎn)生變形，當板料貼胎后，再施加適當?shù)牧ρa拉使板料截面內(nèi)的拉應力超過材料的屈服點后，將可以幾乎完全保留塑性形變而將回彈幾乎完全消除。
[0007]新一代運載火箭2219材料球形大瓜瓣，目前采用拉形成形工藝，但在拉形成形過程中會出現(xiàn)表面粗糙現(xiàn)象(俗稱“橘皮”)，其低倍晶粒度等級一般為4?5級，這種表面粗糙現(xiàn)象對瓜瓣零件后續(xù)的化銑、焊接工藝帶來不利影響，最終影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。同時表面粗糙現(xiàn)象會降低產(chǎn)品零件的抗晶間腐蝕能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種5M級貯箱球形瓜瓣的成形工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的運載火箭2219材料球形大瓜瓣在拉形成形過程中出現(xiàn)表面粗糙現(xiàn)象。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0010]—種5M級貯箱球形瓜瓣的成形工藝，采用拉形成形，所述拉形成形包括預拉形成形和終拉形成形兩道次成形。
[0011]包括以下步驟:1)下料;2)預拉形成形;3)淬火熱處理;4)終拉形成形;5)去除余量并修整;6)人工時效。
[0012]具體的步驟如下:
[0013 ] 1)下料:零件坯料為退火狀態(tài)，纖維方向順長邊；
[0014]2)預拉形成形:包括:a.拉形前排除模具型面及毛料表面雜物;b.在模具整體型面上均勻平鋪0.2-0.3mm厚度PE膜;c.將零件裝入兩側(cè)鉗口并夾緊;d.預拉形零件;e.將零件從兩側(cè)鉗口中卸下；
[0015]3)淬火熱處理:利用空氣淬火爐進行淬火，零件間要有一定的間隙，其間隙應不小于500mm;
[0016]4)終拉形成形:a.拉形前排除模具型面及毛料表面雜物;b.在模具整體型面上均勻平鋪PE膜;c.去除邊緣毛刺并打磨光滑，同時修整鉗口位置直線度;d.終拉形零件;e.將零件從兩側(cè)鉗口卸下；
[0017]5)去除余量并修整:a.水切割粗切去除余量，兩側(cè)邊余量為20mm，大端、小端余量為50mm;
[0018]6)人工時效:將經(jīng)過上述1-5步驟加工的零件放入空氣爐中。
[0019]進一步的，所述預拉形成形和終拉形成形的工藝參數(shù)為:拉形力為2000-5000N;拉形速度為15-20mm/min，對于零件還料厚度為6?11mm的零件還料，預拉形成形和終拉形成形的最大拉形變形量在2.5%之內(nèi)。
[0020]進一步的，所述淬火熱處理的工藝參數(shù):溫度為500-600°C，保溫時間為20-40分鐘，轉(zhuǎn)移時間為10秒，采用水冷。
[0021]進一步的，所述人工時效的工藝參數(shù):溫度為100-200°C，保溫時間為15-20小時，隨爐冷卻。
[0022]進一步的，所述淬火熱處理的溫度為535±5°C，保溫時間為30分鐘。
[0023]進一步的，所述人工時效的溫度為175±5°C，保溫時間為18小時。
[0024]進一步的，所述PE膜的厚度為0.2-0.3mm。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種5M級貯箱球形瓜瓣的成形工藝具有以下優(yōu)勢:
[0026](1)采用兩次拉形成形工藝，解決了 5M級球形大瓜瓣的成形問題，產(chǎn)品滿足設(shè)計使用要求。
[0027](2)解決了 2219材料成形后的表面粗糙問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，加快了新一代運載火箭研制生產(chǎn)步伐。
[0028](3)為新材料在新型號產(chǎn)品的應用提供了保障。
【附圖說明】
[0029]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0030]圖1為5M級球形大瓜瓣結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為拉形成形示意圖。
【具體實施方式】
[0032]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0033]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0034]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的