[發明專利]鋁鋰合金貯箱半球殼體旋壓變形溫度場控制工裝及方法

有效

• 申請號: 201811478901.6
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109702066B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 溫濤;張緒虎;姚草根;微石;陳永來;趙磊;尹嘉明;朱兆旭
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B21D22/14
• 分類號: B21D22/14;B21D37/16;B21D37/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種鋁鋰合金貯箱半球殼體旋壓變形溫度場控制工裝及方法，尤其涉及一種大尺寸高性能2195鋁鋰合金貯箱橢球型面半球殼體旋壓變形溫度場控制工裝及方法，屬于貯箱殼體制造技術領域，所述的大尺寸是指半球殼體的內徑不小于Φ1200mm、半球殼體的深度不小于400mm，高性能是指半球殼體經旋壓變形及后續的熱處理后，其抗拉強度、屈服強度及延伸率分別不低于570MPa、530MPa、7.5％。

技術領域

本發明涉及一種鋁鋰合金貯箱半球殼體旋壓變形溫度場控制工裝及方法，尤其涉及一種大尺寸高性能2195鋁鋰合金貯箱橢球型面半球殼體旋壓變形溫度場控制工裝及方法，屬于貯箱殼體制造技術領域，所述的大尺寸是指半球殼體的內徑不小于Φ1200mm、半球殼體的深度不小于400mm，高性能是指半球殼體經旋壓變形及后續的熱處理后，其抗拉強度、屈服強度及延伸率分別不低于570MPa、530MPa、7.5％，2195鋁鋰合金是指半球殼體原材料為Al-Cu-Li系合金，其Cu元素的質量含量為3.7～4.3％(質量百分數)、Li元素的質量含量為0.8～1.2％(質量百分數)，溫度場控制是指對半球殼體旋壓過程中其變形區的溫度場均勻性進行調控，即確保2195鋁鋰合金貯箱半球殼體在整個旋壓變形過程中其變形區溫度基本一致，而且半球殼體在整個旋壓變形過程中其變形區溫度控制在380～450℃范圍內。

背景技術

航天事業未來的發展面臨著能力與效益的雙重挑戰，發展高可靠、高運載能力的運載火箭、航天器是其未來的發展方向。運載效率是判定航天器先進程度的最關鍵指標，國外航天器的運載效率可以達到3.0～4.0％，而我國最新研制的運載火箭CZ-5、CZ-7其運載效率僅約2.5％，導致我國航天運載器長期處于“大而不強”的尷尬局面(如表1所示)。為有效提升我國航天的運載效率，就必須實現箭體結構的輕質化，而采用更高效的箭體結構設計和更輕質高強的結構材料是目前實現箭體結構減重的有效途徑。為滿足航天運載器的輕量化要求，其對大尺寸高性能2195鋁鋰合金貯箱半球殼體制造技術提出了需求。

表1國內外運載火箭運載效率統計

針對內徑≥Ф1200mm，高度≥400mm，壁厚≤5mm的大尺寸高性能2195鋁鋰合金貯箱半球殼體，由于其成形后需要進行熱處理強化以獲得優異的力學性能，而熱處理期間半球殼體將不可避免發生變形(尤其淬火處理期間)，因此若采用將原材料直接成形為目標構件的方案，則構件壁厚精度不易控制，而比較合理的成形路徑是先將原材料成形為構件毛坯、然后再加工減薄。

大尺寸2195鋁鋰合金貯箱半球殼體毛坯成形可選擇的工藝路徑有拉深成形(如沖壓成形、液脹成形等)或者旋壓成形。大尺寸2195鋁鋰合金半球殼體毛坯沖壓/液脹等拉深成形所需設備的噸位較大，配套的成形模具及中間工序較多，出現褶皺、裂紋等缺陷的幾率較大，而且壁厚均勻性不易控制；另外沖壓/液脹等拉深成形過程中原材料的減薄率較小，一般不超過10％，變形過程主要為原材料形狀發生變化，因此沖壓/液脹等拉深變形過程基本無形變強化和晶粒細化效應，其基本無助于提升目標構件的力學性能。而旋壓成形是一種通過逐點大變形實現目標構件高精度一體化連續成形的工藝，最適合于2195鋁鋰合金貯箱半球殼體等回轉體構件的成形，而且旋壓變形后的2195鋁鋰合金晶粒將顯著細化并具有纖維狀特征，半球殼體強度和硬度均獲得提高。相對于沖壓/液脹等拉深成形工藝，采用旋壓工藝制備2195鋁鋰合金貯箱半球殼體還可以大幅簡化模具和工序，而且經旋壓變形后的目標構件毛坯壁厚均勻性較好，因此，對于大尺寸2195鋁鋰合金貯箱半球殼體毛坯成形，旋壓成形工藝比沖壓/液脹等拉深成形工藝更為適合。