[發明專利]一種鈦合金變壁厚球殼高精度成型方法

在審

• 申請號: 201811623929.4
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111400939A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 丁銳;劉仲權;王進寶;陳健
• 申請（專利權）人: 航天海鷹（哈爾濱）鈦業有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明提出了一種鈦合金變壁厚球殼高精度成型方法，屬于鈦合金變壁厚球殼成型技術領域，特別是涉及一種鈦合金變壁厚球殼高精度成型方法。解決了壁厚均勻性差、加工流程長、合格率低的問題。它包括采用有限元分析的方法設計制作正反脹腔型工裝模具結構和正反兩次氣脹成型。它主要用于鈦合金變壁厚球殼的制造。

技術領域

本發明屬于鈦合金變壁厚球殼成型技術領域，特別是涉及一種鈦合金變壁厚球殼高精度成型方法。

背景技術

鈦合金貯箱是用于衛星軌道變化和姿態調整的動力系統核心部件，是飛行器姿態調整、速度修正、軌道保持的動力源，其工作原理為，貯箱內置翻轉膜片，在受到氣壓力作用時，會發生彈塑性變形，使膜片由“凸”型變為“凹”型，從而將液腔內預置的液體擠壓排出，給予衛星一個反向作用力，以實現衛星相應動作。可以看出，鈦合金貯箱的核心零件為能夠實現翻轉的膜片零件，該零件通常為半球殼形狀，為實現穩定的翻轉功能，通常將其設計為變壁厚結構，即靠近球殼赤道位置壁厚越薄，靠近球殼球冠位置壁厚越厚，從而保證在氣壓均勻加載下，赤道位置最先發生變形，球冠位置最后發生變形，以實現液腔填充液體的均勻穩定排放。目前，該零件尚存在一定技術難點，最常出現的問題為，由于膜片局部位置壁厚突變或與理論模型偏差較大，導致膜片在翻轉過程中會出現質心偏移，造成膜片折疊，以致膜片破裂失效。通常加工鈦合金變壁厚球殼零件的方法為熱壓成型結合機械加工的方式，即將板料熱沖壓成型球殼型面，再通過對內壁和外壁的機加工實現變壁厚球殼的制造，其加工流程長，且壁厚均勻性控制難度極大，常出現由于壁厚細微差別導致膜片在翻轉時失效，由于熱沖壓制造的球殼坯料型面精度較差，坯料與工裝常出現不貼合的情況，在機加時難以找到適合的加工基準，使得加工后壁厚均勻性與理論模型偏差較大。該問題的出現使得鈦合金變壁厚球殼產品的成品率極低，造成產品價格昂貴，制約了我國民用衛星的快速發展。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的問題，提出一種鈦合金變壁厚球殼高精度成型方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種鈦合金變壁厚球殼高精度成型方法，它包括以下步驟：

步驟一：采用有限元分析的方法，對等料厚球殼成型的變形過程進行仿真計算，根據計算結果得到符合變壁厚球殼理論模型要求的正反脹腔型工裝模具結構；

步驟二：將等壁厚鈦合金板材放置于正反脹腔型工裝模具內，將工裝模具閉合，實現型腔的密封；

步驟三：將板材隨工裝模具一起加熱，并進行保溫處理；

步驟四：向正脹型型腔充入惰性氣體，利用鈦合金超塑性的特點，使鈦合金板材貼至反脹型型腔內壁；

步驟五：向反脹型型腔充入惰性氣體，利用鈦合金超塑性的特點，使鈦合金板材貼至正脹型型腔內壁；

步驟六：對密封的型腔內進行保壓處理；

步驟七：對板材及工裝模具進行卸壓降溫處理，取出成型的鈦合金變壁厚球殼。

更進一步的，所述惰性氣體為氬氣。

更進一步的，所述步驟三中的加熱溫度為850-950℃。

更進一步的，所述步驟三中的保溫時間為60min-120min。

更進一步的，所述充入惰性氣體的氣壓力為0.5MPa-2.0MPa。