[發明專利]一種具有2195鋁鋰合金異形截面結構的工件的旋壓方法

有效

• 申請號: 202011042319.2
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112247483B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 田恕;李繼光;張杰剛;杜正勇;馮葉素;穆菁;畢海娟;張下陸;楊菊鵬;胡正根;巴忠輝;馮運華
• 申請（專利權）人: 天津航天長征火箭制造有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B21D22/16;C22F1/04;C21D9/00
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 耿樹志

本發明提供一種具有2195鋁鋰合金異形截面結構的工件的旋壓方法，所述的異型截面結構是指空間圓滑型面中心區域帶有曲面翻邊結構，翻邊型面為曲線擬合結構，頂部直徑240mm，型面精度要求高。通過循環熱強旋成形+淬火+校形+機加+人工時效，控制每道次變形量為10.5?15.5%，并呈梯度遞減，主軸轉速為30rmp，實現2195鋁鋰材料異型結構熱旋壓加工一體成形。突破了此種異型結構傳統成形先采用剛性模拉深圓滑型面，再局部翻邊成形異型結構的兩道次成型方案，顯著降低剛性模拉深翻邊工序出現裂紋而帶來的報廢風險，開創了熱旋壓一體成形思路，實現了新材料異型結構成形，為新材料工程應用奠定基礎。

技術領域

本發明創造屬于航天零件領域，尤其是涉及一種具有2195鋁鋰合金異形截面結構的工件的旋壓方法。

背景技術

隨著航天事業的進步，新型火箭向著輕量化、高性能方向發展，為實現有效減輕結構質量，顯著增加有效載荷，對材料性能和關鍵結構可靠性均提出了新的要求。2195鋁鋰合金作為一種新型合金，具有密度低、高強度、高比模量以及良好抗腐蝕性能和低溫性能等特點，被認為是理想結構材料之一，在航天領域具有廣闊應有前景。火箭燃料貯箱的許多關鍵構件，為大尺寸薄壁復雜結構，為一種2195鋁鋰合金異型截面結構，產品帶有AB和BC兩段截面特征，AB段內表面為空間圓滑型面，BC段為空間復雜曲率截面，屬于異型結構，產品力學性能和型面精度要求高，構件成形質量直接決定火箭箭體結構可靠性。新型火箭研制異型截面構件采用2195鋁鋰合金，由于2195鋁鋰合金屬于新型材料，其成形性能尚未有完整的數據支撐，且其塑形較低和伴隨的各向異性問題，是亟需突破的新型貯箱制造關鍵難點。傳統成形此類構件一般采用兩套拉深模，先液壓機拉深成形圓滑型面，再單獨拉深成形異型結構特征，制造周期和模具成本較大，不適應新型號研制需求。綜合分析，異型截面結構屬于回轉體結構，具備采用旋壓成形可行性。但針對異型結構特征，凸緣與錐壁結合處極易出現堆料，局部凸孔特征處材料的延伸阻力較大，旋壓抗力極易導致斷裂問題。同時新材料異型結構旋壓經驗和可借鑒的技術資料較少。因此，突破2195鋁鋰合金異型結構旋壓成形技術，積累異型結構旋壓和熱處理經驗，為實現新材料在貯箱關鍵構件上的工程應用，推進新型號研制發展至關重要。

發明內容

有鑒于此，本發明創造旨在提出一種具有2195鋁鋰合金異形截面結構的工件的旋壓方法，采用一體旋壓成形方法，替代原有需兩道工序的成形方法，節約生產周期和制造成本。

為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：

一種具有2195鋁鋰合金異形截面結構的工件的旋壓方法，異形截面結構包括AB段和BC段，AB段內表面為空間圓滑型面，BC段為空間復雜曲率截面，旋壓方法包括以下步驟：

S1、準備坯料；坯料準備完成后在坯料的中心處設置銷釘定位孔；

S2、調試旋壓裝置；采用數控旋壓機裝夾旋壓模具，用百分表校正旋壓模具的跳動，校正完成后裝夾坯料，利用數控旋壓機主軸對坯料進行旋壓加工；

S3、將坯料熱旋成型，熱旋成型后的工件最小厚度不小于11mm；成型后的工件大圓一端定義為大端，小圓一端定義為小端；

a)、利用噴槍對模具進行加熱，然后利用噴槍的火焰對坯料的變形區進行局部的加熱，

b)、異型截面結構的成型，選擇30道次循環熱強旋加循環熱普旋成形；旋壓路徑：1-10道次采用正旋，11-30道次采用正旋與反旋交錯旋壓；

c)、針對步驟b)中形成的工件，繼續選擇15道次循環熱強旋工藝，成形圓滑型面結構，全程采用正旋工藝；

S4、淬火；旋壓后采用淬火工藝提高強度，配合制作淬火工裝，采用周向余量捆扎方法，可有效控制淬火變形；淬火采用鋁合金淬火爐，工件口部朝下放在淬火夾具底座上，壓緊零件而后進行淬火；