[發明專利]采用單動液壓機成形大尺寸貯箱半球毛坯的熱加工方法

在審

• 申請號: 202210333453.0
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114799001A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王凱;苗金武;陳志民;解洋;張鵬;許二蒙;梁防偉
• 申請（專利權）人: 西安航天發動機有限公司
• 主分類號: B21J1/06
• 分類號: B21J1/06;B21J5/02;B21J13/02;B21J13/14;B21K29/00;B21D19/00;B21D19/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種采用單動液壓機成形大尺寸貯箱半球毛坯的熱加工方法，包括：(1)確定熱加工毛坯尺寸，所需板坯規格，設計和生產模具。(2)安裝調試模具、加熱板坯。(3)將加熱好的板材放置在陰模上方，壓力機帶動陽模下壓一定量后，升起陽模，在陰陽模之間放置簡易壓邊圈，壓力機施加載荷將起皺的毛邊壓平。(4)取出板坯和簡易壓邊圈，對板坯加熱。(5)重復若干次。(6)檢查零件尺寸和力學性能。最終獲得尺寸和性能合格的貯箱毛坯。本發明使用低噸位普通單動液壓機、不需要設計復雜壓邊裝置，即可實現大尺寸貯箱半球的成形，為航天和國防領域大尺寸貯箱毛坯快速、高效、低成本研制奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于金屬材料熱加工領域，特別涉及一種采用單動液壓機成形液體火箭發動機大尺寸貯箱半球毛坯的熱加工方法。

背景技術

導彈、飛船等航天器大都采用液體火箭發動機作為姿態控制和軌道調整的動力，隨著航天和軍事工業的發展，對發動機的推力和服役時間要求大幅增加，必須采用更大尺寸(＞500mm)的貯箱貯存足夠的推進劑。液體火箭的貯箱形狀一般為：兩端半球形封頭，與圓柱形圓筒段焊接而成，材料通常為鈦合金、鋁合金等比強度較高的有色金屬。半球形封頭是貯箱中最難成形的零件，傳統加工方法主要有：(1)棒材鍛造成形毛坯后機械加工，(2)板材旋壓、拉深或超塑氣脹成形。

采用棒材鍛造成形毛坯方案成形大尺寸貯箱毛坯，存在的問題有：(1)通常貯箱壁厚在3mm以下，采用鍛造毛坯加工材料利用極低，后續機械加工余量大、加工效率低、生產成本高；(2)模鍛成形大尺寸貯箱半球毛坯所需壓力機噸位高，以直徑800mmTC4鈦合金半球為例，通常需要2萬噸以上模鍛壓力機才能成形。采用板材旋壓、拉伸或超塑氣脹成形，存在的問題有：i.工藝難度和風險極大，須進行大量工藝試驗才能確定工藝參數和模具方案，導致研制周期長；ii.針對600mm以上鈦合金、鋁合金貯箱半球，無論是旋壓、拉伸或超速氣脹成形，對設備條件和工藝技術水平要求都非常高，國內具備相應設備能力和技術基礎的單位較少，導致工藝方案迭代慢、小批量研制生產成本高。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出采用單動液壓機成形大尺寸貯箱半球毛坯的熱加工方法，實現直徑500～1500mm貯箱半球毛坯的快速、高效、低成本研制生產。

本發明解決技術的方案是：

采用單動液壓機成形大尺寸貯箱半球毛坯的熱加工方法，包括：

(1)依據貯箱半球零件圖，確定熱加工毛坯尺寸，在此基礎上確定所需板坯規格，設計和生產模具；

(2)熱加工前安裝調試預熱模具、加熱板坯；

(3)將加熱好的板坯放置在陰模上方，壓力機帶動陽模下壓板坯，下壓一定量后，升起陽模，在陰陽模之間放置簡易壓邊圈，所述簡易壓邊圈為環形，放置于板坯成型過程中的邊圈處，壓力機對簡易壓邊圈施加載荷將起皺的邊圈毛邊壓平；

(4)升起壓力機，取出板坯和簡易壓邊圈，對板坯加熱；

(5)重復步驟(3)-(4)若干次，最后一次時不放置簡易壓邊圈，陽模下壓到位后保壓一段時間，取出毛坯；

(6)利用型面樣板檢查毛坯尺寸，在毛邊處切取毛坯試樣檢測力學性能。

優選的，所述步驟(1)中，熱加工毛坯厚度相比零件壁厚，單邊余量應在貯箱直徑的0.08％～1.2％之間，板坯厚度應不小于熱加工毛坯厚度的1.08倍。

優選的，所述步驟(2)中，模具預熱至250～350℃，后續步驟中模具溫度不夠時對模具補充預熱。

優選的，所述步驟(2)中，若板坯為鈦合金板坯，則其加熱溫度不超過900℃，加熱前表面應噴涂防氧化涂層.

優選的，所述步驟(2)中，若板坯為鋁合金板坯，則其加熱溫度不超過430℃，加熱時不需要采取防氧化措施。