[发明专利]整体燃料贮箱箱体轴向-周向约束辗压复合成形方法

说明书

本发明涉及一种整体燃料贮箱箱体轴向‑周向约束辗压复合成形方法，包括以下步骤：S1、终锻件设计；S2、预锻件设计；S3、L型截面预制环坯设计；S4、坯料设计；S5、环件轧制预制坯成形：用于环件轧制预制坯成形的模具包括轴向轧辊、芯辊、驱动辊和导轨，其中芯辊呈阶梯型，芯辊母线形状与预制环坯内壁型面母线形状相同，芯辊中用于成形大端环体的模具型腔位于下方，用于成形小端环体的模具型腔位于上方；S6、轴向辗压预成形；S7、周向约束辗压终成形。本发明不仅能够避免分体式制造方法中焊缝的存在对燃料贮箱箱体力学性能的损失，而且能够获得金属流线连续，组织状态更均匀细密的燃料贮箱箱体，因此该方法能够显著提高燃料贮箱箱体的力学性能。

技术领域

本发明涉及整体燃料贮箱箱体制造技术领域，更具体地说，涉及一种整体燃料贮箱箱体轴向-周向约束辗压复合成形方法。

背景技术

燃料贮箱是运载火箭等装备重要的承载构件。该构件不仅需要承载燃料贮箱内高压燃料的超高压力，又要承载装备服役过程中的巨大推力，力学性能要求十分苛刻。同时，燃料贮箱箱体不仅尺寸大，壁厚薄，而且由薄壁直筒、薄壁叉形环和薄壁球形箱底三部分组成，几何形状十分复杂。苛刻性能需求和复杂几何形状显著增大了燃料贮箱箱体的制造难度。目前，燃料贮箱箱体的制造方法是分体式的制造方法，具体过程为：首先分别制造薄壁直筒、薄壁叉形环和薄壁球形箱底，再采用焊接工艺将三部分焊接成整体，从而获得燃料贮箱箱体。该制造方法不仅工序复杂、加工效率低、能耗大、成本高，而且由于焊缝的存在严重削弱了燃料贮箱箱体的力学性能。因此，分体式制造方法已经难以满足新一代装备对燃料贮箱箱体更高性能的需求。塑性成形技术是一种先进的制造技术，该技术具有产品性能优、加工效率高、制造成本低等优点，十分适用于制造性能要求高、形状复杂的构件。因此，发展燃料贮箱箱体整体塑性成形技术是提升燃料贮箱力学性能和制造效率的重要途径。然而，目前尚无关于燃料贮箱箱体整体塑性成形技术的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种整体燃料贮箱箱体轴向-周向约束辗压复合成形方法，能够实现燃料贮箱的整体塑性成形，显著提升燃料贮箱的力学性能和制造效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种整体燃料贮箱箱体轴向-周向约束辗压复合成形方法，整体燃料贮箱箱体包括薄壁直筒、薄壁箱底和支撑筒，成形方法包括以下步骤：

S1、终锻件设计：将运载火箭整体燃料贮箱箱体的薄壁直筒、薄壁箱底和支撑筒合并成一个实体，在薄壁直筒端部设置纵向飞边，在薄壁箱底端部设置横向飞边，即可获得运载火箭整体燃料贮箱箱体终锻件；

S2、预锻件设计：在步骤S1所设计的终锻件基础上，将终锻件薄壁直筒转换为预锻件厚壁直筒，预锻件厚壁直筒外壁半径等于终锻件薄壁直筒外壁半径，预锻件厚壁直筒厚度与高度满足公式(1)，预锻件厚壁直筒厚度必须保证终成形过程中塑性变形能够从厚壁直筒内壁穿透至厚壁直筒外壁；将终锻件薄壁箱底转换为预锻件厚壁箱底，预锻件厚壁箱底外球面半径等于终锻件薄壁箱底外球面半径，预锻件厚壁箱底内球面半径由公式(2)计算所得，预锻件厚壁箱底体积等于终锻件薄壁箱底体积；预锻件支撑筒与终锻件支撑筒尺寸相同；

式中，h_yt为预锻件厚壁直筒高度，h_zt为终锻件薄壁直筒高度，r₁为终锻件薄壁直筒内壁半径，r₂为终锻件薄壁直筒外壁半径，t为预锻件厚壁直筒厚度，r₃为终锻件薄壁箱底内球面半径，r₄为预锻件厚壁箱底内球面半径；