[发明专利]一种加筋筒壳的旋挤成形方法

说明书

本发明提供了一种加筋筒壳的旋挤成形方法，包括以下步骤：S1、根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，获得带有浅加强筋的筒形铸坯；S2、将筒形铸坯进行第一次热处理，消除微观缺陷；S3、将带有浅加强筋的筒形铸坯进行热旋开坯，获得带筋筒形件；S4、将带筋筒形件进行第二次热处理；S5、将带筋筒形件和芯模模具安装在旋压机上，设定成形温度，开启旋压机逐点挤压推动坯料填充筋槽，获得加筋筒壳构件；S6、将成形后的加筋筒壳构件进行第三次热处理提高构件的整体性能。本发明提供的旋挤成形方法生产效率高，通过旋挤成形技术获得致密的晶粒组织，能提升加强筋高度，获得高性能的加筋筒壳构件。

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，具体是涉及到一种加筋筒壳的旋挤成形方法。

背景技术

随着全球运载火箭高密度发射，各国将航天作为国家战略环境一大重要组成部分。促使航天整体向着低成本、多样化、规模化方向发展。现阶段，针对新一代运载火箭结构轻量化与服役性能极端化发展面临瓶颈问题，对新一代运载火箭提出了高性能、轻量化、多批量的高要求。加筋筒壳广泛应用于飞机机身、飞行器舱段等重要航天结构中。在飞行器中承受飞行过程中主要的力学载荷，可极大提高飞行质量、可靠性和有效载荷。

加筋筒壳是由蒙皮和加强筋等要素构成。其结构复杂，制造工艺难度大，传统加筋筒壳的加工制造方法主要为分块拼焊技术：机加工+焊接。即：先对壁板进行化铣或机铣出网格形状，机铣后对壁板进行等距压弯成形、蠕变时效、喷丸成形等实现加筋壁板成形，最后对多个加筋壁板焊接成加筋筒壳构件。

传统的加筋筒壳加工制造方法存在：所需设备笨重体积大、生产效率低，无法满足大规模、大批量加筋筒壳生产。并且机加工成形受设计方法、加工路线、温度系数多个因素影响，极容易在筋条交叉点引起很大的应力集中，造成网格加工不均匀进而导致降低壁板辊弯一致性，不利于加工应力的释放，容易导致较高的废品率，其次，反复的焊接工艺容易产生大量微观热缺陷，不利于整体性能的提升。可见传统加筋筒壳制造方式存在装配废重多、生产周期长、制造成本高、性能提升不高等问题，不利于当下商业航空航天发展趋势对高性能、轻量化、多批量的需求。

综上所述，随着运载火箭高密度发射，各类飞行器对加筋筒壳的需求持续增加，迫切需要一种新型加工成形技术替代传统制造技术，实现大规模、大批量、高性能、轻量化加筋筒壳制造。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产效率高，能提升加强筋高度、防止加筋筒壳构件开裂，从而获得高性能加筋筒壳构件的加筋筒壳的旋挤成形方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下，一种加筋筒壳的旋挤成形方法，包括以下步骤：

S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，铸造模具为带有筋槽的芯模模具，利用带有筋槽的芯模模具铸造获得带有浅加强筋的筒形铸坯；

S2、第一次热处理：从带有筋槽的芯模模具上卸下带有浅加强筋的筒形铸坯，将筒形铸坯进行第一次热处理，消除筒形铸坯的微观缺陷；

S3、开坯：将筒形铸坯安装在带有筋槽的芯模模具上，筒形铸坯带有浅加强筋的一面与带有筋槽的芯模模具上开设筋槽的面接触，且浅加强筋伸入筋槽内，将带有筋槽的芯模模具安装在旋压机上，筒形铸坯的固定端由固定环进行约束，筒形铸坯的自由端安装有轴向约束环，将筒形铸坯加热，启动旋压机进行开坯，旋压轮对筒形铸坯逐点低速挤压，推动加强筋填充筋槽，不仅加强筋区域的晶粒组织得到细化、残余结晶相弥散细化，而且利用旋压轮对筒形铸坯的逐点低速挤压消除内应力防止开裂；

S4、第二次热处理：将带筋筒形构件和带有筋槽的芯模模具从旋压机上取出，并进行第二次热处理；

S5、旋挤成形：将带筋筒形件和带有筋槽的芯模模具安装在旋压机上，对带筋筒形件成形温度进行设置，开启旋压机，旋压轮对带筋筒形件逐点挤压，推动坯料进一步填充筋槽，晶粒组织进一步细化，残余结晶相进一步弥散细化，最终获得加筋筒壳构件；