鋁合金貯箱半球殼體成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明針對機械結(jié)構(gòu)制造成形領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁合金貯箱半球殼體成形方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對內(nèi)徑〉Φ900πιπι，壁厚〈1mm的大尺寸薄壁厚的鋁合金半球殼體，加工原料直接 成型為成品較為困難，且壁厚精度不易保證；較合理的成型方法是先成形毛坯再加工減薄。
[0003] 半球毛坯成形有拉深和旋壓兩種工藝方法比較適合。較厚的板材拉深需要較大噸 位設(shè)備，而且拉深需要的工序、模具較多，拉深完的毛坯壁厚不均勻且不易控制。而旋壓由 于是點接觸，單位壓力高，對于高強度難變形的材料旋壓所需總變形力較小，設(shè)備噸位大大 降低。旋壓后的材料晶粒細小并具有纖維狀特征，強度和硬度提高。相對于拉深，旋壓還可 以大大簡化工藝和模具，旋壓完的毛坯壁厚均勻，容易控制。因此，對于半球殼體毛坯成形， 旋壓比拉深更為適合。
[0004] 國外針對大型貯箱的半球殼體采用旋壓整體成形已有一些相關(guān)技術(shù)，如歐洲的阿 里安-5型火箭的上面級貯箱球底采用2219鋁板車加工不等壁厚后直接旋壓成形為球底， 后續(xù)不需要車加工或化銑；日本的H-2B火箭燃料箱箱底的直徑為5. 2m，是世界上最大的采 用整體旋壓成形技術(shù)制造的箱底，旋壓工序間還要反復進行熱處理、車加工，精加工到無變 形高強度箱底。但是，歐洲的阿里安-5型火箭貯箱球底是鋁板先車加工為不等壁厚后再進 行旋壓，日本的H-2B火箭箱底旋壓工序之間還要進行熱處理、車加工等輔助工序，工序較 為復雜。
[0005] 目前國內(nèi)的大型貯箱半球殼體一般采用瓜瓣焊接，只有頂蓋采用旋壓成形，因此 保留了縱向焊縫。而由鋁合金平板直接整體旋壓成直徑〉Φ900_的航天用貯箱半球殼體 還很少見，主要難點是變形抗力大，板料不易貼胎。現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)驗是采用圓板多道次沖壓 或旋壓預成形，再進行旋壓終成形，中間要進行退火熱處理等工序。這些方法工序較多，既 增加成本而且反復裝夾后產(chǎn)品變形嚴重，精度不可避免有所下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：提供一種新的鋁合金貯箱半球殼體成形方法，克服 現(xiàn)有技術(shù)中的方法工序較多，增加成本而且精度下降的問題。本發(fā)明直接采用等壁厚的鋁 板旋壓成半球，再車加工為貯箱殼體；無需預成形及中間熱處理等輔助工序，直接由鋁板旋 壓成形。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] 一種鋁合金貯箱半球殼體成形方法，包括，步驟1，加熱芯模，將芯模加熱至溫度 100至200°C;步驟2,將鋁合金圓板用尾頂頂緊到所屬芯模上；步驟3,旋壓鋁合金圓板至預 設(shè)形狀；旋壓過程中第一道次從尾頂邊緣處強旋，旋至球面半錐角45°時強旋結(jié)束，再經(jīng) 6?8道次普旋至板坯完全貼模；步驟4,卸下成形的鋁合金旋壓件；步驟5,將鋁合金旋壓 件進行機械加工成為鋁合金貯箱半球殼體。
[0009] 進一步地，還包括：步驟41，將步驟4得到的鋁合金旋壓件進行熱處理，然后再進 行機械加工。
[0010] 進一步地，芯模為空心的并帶有φ 100?150mm平底小端的模具。
[0011] 進一步地，步驟3中，旋壓過程中旋輪R角為20至30mm。
[0012] 進一步地，步驟3中，在旋壓過程中的最后一道次時停止加熱，利用工件的余熱和 變形熱完成最后一道次的旋壓。
[0013] 進一步地，旋壓過程中的加熱溫度為280?350°C。
[0014] 進一步地，步驟3中，旋壓過程中最后一道次時，設(shè)置旋輪提前旋出，使口部形成 一段法蘭翻邊。
[0015] 進一步地，步驟3中，旋壓過程中芯模轉(zhuǎn)速為20?50r/min。
[0016] 進一步地，步驟3中，旋壓過程中強旋時旋輪進給比：f = 1至2,普旋時旋輪進給 比：f = 2至4。
[0017] 進一步地，步驟3中，旋壓過程中道次變薄率為30%?45%。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0019] 本發(fā)明采用圓板毛坯直接精密數(shù)控旋壓成形鋁合金半球殼體，無需預成形及中間 熱處理等輔助工序；通過工藝設(shè)計及精確控制，采用熱強旋及熱普旋的組合工藝，只需使用 一套旋壓模，一次裝夾，在一個數(shù)控程序內(nèi)即可實現(xiàn)鋁合金半球殼體的精密成形，從而縮短 工藝流程，提尚生廣效率，并可大幅提尚成形精度。
【附圖說明】
[0020] 圖1本發(fā)明的旋壓過程中第二步驟的示意圖；
[0021] 圖2本發(fā)明的旋壓過程中第三步驟的示意圖；
[0022] 圖3本發(fā)明的旋壓過程中第四步驟的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 本發(fā)明提供一種大直徑超薄壁鋁合金貯箱半球殼體整體精密成形方法，該方法可 以由鋁合金圓板經(jīng)一次裝夾后在一個數(shù)控程序內(nèi)得到符合要求的大直徑鋁合金貯箱半球 殼體毛坯，產(chǎn)品尺寸精度高，生產(chǎn)效率高，實現(xiàn)了貯箱半球殼體的整體成形，并避免了縱向 焊縫。
[0024] 本發(fā)明的一種大直徑超薄壁鋁合金貯箱半球殼體整體精密成形方法，包括如下步 驟：
[0025] 步驟（一）、用氧-乙炔噴槍加熱芯模，加熱時間為10?30min，加熱芯模溫度至 100 ?200。。。
[0026] 步驟（二）、將下料車圓的鋁合金圓板用尾頂頂緊在旋壓芯模的小端平面上，具體 為：按照體積不變原理，所述鋁合金圓板的直徑可由旋壓后工件的體積計算得到，圓板的厚 度為12?20mm，旋壓芯模的型面為半球形+直線段，直徑比貯箱半球殼體內(nèi)徑小4?6mm， 內(nèi)部為空心且小端帶有Φ100?150mm的平底。
[0027] 步驟（三）、加熱鋁合金圓板至280?320°C，開始按照設(shè)定程序進行旋壓，具體 為：芯模和鋁合金圓板一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為20?50r/min，芯模和板坯上都涂抹MoS2 (二硫化 鉬）潤滑，旋輪按照設(shè)定曲線進行縱向進給，旋壓道次經(jīng)多次實驗確定為熱強旋+熱普旋 (一道次強旋至球面半錐角45° +多道次普旋成形）。普通旋壓（簡稱普旋）的特點是在 變形過程中主要改變毛坯的直徑（縮小或擴大），壁厚變化很?。粡娏π龎海ê喎Q強旋）的 特點是變形過程中伴隨著毛坯壁厚明顯的減薄。即本發(fā)明的方法第一道次是從尾頂邊緣處 強旋，旋至球面半錐角45°時強旋結(jié)束，再經(jīng)6?8道次普旋至板坯完全貼模，道次減薄率： 30?45% (道次減薄率指每道次的壁厚減薄率，即旋壓變形前厚度減去變形后厚度/旋壓 變形前厚度）。從而減小了道次強旋變形量，避免了旋輪前材料堆積，材料貼模良好，未出現(xiàn) 明顯的法蘭前傾。另外在旋壓至距口部30mm時，可設(shè)置旋輪提前旋出，使口部形成一段法 蘭翻邊，有利于后續(xù)車加工車削工藝定位臺階。在機床能力允許的情況下，在開始強旋的道 次中采用小的進給比，而在普旋的道次中采用大的進給比，既有利于快速收徑，也可以避免 過多材料向切向流動導致的材料過分減薄，強旋時旋輪進給比= 1?2,普旋時旋輪進給 比：f = 2?4。（旋輪進給比是芯模每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，旋輪縱向進給的距離，表示為旋輪縱向進給 速度/芯模轉(zhuǎn)速）旋壓過程中應一直保持連續(xù)加熱，保證工件溫度在280?350°C。
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