一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法技术

本发明专利技术提供了一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，属于航天用贮箱制造技术领域。本发明专利技术实施例提供的铝合金贮箱半球壳体成形方法，通过对固溶处理后的旋压件坯料内表面进行机加工使其与旋压模具匹配，既实现利用同一套旋压模具进行形变热处理工艺，使铝合金壳体达到T87态，节约了模具成本，又在机加工过程中释放部分淬火应力；后续车加工减薄时，通过在粗加工、半精加工及精加工中匹配递减的转速、进给速率和进刀量，控制淬火应力梯次性均匀释放并减小加工应力产生趋势，进一步降低大尺寸半球贮箱壳体不同加工阶段的残余应力，使加工得到的贮箱半球壳体满足设计和使用要求(壁厚满足设计尺寸的0.9+0.2mm)，且尺寸合格率≥95％。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法
本专利技术属于航天用贮箱制造
，具体涉及一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法。
技术介绍
直径达φ1～2m量级、壁厚仅1.0mm左右的大尺寸薄壁2219铝合金贮箱半球壳体在航天飞行器上有着广泛的应用，贮箱重量直接影响飞行器的有效载荷和在轨时间，因此，对贮箱的尺寸精度控制和重量控制提出了极高要求。针对大尺寸薄壁铝合金贮箱半球壳体，现有技术一般采用板材旋压成形半球形坯料，再进行固溶、时效处理以提高力学性能，而后机械加工减薄成形，得到半球贮箱壳体最终状态为T62态。T62态并不是2219铝合金最佳的力学性能状态，T62态的强度要低于可热处理强化铝合金(如2219、2195、2A14等)的最佳性能状态T87态，T87态为固溶热处理+冷加工变形量约7％+人工时效态。然而，由于T87态因固溶淬火和冷变形产生的残余应力趋势较T62态仅因固溶淬火而导致的残余应力趋势明显增大，在大直径贮箱壳体的机械车加工减薄过程中，由于残余应力释放叠加加工应力产生而导致了更严重的局部变形及壁厚超差问题，将无法满足设计和应用要求。目前，亟需一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法，以实现T87态大直径薄壁可热处理强化铝合金贮箱半球壳体的壁厚精确控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述问题，提供一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法，加工得到的贮箱半球壳体满足设计和使用要求(壁厚满足设计尺寸的0.9+0.2mm)，且尺寸合格率≥95％。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，包括以下步骤：步骤(一)、通过旋压模具将铝合金圆板热旋压成形为半球壳体旋压件坯料；步骤(二)、对所述半球壳体旋压件坯料进行固溶处理；步骤(三)、对固溶处理后的半球壳体旋压件坯料内表面进行机加工，以使所述半球壳体旋压件坯料的内形面与所述旋压模具外形面匹配；步骤(四)、将步骤(三)车加工后的半球壳体旋压件坯料再次装卡到所述旋压模具，进行变形量为5～10％的冷旋成形，得到半球壳体旋压件；步骤(五)、对步骤(四)得到的半球壳体旋压件进行时效处理；步骤(六)、对时效处理后的旋压件进行粗车加工，加工时车床主轴转速为150～170r/min，进给速率为150～170mm/min，每道次进刀量控制在2.0mm以内，直至加工得到的旋压件壁厚比半球壳体设计壁厚大4.0-4.5mm；步骤(七)、对步骤(六)粗车加工得到的旋压件依次进行半精车加工和精车机加工，得到大尺寸薄壁铝合金贮箱半球壳体。在一可选实施例中，步骤(三)所述的机加工包括：车床主轴转速为180～200r/min，进给速率为180～200mm/min，单道次进刀量控制在0.5mm以内。在一可选实施例中，步骤(二)所述的固溶处理，包括：升温至固溶温度并保温一定时间，然后通过喷淋淬火完成固溶处理。在一可选实施例中，所述的通过喷淋淬火完成固溶处理，包括：将所述半球壳体旋压件坯料放置在喷淋装置处进行喷淋淬火完成固溶处理，所述喷淋装置，包括供水系统、喷头支撑结构及多个喷头，所述喷头支撑结构为顶端开口的立方体结构，所述多个喷头设置在所述喷头支撑结构的四个侧表面及底面，所述供水系统用于给所述喷头供水。在一可选实施例中，步骤(二)所述的对所述半球壳体旋压件坯料进行固溶处理，之前包括：先将所述半球壳体旋压件坯料固定安装在撑盘上，所述半球壳体旋压件包括主体部分和直筒段，所述主体部分为空心半球结构，所述直筒段直径与所述空心半球结构的开口端直径匹配且与所述开口端连接，所述直筒段远离所述半球结构的一端带有外翻边；所述撑盘为中空结构，包括环形底座和设置在所述底座上部的环形突台，所述撑盘中空部分的直径比所述铝合金贮箱半球壳体旋压件内径小50～100mm，安装时，所述直筒段套在所述突台上。在一可选实施例中，所述突台的高度比所述直筒段高度小0.3～0.5mm，所述突台的外径比所述直筒段内径小0.3～0.5mm。在一可选实施例中，步骤(七)所述的对步骤(六)粗车加工得到的旋压件进行半精车加工，包括：对粗车加工处理后的旋压件的内、外表面分别进行半精车加工，加工时车床主轴转速为100～120r/min，进给速率为100～120mm/min，单道次进刀量为0.3～0.5mm，直至加工得到的旋压件壁厚比半球壳体设计壁厚大2.0-2.5mm。在一可选实施例中，步骤(七)所述的对步骤(六)粗车加工得到的旋压件进行精车加工，包括：对半精加工得到的旋压件的内、外表面分别进行精车加工，车加工时车床主轴转速为60～70r/min，进给速率为60～70mm/min，单道次进刀量控制在0.2mm以内，得到大尺寸薄壁铝合金贮箱半球壳体。在一可选实施例中，步骤(七)中，对步骤(六)粗车加工得到的旋压件进行半精车加工之前，以及进行精车加工之前，各进行至少一次冷热循环处理。在一可选实施例中，所述的至少一次冷热循环处理，包括：在-70～-60℃保温至少90min，再升温到150～160℃保温至少90min，再次降温至-70～-60℃保温至少90min，再升温到150～160℃保温至少90min，炉冷至60℃以下出炉。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术实施例提供的铝合金贮箱半球壳体成形方法，通过对固溶处理后的旋压件坯料内表面进行机加工使其与旋压模具匹配，既实现利用同一套旋压模具进行形变热处理工艺，使铝合金壳体达到T87态，节约了模具成本，又在机加工过程中释放部分淬火应力，后续车加工减薄时，通过在粗加工、半精加工及精加工中配置递减的转速、进给速率和进刀量，控制淬火应力梯次性均匀释放并减小加工应力产生趋势，进一步降低大尺寸半球贮箱壳体不同加工阶段的残余应力，使加工得到的贮箱半球壳体满足设计和使用要求(壁厚满足设计尺寸的0.9+0.2mm)，且尺寸合格率≥95％。附图说明图1为本专利技术设计淬火处理工装结构和喷淋系统水槽的示意图；图2为本专利技术设计喷淋系统的俯视图；图3为本专利技术的冷旋终成形的示意图；图4为本专利技术实施例提供的壁厚测量位置示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术实施例提供了一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，包括以下步骤：步骤(一)、通过旋压模具将铝合金圆板热旋压成形为半球壳体旋压件坯料；具体地，本专利技术实施例中，所述铝合金圆板为O态，经车加工成形为圆板。步骤(二)、对所述半球壳体旋压件坯料进行固溶处理；具体地，参见图1，为保证旋压件1坯料各部分具有相同的冷却速度，提高淬火应力分布的均匀性，本专利技术实施例中，优选先将铝合金贮箱半球壳体旋压件1升温至固溶温度并保温一定时间，然后通过喷淋淬火完成固溶处理；具体地，将所述半球壳体旋压件1坯料放置在喷淋装置4处进行喷淋淬火完成固溶处理，所述喷淋装置4，包括供水系统、喷头支撑结构5及多个喷头，所述喷头支撑结构5为顶端开口的立方体结构，所述多个喷头设置在所述喷头支撑结构5的四个侧表面及底面，所述供水系统用于给所述喷头供水，该喷淋装置4能够保证旋压件1内外表面在喷淋淬火时能够同时、完全、充分地与水接触；进一步地，本专利技术实施例中，优选在固溶处理前，先将所述半球壳体旋压件1坯料固定安装在撑盘2上，所述半球壳体旋压件1包括主体部分和直筒段，所述主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(一)、通过旋压模具将铝合金圆板热旋压成形为半球壳体旋压件坯料；步骤(二)、对所述半球壳体旋压件坯料进行固溶处理；步骤(三)、对固溶处理后的半球壳体旋压件坯料内表面进行机加工，以使所述半球壳体旋压件坯料的内形面与所述旋压模具外形面匹配；步骤(四)、将步骤(三)车加工后的半球壳体旋压件坯料再次装卡到所述旋压模具，进行变形量为5～10％的冷旋成形，得到半球壳体旋压件；步骤(五)、对步骤(四)得到的半球壳体旋压件进行时效处理；步骤(六)、对时效处理后的旋压件进行粗车加工，加工时车床主轴转速为150～170r/min，进给速率为150～170mm/min，每道次进刀量控制在2.0mm以内，直至加工得到的旋压件壁厚比半球壳体设计壁厚大4.0‑4.5mm；步骤(七)、对步骤(六)粗车加工得到的旋压件依次进行半精车加工和精车机加工，得到大尺寸薄壁铝合金贮箱半球壳体。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(一)、通过旋压模具将铝合金圆板热旋压成形为半球壳体旋压件坯料；步骤(二)、对所述半球壳体旋压件坯料进行固溶处理；步骤(三)、对固溶处理后的半球壳体旋压件坯料内表面进行机加工，以使所述半球壳体旋压件坯料的内形面与所述旋压模具外形面匹配；步骤(四)、将步骤(三)车加工后的半球壳体旋压件坯料再次装卡到所述旋压模具，进行变形量为5～10％的冷旋成形，得到半球壳体旋压件；步骤(五)、对步骤(四)得到的半球壳体旋压件进行时效处理；步骤(六)、对时效处理后的旋压件进行粗车加工，加工时车床主轴转速为150～170r/min，进给速率为150～170mm/min，每道次进刀量控制在2.0mm以内，直至加工得到的旋压件壁厚比半球壳体设计壁厚大4.0-4.5mm；步骤(七)、对步骤(六)粗车加工得到的旋压件依次进行半精车加工和精车机加工，得到大尺寸薄壁铝合金贮箱半球壳体。2.根据权利要求1所述的一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，其特征在于：步骤(三)所述的机加工包括：车床主轴转速为180～200r/min，进给速率为180～200mm/min，单道次进刀量控制在0.5mm以内。3.根据权利要求1所述的一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，其特征在于：步骤(二)所述的固溶处理，包括：升温至固溶温度并保温一定时间，然后通过喷淋淬火完成固溶处理。4.根据权利要求3所述的铝合金贮箱半球壳体成形方法，其特征在于：所述的通过喷淋淬火完成固溶处理，包括：将所述半球壳体旋压件坯料放置在喷淋装置处进行喷淋淬火完成固溶处理，所述喷淋装置，包括供水系统、喷头支撑结构及多个喷头，所述喷头支撑结构为顶端开口的立方体结构，所述多个喷头设置在所述喷头支撑结构的四个侧表面及底面，所述供水系统用于给所述喷头供水。5.根据权利要求3所述的一种铝合金贮箱半球壳体成形方法，其特征在于：步骤(二)所述的对所述半球壳体旋压件坯料进行固溶处理，之前包括：先将所述半球壳体旋压件坯料固定安装在撑盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：阴中炜，赵磊，韩冬峰，张绪虎，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11