一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法技术

本发明专利技术提出了一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法，属于钛合金变壁厚球壳成型技术领域，特别是涉及一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法。解决了壁厚均匀性差、加工流程长、合格率低的问题。它包括采用有限元分析的方法设计制作正反胀腔型工装模具结构和正反两次气胀成型。它主要用于钛合金变壁厚球壳的制造。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法
本专利技术属于钛合金变壁厚球壳成型
，特别是涉及一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法。
技术介绍
钛合金贮箱是用于卫星轨道变化和姿态调整的动力系统核心部件，是飞行器姿态调整、速度修正、轨道保持的动力源，其工作原理为，贮箱内置翻转膜片，在受到气压力作用时，会发生弹塑性变形，使膜片由“凸”型变为“凹”型，从而将液腔内预置的液体挤压排出，给予卫星一个反向作用力，以实现卫星相应动作。可以看出，钛合金贮箱的核心零件为能够实现翻转的膜片零件，该零件通常为半球壳形状，为实现稳定的翻转功能，通常将其设计为变壁厚结构，即靠近球壳赤道位置壁厚越薄，靠近球壳球冠位置壁厚越厚，从而保证在气压均匀加载下，赤道位置最先发生变形，球冠位置最后发生变形，以实现液腔填充液体的均匀稳定排放。目前，该零件尚存在一定技术难点，最常出现的问题为，由于膜片局部位置壁厚突变或与理论模型偏差较大，导致膜片在翻转过程中会出现质心偏移，造成膜片折叠，以致膜片破裂失效。通常加工钛合金变壁厚球壳零件的方法为热压成型结合机械加工的方式，即将板料热冲压成型球壳型面，再通过对内壁和外壁的机加工实现变壁厚球壳的制造，其加工流程长，且壁厚均匀性控制难度极大，常出现由于壁厚细微差别导致膜片在翻转时失效，由于热冲压制造的球壳坯料型面精度较差，坯料与工装常出现不贴合的情况，在机加时难以找到适合的加工基准，使得加工后壁厚均匀性与理论模型偏差较大。该问题的出现使得钛合金变壁厚球壳产品的成品率极低，造成产品价格昂贵，制约了我国民用卫星的快速发展。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的问题，提出一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法，它包括以下步骤：步骤一：采用有限元分析的方法，对等料厚球壳成型的变形过程进行仿真计算，根据计算结果得到符合变壁厚球壳理论模型要求的正反胀腔型工装模具结构；步骤二：将等壁厚钛合金板材放置于正反胀腔型工装模具内，将工装模具闭合，实现型腔的密封；步骤三：将板材随工装模具一起加热，并进行保温处理；步骤四：向正胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至反胀型型腔内壁；步骤五：向反胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至正胀型型腔内壁；步骤六：对密封的型腔内进行保压处理；步骤七：对板材及工装模具进行卸压降温处理，取出成型的钛合金变壁厚球壳。更进一步的，所述惰性气体为氩气。更进一步的，所述步骤三中的加热温度为850-950℃。更进一步的，所述步骤三中的保温时间为60min-120min。更进一步的，所述充入惰性气体的气压力为0.5MPa-2.0MPa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用钛合金超塑成型时无径缩、材料均匀减薄的特点，通过正反两次气胀成型，实现变壁厚球壳的制造，该方法可通过一道工序，实现变壁厚球壳的快速制造，且具有型面精度好、壁厚均匀性好的优良特点，有效解决了翻转膜片成品率低、加工周期长等技术难题，填补了技术空白，极具前瞻性。通过对研制出的零件进行型面检测和壁厚检测，发现该方法所得零件型面精度高、壁厚均匀性好、制造成品率高。综合考虑尺寸精度、成品率、成形效率等因素，本专利方案在钛合金变壁厚球壳零件制造方面，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术所述的一种钛合金变壁厚球壳结构示意图图2为本专利技术所述的正反胀腔型工装模具结构示意图图3为本专利技术所述的反向气胀示意图图4为本专利技术所述的正向气胀示意图具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。参见图1-4说明本实施方式，一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法，它包括以下步骤：步骤一：采用有限元分析的方法，对等料厚球壳成型的变形过程进行仿真计算，根据计算结果得到符合变壁厚球壳理论模型要求的正反胀腔型工装模具结构；步骤二：将等壁厚钛合金板材放置于正反胀腔型工装模具内，将工装模具闭合，实现型腔的密封；步骤三：将板材随工装模具一起加热，并进行保温处理；步骤四：向正胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至反胀型型腔内壁；步骤五：向反胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至正胀型型腔内壁；步骤六：对密封的型腔内进行保压处理；步骤七：对板材及工装模具进行卸压降温处理，取出成型的钛合金变壁厚球壳。本实施例中所使用惰性气体为氩气，采用有限元分析的方法，对等料厚球壳成型的变形过程进行仿真计算，对壁厚减薄规律进行分析，结合变壁厚球壳壁厚分布规律，设计正反胀型工装，再采用所设计工装对球壳成型过程进行仿真计算，并根据壁厚分布规律进行反复调整，最终得到符合理论模型要求的工装结构。将板料置于正反胀型工装内，通过模具闭合实现型腔的密封，将模具加热至850-950℃，保温60min-120min后，向正胀型腔充入0.5MPa-2.0MPa的氩气，利用板料超塑性特点，控制材料减薄规律，使板料超塑成型至设计形状，再向反胀型腔充入0.5MPa-2.0MPa的氩气，使板料与符合变壁厚球壳理论外形要求的凹模贴合，并保压一段时间。成形结束后，卸压降温。通过控制降温速率，实现零件自退火，最终获得精度较高的结构件产品。本专利技术通过反胀型实现壁厚的预先分布，再通过正胀型实现球壳外型面的精确控制，通过两步成型既保证了壁厚精度又保证了型面精度，成型后不需要进行机加工，即可实现变壁厚球壳的高成品率制造。以上对本专利技术所提供的一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本专利技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本专利技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本专利技术的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法，其特征在于：它包括以下步骤：/n步骤一：采用有限元分析的方法，对等料厚球壳成型的变形过程进行仿真计算，根据计算结果得到符合变壁厚球壳理论模型要求的正反胀腔型工装模具结构；/n步骤二：将等壁厚钛合金板材放置于正反胀腔型工装模具内，将工装模具闭合，实现型腔的密封；/n步骤三：将板材随工装模具一起加热，并进行保温处理；/n步骤四：向正胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至反胀型型腔内壁；/n步骤五：向反胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至正胀型型腔内壁；/n步骤六：对密封的型腔内进行保压处理；/n步骤七：对板材及工装模具进行卸压降温处理，取出成型的钛合金变壁厚球壳。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛合金变壁厚球壳高精度成型方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：采用有限元分析的方法，对等料厚球壳成型的变形过程进行仿真计算，根据计算结果得到符合变壁厚球壳理论模型要求的正反胀腔型工装模具结构；
步骤二：将等壁厚钛合金板材放置于正反胀腔型工装模具内，将工装模具闭合，实现型腔的密封；
步骤三：将板材随工装模具一起加热，并进行保温处理；
步骤四：向正胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至反胀型型腔内壁；
步骤五：向反胀型型腔充入惰性气体，利用钛合金超塑性的特点，使钛合金板材贴至正胀型型腔内壁；
步骤六：对密封的型腔内进行保压处理；
步...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁锐，刘仲权，王进宝，陈健，
申请(专利权)人：航天海鹰哈尔滨钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23