【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及法兰封头成形，具体涉及一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法。
技术介绍
1、封头：固体火箭发动机壳体的筒底，是分段连接段的主要承力构件，发动机壳体中受力状况最复杂、可靠性要求最高、制造难度最大、制造周期最长的零件。封头属于椭球形带法兰接头的薄壁变壁厚异形零件，是喷管组件的安装基准，也是与筒体联接的焊接基准。封头零件的形性一致性和制造可靠性对发动机的总体性能、可靠性、制造周期和制造成本均有重大影响。
2、轴向闭式辗轧成形技术：axial closed die rolling，简称acdr，是我国自主研发的一种三向剧烈塑性变形技术。在成形过程中，上模倾斜特定角度与坯料局部接触，在上模压下的同时通过下模旋转带动坯料及上模旋转。由工件旋转成形导致心部与边缘具有明显的线速度差，同时因上下端面接触面积不同而呈现角速度差，从而在锻件连续局部成形的同时，实现压缩和扭转复合变形。
3、针对浅腔法兰封头，国内外通常采用整体机加成形，其突出优势是封头零件完全通过机械加工成形，形状尺寸不受限制，封头本身不需要焊接成形，无焊缝，零件可靠性高。但整体机加封头存在加工量大，材料浪费严重因此只适用于小尺寸封头加工，或小批量试验件加工，难以满足大尺寸封头批量生产的需求。
4、国外大型固体发动机超高强度钢金属壳体的封头体全部采用无焊缝的整体式封头体结构，采用了模锻件整体机加而成，如美国“北极星”系列、法国“m3/m4”导弹发动机超高强度钢金属壳体，美国“海神c-3”和“三叉戟”系列导弹的高强钢、钛合金及铝合金等金属
5、我国在固体火箭发动机金属构件材料成形方面，针对结构尺寸较小的部分固体火箭发动机喷管金属件，开始应用精密热成形技术，实现了材料的小余量“近终成形”。但是，材料的先进成形技术在我国固体发动机领域的应用比例仍然很低，而对于大规格尺寸的锻件至今仍然采用矩形截面的自由锻件加工，同时材料加工余量很大，严重浪费贵重原材料资源，而且延长了发动机生产和交付的进度。
6、根据所采用毛坯的不同，整体机加封头还存在以下两个方面问题：
7、（1）如果钛合金封头采用简单矩形截面的自由锻毛坯进行加工，材料利用率仅为12%，切削加工量大、加工周期长。此外，毛坯锻件的纤维流线被大量切断，导致零件各向异性和组织性能波动明显，影响后续与筒体的装配和焊接精度及变形控制。
8、（2）如果采用近净形模锻件毛坯进行加工，可以在一定程度上增加材料利用率，但需要大吨位成形设备和大型模具。根据经验，直径1000mm钢质封头模锻件的成形载荷约50000吨，需要使用60000吨以上大型模锻压机才能保证模锻成形，导致封头总体制造成本激增。对于大尺寸、高强度合金的系列化封头，难以实现高效低成本制造。
9、贵州安大航空锻造有限责任公司，采用“饼坯+胎模锻造”的近净成形方案制备大角度tc6合金盆形锻件。具体工艺流程：将棒材经镦粗、机加工后制得中间坯，并在920~940℃加热，达到温度后将中间坯放入胎模具中进行胎模成形，直至与胎模完全贴合。最大外径为φ902mm，高度达到243.5mm，且内外径轴向角度达到34°，最小壁厚仅22mm。采用该方法成形大尺寸封头，其成形载荷大，制造成本高，力学性能各向异性。与筒体组焊接时，焊接变形大。
技术实现思路
1、为了减小封头材料的加工量大，材料利用率低，周期长，各向异性明显的问题，本专利技术提供一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，基于连续压扭复合变形原理的轴向闭式辗轧成形技术，完成大尺寸封头的高质量、高效率、高可靠、低成本制造，实现大尺寸浅腔法兰封头锻件的低载、高效、各向同性。
2、本专利技术一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，包括以下步骤：
3、第一步，镦粗成形，选用tc11钛合金棒材，将棒材加热至960~990℃，并保温6~8h后，在液压机上进行轴向镦粗，上模以6~8mm/s恒定速度垂直向下运动对棒材进行镦粗，镦粗后获得饼坯；
4、第二步，冲孔成形，将饼坯回炉，升温至960~990℃，保温30~60min后取出，放置在平台上，采用所需尺寸的冲头进行冲孔，得到中间坯料；
5、第三步，环轧成形，将所得到的中间坯料重新加热至960~990℃，并保温5~6h后，放置在立式环轧机上，立式环轧机的芯辊和主辊对中间坯料进行环轧成形，得到钛合金封头所需要的大尺寸环坯；
6、第四步，轴向闭式辗轧成形，首先设计辗轧下模和辗轧上模，辗轧下模朝向辗轧上模的一面设置浅腔法兰封头要求形状的成形腔，成形腔中心处设置所需尺寸的柱状凸起，辗轧上模中心处设置用于避免接触辗轧下模上柱状凸起的空心区域；
7、然后将所得到大尺寸环坯在加热炉中加热至960~990℃，保温5~6h后，放置在轴向闭式辗轧成形设备上水平放置的辗轧下模上，且辗轧下模中心处的柱状凸起大尺寸环坯中心通孔内，辗轧上模的轴线与辗轧下模的轴线夹角为6°；
8、最后开始轴向闭式辗轧，辗轧下模主动旋转，借助摩擦力作用带动环坯及辗轧上模旋转；同时辗轧上模沿轴向向下做进给运动，辗轧上模与环坯周期性局部接触实现轴向闭式辗轧，当环坯辗轧至所需尺寸时，即完成封头轴向闭式辗轧成形，得到大尺寸钛合金浅腔法兰封头锻件；
9、第五步，机加工，对大尺寸钛合金浅腔法兰封头锻件按照要求进行机加工，得到大尺寸钛合金浅腔法兰封头零件；所述大尺寸钛合金浅腔法兰封头零件的深度/直径≤0.1。
10、优选地，第四步中，辗轧下模主动旋转转速为25~30rpm，辗轧上模沿轴向向下做进给运动的进给速度为1~2mm/s。
11、优选地，第三步中，环轧成形时芯辊进给速度为0.5~1mm/s，主辊旋转速度为1.5~3rad/s。
12、优选地，第三步中，冲孔速度为20~30mm/s。
13、本专利技术采用镦粗、冲孔、环轧及连续压扭复合变形原理的轴向闭式辗轧成形技术，完成大尺寸封头的高质量、高效率、高可靠、低成本成形制造，实现大尺寸浅腔法兰封头锻件的低载、高效、各向同性。
14、本专利技术采用“镦粗-冲孔-环轧-轴向闭式辗轧-机加工”的流程生产，与现行工艺路线相比，材料利用率达到35%以上，制造成本降低30%以上，各向性能一致性可达95%以上，能够提高制造精度、承力性能及产品可靠性。轴向闭式辗轧成形是目前大尺寸各向同性封头整体化制造最理想的成形技术，能够有效满足大尺寸封头对各向同性、整体成形、抑制焊接变形、高效低成本的制造需求。
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1.一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，其特征在于，第四步中，辗轧下模主动旋转转速为25~30rpm，辗轧上模沿轴向向下做进给运动的进给速度为1~2mm/s。
3.如权利要求1所述一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，其特征在于，第三步中，环轧成形时芯辊进给速度为0.5~1mm/s，主辊旋转速度为1.5~3rad/s。
4.如权利要求1所述一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，其特征在于，第三步中，冲孔速度为20~30mm/s。
【技术特征摘要】
1.一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种大尺寸钛合金浅腔法兰封头成形方法，其特征在于，第四步中，辗轧下模主动旋转转速为25~30rpm，辗轧上模沿轴向向下做进给运动的进给速度为1~2mm/s。
3.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，南俊刚，王建国，赖雅琪，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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