本發(fā)明屬于航天制造，具體涉及一種高筋薄壁筒及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、帶筋薄壁鋁合金筒殼是運(yùn)載火箭燃料貯箱的重要部件，約占全箭干重的50%以上。隨著航天航空工業(yè)的發(fā)展，其制造方式正向整體化、高性能和輕量化方向發(fā)展。相應(yīng)的材料也傾向于輕質(zhì)高強(qiáng)的鋁鋰合金。鋁鋰合金帶筋薄壁筒現(xiàn)加工方法主要包括傳統(tǒng)焊接方式、流動(dòng)旋轉(zhuǎn)擠壓方式兩種。較多采用的傳統(tǒng)拼焊方式制造其內(nèi)筋通過數(shù)控操控加工，然后滾彎，最終拼焊成筒殼；該傳統(tǒng)的制造方式材料利用率低、加工周期長、加工成本高，尤其是構(gòu)件在服役過程中，焊縫增加了開裂缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。

2、現(xiàn)有的流動(dòng)旋轉(zhuǎn)擠壓方式即采用一道次下壓至目標(biāo)厚度的方法獲得的產(chǎn)品筋高不足、筋條狀態(tài)不飽滿、充填率低；現(xiàn)有技術(shù)中也研究過采用多道次流動(dòng)旋壓工藝，該方式相較于一道次流動(dòng)旋壓工藝，所成形構(gòu)件的加強(qiáng)筋高度有較大提升，但與此同時(shí)，構(gòu)件極易出現(xiàn)穿筋缺陷，導(dǎo)致構(gòu)件無法滿足正常使用要求。公告號為cn113245428b的發(fā)明專利采用斜軋式旋壓成形方法能在帶內(nèi)筋筒形件成形過程中對筒坯提供一種實(shí)時(shí)有效的軸向約束，有效提高內(nèi)筋高度，但需要調(diào)整旋輪角度，操作相對繁瑣，且斜軋式旋壓成形由于受力不均勻?qū)π喓图庸ぴO(shè)備有更高的損耗。

3、現(xiàn)有加工方法都存在著一定問題，進(jìn)而制約著鋁鋰合金帶筋薄壁筒在運(yùn)載火箭燃料貯箱上的應(yīng)用和發(fā)展，因此，實(shí)現(xiàn)鋁鋰合金帶筋薄壁筒高性能制造將尤為重要，尤其是提高筋高，筋的均勻性，飽滿性等方面亟需進(jìn)一步改善；且大規(guī)格的鋁鋰合金帶筋薄壁筒的制備處于初步探索階段，其相應(yīng)的制備方法亟需研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高筋薄壁筒及其制備方法，解決現(xiàn)有制備方法存在的筋高小、筋條不飽滿、充填效果差等技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的內(nèi)容包括：一種高筋薄壁筒的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：選用外徑為d、內(nèi)徑為d、厚度為t的中空筒坯，加熱筒坯，保溫一段時(shí)間，套入外側(cè)設(shè)有筋槽的芯模上，將芯模連帶筒坯安裝至旋壓機(jī)的主軸上；

4、s2：加熱芯模到一定溫度，并對筒坯進(jìn)行保溫；

5、s3：調(diào)試程序，設(shè)置旋壓機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速，兩個(gè)旋輪分別位于筒坯兩側(cè)，精確控制旋輪沿徑向和軸向的移動(dòng)距離；

6、s4：采用徑向旋轉(zhuǎn)擠壓成形方式進(jìn)行加工：控制成形溫度，以寬度為a的旋輪沿徑向垂直下壓x?mm，2?mm≤x＜t，退刀，沿軸向前進(jìn)y?mm，0.5a＜y＜0.9a，繼續(xù)下壓x?mm，依次反復(fù)直到完成加工；

7、s5：冷卻，精車，拆模，得到高筋薄壁筒。

8、所述旋壓機(jī)上安裝有兩個(gè)旋輪，兩個(gè)旋輪分別位于筒坯兩側(cè)，裝有筒坯的芯模安裝在旋壓機(jī)的主軸上，主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)芯模和筒坯一起旋轉(zhuǎn)。

9、在其中一實(shí)施例中，所述y=0.75a。

10、在其中一實(shí)施例中，所述兩個(gè)旋輪中心線的高度差h為0≤h≤2a/3。

11、在其中一實(shí)施例中，所述步驟s1中筒坯的內(nèi)徑比芯模的外徑小0-20mm；所述步驟s1中加熱筒坯至400~500℃，保溫2小時(shí)；所述步驟s2中加熱芯模到200~460℃，所述步驟s4中成形溫度為200~480℃。

12、在其中一實(shí)施例中，所述步驟s5替換為：加熱、保溫、冷卻、室溫冷變形、時(shí)效、精車、拆模，得到高筋薄壁筒。

13、在其中一實(shí)施例中，所述步驟s5替換為：加熱、保溫、冷卻、時(shí)效、精車、拆模，得到高筋薄壁筒。

14、所述室溫冷變形是是指加工金屬在室溫下的冷卻變形。

15、所述精車是在目標(biāo)尺寸已經(jīng)接近或達(dá)到要求時(shí)進(jìn)行的高精度加工工藝。

16、所述時(shí)效為是一種熱處理工藝，主要用于消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能。

17、在其中一實(shí)施例中，所述加熱溫度為475~510℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)以上。

18、在其中一實(shí)施例中，所述時(shí)效時(shí)間為峰值時(shí)效時(shí)間，8~48小時(shí)，溫度為150~190℃；所述峰值時(shí)效時(shí)間是指材料在經(jīng)過固溶和時(shí)效處理后，達(dá)到最高強(qiáng)度和硬度狀態(tài)所需的時(shí)間。

19、在其中一實(shí)施例中，所述冷卻為液氮冷卻或者水淬冷卻。

20、本發(fā)明的另一目的，提供一種使用上述高筋薄壁筒的制備方法制成的高筋薄壁筒。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、（1）采用本發(fā)明的徑向間隔旋擠成型的制備方法，控制沿軸向前進(jìn)距離y與輪寬a滿足0.5a＜y＜0.9a，即控制兩次下壓的重疊寬度不過多也不過少，加工獲得的薄壁筒筋高＞10mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)方法獲得的筋高，常規(guī)方法加工產(chǎn)品的筋高≤4mm；

23、（2）采用本發(fā)明的徑向間隔旋擠成型的制備方法，相比傳統(tǒng)流動(dòng)旋壓成形方法，在下壓距離相同的情況下，傳統(tǒng)方法由于徑向和軸向同時(shí)受力，形成的合力并不垂直于筒，導(dǎo)致形成的內(nèi)筋高度并不突出；而本發(fā)明在下壓的時(shí)候只有徑向受力，獲得的產(chǎn)品筋條更飽滿，筋條充填效果更好；

24、（3）采用本發(fā)明的徑向間隔旋擠成型的制備方法，控制各個(gè)步驟的加熱溫度，加熱時(shí)間，冷卻方式，時(shí)效的時(shí)間和溫度等，實(shí)現(xiàn)小規(guī)格和大規(guī)格高筋薄壁筒的加工；

25、（4）本發(fā)明還采用兩個(gè)旋輪存在一定高度差的加工方式，不增加成形載荷情況下，提高了成形寬度，提高了成形效率。

技術(shù)特征：

1.一種高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述y=0.75a。

3.如權(quán)利要求1或2所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述兩個(gè)旋輪的中心線的高度差h為0≤h≤2a/3。

4.如權(quán)利要求1或2所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述步驟s1中加熱前筒坯的內(nèi)徑比芯模的外徑小0-20mm；所述步驟s1中加熱筒坯至400~500℃，保溫2小時(shí)；所述步驟s2中加熱芯模到200~460℃，所述步驟s4中成形溫度為200~480℃。

5.如權(quán)利要求1所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述步驟s5替換為：加熱、保溫、冷卻、室溫冷變形、時(shí)效、精車、拆模，得到高筋薄壁筒。

6.如權(quán)利要求1所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述步驟s5替換為：加熱、保溫、冷卻、時(shí)效、精車、拆模，得到高筋薄壁筒。

7.如權(quán)利要求5或6所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述加熱溫度為475~510℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)以上。

8.如權(quán)利要求5或6所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述時(shí)效時(shí)間為8~48小時(shí)，溫度為150~190℃。

9.如權(quán)利要求1、5、6任一項(xiàng)所述高筋薄壁筒的制備方法，其特征是，所述冷卻為液氮冷卻或者水淬冷卻。

10.一種使用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述高筋薄壁筒的制備方法制成的高筋薄壁筒。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高筋薄壁筒及其制備方法，制備方法包括：S1：選用中空筒坯，加熱，保溫一段時(shí)間，套入外側(cè)設(shè)有筋槽的芯模上，安裝至旋壓機(jī)的芯模主軸上；S2：加熱芯模到一定溫度，并對筒坯進(jìn)行保溫；S3：調(diào)試程序，設(shè)置旋壓機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速，兩個(gè)旋輪分別位于筒坯兩側(cè)，精確控制旋輪沿徑向和軸向的移動(dòng)距離；S4：控制成形溫度，以寬度為A的旋輪沿徑向下壓X?mm，2?mm≤X＜t，退刀，沿軸向前進(jìn)Y?mm，0.5A＜Y＜0.9A，繼續(xù)下壓X?mm，依次反復(fù)直到完成加工；S5：冷卻，精車，拆模，得到高筋薄壁筒；該制備方法制得的產(chǎn)品筋高足、筋條狀態(tài)飽滿、充填效果好，適合大規(guī)格高性能的高筋薄壁筒的加工。

技術(shù)研發(fā)人員：張勁,熊威,曾華強(qiáng),周昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15