阅读说明：本技术 一种运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形方法及装置 (Method and device for forming flange hole in integral box bottom of carrier rocket storage box ) 是由 王煜 胡蓝 张志超 王建光 肖冰娥 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形方法及装置,包括成形线圈、成形凹模以及定位装置；所述成形线圈基于电磁成形工艺仿真计算结果,确定线圈匝数、截面尺寸、绝缘要求、匝间隙；所述定位装置确保整体箱底法兰孔成形件进行成形定位；通过采用电磁脉冲翻孔技术替代传统钢模翻孔,由此避免使用大台面大吨位设备、避免凸凹模的精确装配、避免针对厚板需要局部加热或退火工序等,从而简化设备、工艺和模具,提高制造质量和效率。(The invention provides a forming method and a device for a flange hole at the bottom of an integral tank of a carrier rocket storage tank, which comprises a forming coil, a forming female die and a positioning device, wherein the forming female die is arranged on the forming coil; the forming coil determines the number of turns, the section size, the insulation requirement and the turn gap of the coil based on the simulation calculation result of the electromagnetic forming process; the positioning device ensures that a flange hole forming piece at the bottom of the whole box is formed and positioned; the electromagnetic pulse hole flanging technology is adopted to replace the traditional steel mould hole flanging, so that large-table-board large-tonnage equipment is avoided, the accurate assembly of a male die and a female die is avoided, the local heating or annealing process and the like for a thick plate are avoided, the equipment, the process and the mould are simplified, and the manufacturing quality and the manufacturing efficiency are improved.)

一种运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形方法及装置

技术领域

本发明涉及运载火箭箱底整体成形件法兰孔的加工工艺，特别是涉及一种运载火箭箱底整体成形件法兰孔的电磁脉冲成形工艺领域。

背景技术

运载火箭贮箱结构中的箱底结构件属于大型复杂钣金件，一般作为关键承力构件，且具备与航天器管路等附属系统的连接特征，如法兰孔、加强减轻孔等。通常此类结构特征的成形受限于整体结构件的外形尺寸等，成形方法有一定的局限性，而且局部特征的成形性在一定程度上也影响着整体件的成形工艺流程。

目前，大型结构件上法兰孔的成形方法主要是利用大型双动液压成形设备，通过常规预先制孔加多道次翻边的工艺完成，需要一套具有凸凹模的大型成形工装。采用传统的工艺流程，不仅流程复杂，需用多套工装模具，加工成本昂贵，并且生产条件恶劣，劳动强度大。另一方面，由于常用的高强铝合金板材，室温成形塑性较差，容易在成形过程中产生裂纹。为了避免开裂，生产中经常需要多次成形，中间工序要进行打磨、修边和退火处理(常导致粗晶现象发生)，制造工艺相当复杂，致使生产效率低，成本高，工人劳动强度大。

在现有水平条件下，为满足结构件局部翻边孔成形要求，整体结构件需在退火状态进行成形，给法兰孔的成形留出足够的塑性成形空间和时间，无法进行整个工艺流程的优化，造成工艺流程长，加工耗时较多，费用较高。另外，对于一些超大型结构件，局部特征的成形需要将整个结构件同时装配至压力机台面内，在一定程度上来说是不可能实现的或加工成本高昂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的技术解决问题是：提供一种精确、柔性的成形手段——电磁脉冲成形技术，利用电磁脉冲成形高速率成形下铝合金塑性明显改善的特性，从而实现大型整体结构件的局部特征成形。采用电磁脉冲翻孔技术替代传统钢模翻孔，由此避免使用大台面大吨位设备、避免凸凹模的精确装配、避免针对厚板需要局部加热或退火工序等，从而简化设备、工艺和模具，提高制造质量和效率。

本发明为解决上述技术问题，本发明提供了一种运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形装置，包括成形线圈、成形凹模以及定位装置；所述成形线圈基于电磁成形工艺仿真计算结果，确定线圈匝数、截面尺寸、绝缘要求、匝间隙；所述定位装置确保整体箱底法兰孔成形件进行成形定位；所述成形凹模用于法兰孔电磁脉冲成形过程中保形，基于法兰孔特征的外轮廓尺寸，确保法兰孔特征的成形质量。其中，成形线圈、成形凹模以及加工板材利用中心轴进行连接并用连接螺母进行固定。

一种运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形方法，包括，

(1)成形装置设计

设计制造如权利要求1所述的运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形装置，将所述成形线圈根据运载火箭贮箱整体箱底法兰孔结构进行调整；成形装置主要部分包括如图3所示的电磁脉冲成形线圈以及如图4所示的成形凹模。其中，成形线圈的结构采用胶木封装纯铜线圈结构，并用固化胶固定；成形凹模的尺寸由所成形法兰孔的特征尺寸决定。

(2)运载火箭贮箱整体箱底准备

在运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形装置成形位置进行预开孔；

(3)运载火箭贮箱整体箱底的装配定位

将运载火箭贮箱整体箱底吊装至所述定位装置上，调整所述定位装置，并夹紧固定运载火箭贮箱整体箱底；将所述线圈和所述成形凹模进行装配，确保运载火箭贮箱整体箱底与所述成形凹模和所述成形线圈贴合；调整所述线圈的引线，所述成形线圈与电磁脉冲设备线排进行连接固定；

(4)运载火箭贮箱整体箱底法兰孔电磁成形

优选的，确定电磁脉冲成形法兰孔工艺参数，确定合理的成形电压；所述成形线圈加载后，根据电磁脉冲成形操作规范进行法兰孔成形。

优选的，运载火箭贮箱整体箱底法兰孔的成形质量进行检测，包括法兰孔圆度、翻边高度和外观质量。

优选的，在步骤2中，运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形装置的工艺状态为退火材料或淬火材料。

优选的，在步骤2中，根据运载火箭贮箱整体箱底法兰孔成形装置的材料厚度及结构特征，预开孔的边缘需要进行打磨。

优选的，在步骤3中，在成形定位处进行绝缘检查，排除所述成形定位处尖端特征，并用聚四氟乙烯板对所述成形定位处进行防护。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)、通过电磁脉冲成形工艺，可避免大型结构件依赖大型装备的局限性，柔性成形；

(2)、电磁脉冲成形工艺，对原始板坯的热处理状态不敏感，可有效提高成形件的工艺裕度，可采用硬态板材直接翻边成形；

(3)、电磁脉冲成形法兰孔，具有效率高、成形质量稳定的优点，避免传统方法法兰孔开裂的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例所加工的产品示意图；

图2为本发明实施例所涉及的定位工装示意图；

图3为本发明实施例所涉及的成形线圈示意图；

图4为本发明实施例所涉及的成形凹模示意图；

图5为本发明实施例所涉及的电磁脉冲成形工艺流程。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案进行详细说明。

实施例1

如图1所示，整体箱底结构件，LY19铝合金，椭球型曲线，长轴1669，长短轴比1.6，其曲母线方程：

其中，m＝1.6，a＝1669

加工外径内径

翻边高度25mm的法向法兰孔。

加工工艺流程图如附图5所示。

(一)、工艺装备设计加工

根据产品结构特点，设计制造3350整体箱底局部特征的成形工装，主要包括成形线圈、成形凹模以及相关的定位装置。电磁成形法兰孔定位工装见附图2。成形线圈结构根据电磁脉冲成形过程仿真计算结果，采用圆盘形线圈，内径

外径

匝线截面2.5×16mm²、 9匝。成形凹模结构尺寸与法兰孔理论尺寸一致。

(二)、整体箱底翻孔前准备

基于电磁脉冲成形的工艺特点，整体成形件的工艺状态选择退火态成形，并进行淬火，材料热处理状态为LY19-CZ。

根据电磁脉冲成形工艺仿真结果，保证法兰孔的成形质量及翻边高度尺寸，在整体成形件局部特征成形位置进行预开孔，预开孔的尺寸大小为

孔边缘导圆R5，清理毛刺。

(三)、整体箱底的装配定位

如附图2所示，将整体成形件吊装至定位工装上，调整位置，并夹紧固定。将线圈、模具进行装配，确保成形件与成形凹模、成形线圈贴合良好，间隙不大于2mm，符合电磁脉冲成形的工装装配要求。调整线圈引线，并与电磁脉冲设备线排进行连接固定。对成形区域进行绝缘检查，排除尖端特征，并用聚四氟乙烯板进行防护。

(四)、整体箱底法兰孔电磁成形

根据成形过程工艺仿真结果，确定电磁脉冲成形法兰孔工艺参数，电磁成形设备功率 50KJ，成形电压13.5KV，按照操作流程，对设备进行充电，放电，进行电磁成形作业。

(五)、整体箱底法兰孔成形质量检测

对整体箱底法兰孔

成形质量进行检测。法兰孔圆度不大于0.5mm，内孔直径

法兰孔翻边高度32mm，法兰孔周边无裂纹缺陷，表面质量良好。

实施例2

整体箱底结构件，与实施例1属同一件产品。

加工外径

内径

翻边高度29mm的法向法兰孔。

加工工艺流程图如附图5所示。

(一)、工艺装备设计加工

根据产品结构特点，设计制造3350整体箱底局部特征的成形工装，主要包括成形线圈、成形凹模以及相关的定位装置。电磁成形法兰孔定位工装见附图2。成形线圈结构根据电磁脉冲成形过程仿真计算结果，采用圆盘形线圈，内径外径

匝线截面2.5×16mm²、 18匝。成形凹模结构尺寸与法兰孔理论尺寸一致。

(二)、整体箱底翻孔前准备

基于电磁脉冲成形的工艺特点，整体成形件的工艺状态选择退火态成形，并进行淬火，材料热处理状态为LY19-CZ。

根据电磁脉冲成形工艺仿真结果，保证法兰孔的成形质量及翻边高度尺寸，在整体成形件局部特征成形位置进行预开孔，预开孔的尺寸大小为

孔边缘导圆R5，清理毛刺。

(三)、整体箱底的装配定位

如附图2所示，将整体成形件吊装至定位工装上，调整位置，并夹紧固定。将线圈、模具进行装配，确保成形件与成形凹模、成形线圈贴合良好，间隙不大于2mm，符合电磁脉冲成形的工装装配要求。调整线圈引线，并与电磁脉冲设备线排进行连接固定。对成形区域进行绝缘检查，排除尖端特征，并用聚四氟乙烯板进行防护。

(四)、整体箱底法兰孔电磁成形

根据成形过程工艺仿真结果，确定电磁脉冲成形法兰孔工艺参数，电磁成形设备功率 50KJ，成形电压18.5KV，按照操作流程，对设备进行充电，放电，进行电磁成形作业。

(五)、整体箱底法兰孔成形质量检测

对整体箱底法兰孔

成形质量进行检测。法兰孔圆度不大于0.5mm，内孔直径

法兰孔翻边高度30mm，法兰孔周边无裂纹缺陷，表面质量良好。

以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。