【摘 要】
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随着我国航空航天事业的发展,新一代运载火箭对轻量化制造的要求日益迫切。铝合金以质量轻、耐腐蚀等优点在航空工业材料中占据着较大的比重。燃料贮箱的铝合金箱底是影响运载火箭可靠性的关键构件,采用2195铝锂合金替代常规的2A14、2219等铝合金,可大大减小贮箱结构的重量,提高运载火箭的运载能力。但传统成形方法存在常温成形易开裂、尺寸精度差和材料利用率低的问题,故迫切需要开发一种新工艺来解决火箭贮箱箱底
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随着我国航空航天事业的发展,新一代运载火箭对轻量化制造的要求日益迫切。铝合金以质量轻、耐腐蚀等优点在航空工业材料中占据着较大的比重。燃料贮箱的铝合金箱底是影响运载火箭可靠性的关键构件,采用2195铝锂合金替代常规的2A14、2219等铝合金,可大大减小贮箱结构的重量,提高运载火箭的运载能力。但传统成形方法存在常温成形易开裂、尺寸精度差和材料利用率低的问题,故迫切需要开发一种新工艺来解决火箭贮箱箱底的成形问题。本文以新一代的2195铝锂合金材料为主要研究对象,研究铝合金薄板在不同加热方式下的加热速率与平面热畸变问题;模拟2195铝锂合金瓜瓣类曲面件的成形过程,分析瓜瓣类曲面件复合成形下的宏观变形行为与回弹规律;使用6061铝合金与2195铝锂合金两种材料,研究瓜瓣类曲面件热变形-淬火复合成形规律,并完成对φ3350mm的火箭贮箱箱底瓜瓣的研制。通过对不同尺寸条件下铝合金薄板的加热实验,探究不同加热方式下的加热速率与平面热畸变分布规律。结果表明:铝合金薄板使用刚性热模板进行接触加热远快于加热炉进行辐射加热,加热速率最快可以达到404.3℃/min,约为辐射加热的4.7倍;250×350×0.5mm的铝合金薄板辐射加热后面畸变在-9.29～5.35mm,而同等尺寸的铝合金薄板接触加热后板坯贴靠模板,未见明显热变形;针对大尺寸不同厚度的铝合金薄板进行辐射加热实验发现,壁厚10mm的铝合金薄板未见明显变形。通过有限元模拟瓜瓣类曲面件的热变形-淬火复合成形过程,探究瓜瓣类曲面件在不同温度、分瓣数、初始壁厚以及不同材料条件下的宏观变形行为以及回弹规律。2195铝锂合金瓜瓣曲面件在520℃的成形温度下,将箱底划分为8瓣,成形出的壁厚10mm瓜瓣曲面件回弹变形在±0.6mm以内,最大减薄率只有1%;相同成形条件下,6061的瓜瓣零件回弹变形在±2.5mm以内,最大减薄率也只有1%。建立了瓜瓣类曲面件热变形-淬火复合成形平台,使用6061铝合金与2195铝锂合金两种材料,进行了复合成形规律的实验探索,完成了φ3350mm的2195铝锂合金瓜瓣曲面样件的试制。结果表明:壁厚5mm的6061铝合金瓜瓣曲面件大端区域出现大端起皱现象,壁厚10mm的6061铝合金与2195铝锂合金瓜瓣曲面件未见起皱;壁厚10mm的2195铝锂合金瓜瓣曲面件的最大减薄率为2.1%,贴模度为0.1mm,样件产品时效处理后的抗拉强度为525～558MPa。
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