復雜異形貯箱成形工藝分析

婁依志+周永平+盧琦+蔡昱

摘要： 某復雜異形貯箱是非規則外形，其為橢圓錐形結構，采用相應先進結構。其異形結構不能通過普通工藝來加工，通過對相應的先進工藝分析，對結構進行拆分成不同零件，然后再拼焊成形，解決了復雜異形貯箱的工藝問題。

Abstract： A complex special-shaped tank is an irregular shape： elliptical cone structure， which should use the corresponding advanced structure. The special-shaped structure can not be processed by ordinary technology. Through the analysis of the corresponding advanced technology， the structure is split into different parts， and then welded together， which solves the process problem of complex special-shaped tank.

關鍵詞： 異形；貯箱；工藝

Key words： special-shaped；tank；process

中圖分類號：V423 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0099-02

0 引言

貯箱是一種主要用于液體介質的貯存的壓力容器，承載一定的壓力，實現動力推進、壓力供給等功。貯箱在航天器中主要用于液體介質的貯存，根據其結構種類和工作原理可分為表面張力貯箱、膜片式貯箱、膠囊式貯箱、膜盒式貯箱等。貯箱一般外形為球形或者球柱形，相對加工工藝也比較成熟。但對于異形的貯箱的加工，國內外很少有文獻報道。

1 異形貯箱結構

為了飛行器的需要，某貯箱為橢圓錐形結構。貯箱主體長度1600mm，最大寬度940mm，最大高度710mm，中間為Φ340mm的中空部分。貯箱內部采用多層隔艙設計，封頭一側則采用軸向固定，封頭上加工對接法蘭與總體結構連接；封頭另一側采用徑向固定，封頭上加工安裝裙結構與總體結構連接。貯箱殼體采用高強度鈦合金TC4，壁厚1.5mm。

2 異形貯箱成形技術

由于貯箱的為橢圓錐形，主體形狀為橢圓，并且從前端到后端的尺寸是一個增大的過程，內部為中空結構，故不能通過旋壓等方法成形。同時要保證均勻壁厚1.5mm，又要保證性能不能通過鍛壓方法來加工，所以只能尋找新的工藝方法，保證異形貯箱的工藝可行。

由于貯箱不是常規的圓柱形或者球形，把異形貯箱分為筒段、封頭、隔板和中心柱。通過先加工各異形零件，零件加工完后再通過焊接成形，各段的加工方案如下。

2.1 筒段

貯箱筒段為錐柱形變截面薄壁結構，壁厚均勻，可采用的成型方法有數控中心機加成型、薄板超塑成型、粉末冶金成型等。

數控中心機加成型，需要較大尺寸金屬鍛件，加工周期長，加工難度大，加工成本高。

板材超塑成型適合于大尺寸薄壁零件成型，成型后材料力學性能優于原板材性能，生產周期短，但其模具費用較高，適合批量零件生產，不適于零件壁厚差異較大的零件，零件成型后單側壁厚尺寸余量較大，需經過數控加工中心精修。

粉末冶金成型，適合于大尺寸薄壁零件成型，尤其適合帶筋結構、帶凸臺結構以及內型面復雜難以加工的零件，成型后材料力學性能優于相同材料板材性能，生產周期短，需專用模具，適合小批量零件生產，零件成型后單側壁厚尺寸余量較大，需經過數控加工中心精修。

超塑成型和粉末冶金成型均能夠滿足貯箱筒段的加工需求，生產周期短，生產工藝性好，零件性能好。

2.2 封頭及隔板

封頭及隔板為大尺寸薄壁零件，結構復雜，壁厚變化較大，凸臺、鎖底等連接結構較多，超塑成型難以滿足封頭及隔板的成型要求，因此封頭與隔板可采用的成型方式有數控中心機加成型和粉末冶金成型。由于數控中心機加成型生產周期長、需要的原始坯料大，不符合綠色制造的需要，加工成本高，因此，封頭與隔板采用粉末冶金成型。

2.3 中心柱與防晃板

中心柱與防晃板均為規則結構，可采用常規加工方式完成。中心柱為圓柱形結構，可采用厚壁圓筒機加成型；防晃板為多孔板結構，可采用普通板材加工成型。

2.4 貯箱整體工藝

當筒段、封頭、隔板和中心柱等零件加工完成后，通過焊接工藝把其整體加工，保證了貯箱的外表面只有兩道焊縫，提高了貯箱的整體性能。

3 總結

異形貯箱是橢圓錐形結構，采用常規方加工比較難，通過分析貯箱的結構特點，把貯箱結構拆分成不同零件，復雜段通過超塑成形和粉末冶金成形，簡單零件通過普通機械加工完成。所有零件加工完成后，再拼焊成形，解決了復雜異形貯箱的工藝問題。

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