复杂异形贮箱成形工艺分析

娄依志+周永平+卢琦+蔡昱

摘要： 某复杂异形贮箱是非规则外形，其为椭圆锥形结构，采用相应先进结构。其异形结构不能通过普通工艺来加工，通过对相应的先进工艺分析，对结构进行拆分成不同零件，然后再拼焊成形，解决了复杂异形贮箱的工艺问题。

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.

关键词： 异形；贮箱；工艺

Key words： special-shaped；tank；process

中图分类号：V423 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）33-0099-02

0 引言

贮箱是一种主要用于液体介质的贮存的压力容器，承载一定的压力，实现动力推进、压力供给等功。贮箱在航天器中主要用于液体介质的贮存，根据其结构种类和工作原理可分为表面张力贮箱、膜片式贮箱、胶囊式贮箱、膜盒式贮箱等。贮箱一般外形为球形或者球柱形，相对加工工艺也比较成熟。但对于异形的贮箱的加工，国内外很少有文献报道。

1 异形贮箱结构

为了飞行器的需要，某贮箱为椭圆锥形结构。贮箱主体长度1600mm，最大宽度940mm，最大高度710mm，中间为Φ340mm的中空部分。贮箱内部采用多层隔舱设计，封头一侧则采用轴向固定，封头上加工对接法兰与总体结构连接；封头另一侧采用径向固定，封头上加工安装裙结构与总体结构连接。贮箱殼体采用高强度钛合金TC4，壁厚1.5mm。

2 异形贮箱成形技术

由于贮箱的为椭圆锥形，主体形状为椭圆，并且从前端到后端的尺寸是一个增大的过程，内部为中空结构，故不能通过旋压等方法成形。同时要保证均匀壁厚1.5mm，又要保证性能不能通过锻压方法来加工，所以只能寻找新的工艺方法，保证异形贮箱的工艺可行。

由于贮箱不是常规的圆柱形或者球形，把异形贮箱分为筒段、封头、隔板和中心柱。通过先加工各异形零件，零件加工完后再通过焊接成形，各段的加工方案如下。

2.1 筒段

贮箱筒段为锥柱形变截面薄壁结构，壁厚均匀，可采用的成型方法有数控中心机加成型、薄板超塑成型、粉末冶金成型等。

数控中心机加成型，需要较大尺寸金属锻件，加工周期长，加工难度大，加工成本高。

板材超塑成型适合于大尺寸薄壁零件成型，成型后材料力学性能优于原板材性能，生产周期短，但其模具费用较高，适合批量零件生产，不适于零件壁厚差异较大的零件，零件成型后单侧壁厚尺寸余量较大，需经过数控加工中心精修。

粉末冶金成型，适合于大尺寸薄壁零件成型，尤其适合带筋结构、带凸台结构以及内型面复杂难以加工的零件，成型后材料力学性能优于相同材料板材性能，生产周期短，需专用模具，适合小批量零件生产，零件成型后单侧壁厚尺寸余量较大，需经过数控加工中心精修。

超塑成型和粉末冶金成型均能够满足贮箱筒段的加工需求，生产周期短，生产工艺性好，零件性能好。

2.2 封头及隔板

封头及隔板为大尺寸薄壁零件，结构复杂，壁厚变化较大，凸台、锁底等连接结构较多，超塑成型难以满足封头及隔板的成型要求，因此封头与隔板可采用的成型方式有数控中心机加成型和粉末冶金成型。由于数控中心机加成型生产周期长、需要的原始坯料大，不符合绿色制造的需要，加工成本高，因此，封头与隔板采用粉末冶金成型。

2.3 中心柱与防晃板

中心柱与防晃板均为规则结构，可采用常规加工方式完成。中心柱为圆柱形结构，可采用厚壁圆筒机加成型；防晃板为多孔板结构，可采用普通板材加工成型。

2.4 贮箱整体工艺

当筒段、封头、隔板和中心柱等零件加工完成后，通过焊接工艺把其整体加工，保证了贮箱的外表面只有两道焊缝，提高了贮箱的整体性能。

3 总结

异形贮箱是椭圆锥形结构，采用常规方加工比较难，通过分析贮箱的结构特点，把贮箱结构拆分成不同零件，复杂段通过超塑成形和粉末冶金成形，简单零件通过普通机械加工完成。所有零件加工完成后，再拼焊成形，解决了复杂异形贮箱的工艺问题。

参考文献：

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[2]王月林，黄烜昭，李小强，等.TA15 钛合金深腔形零件超塑成形试验与仿真研究[J].锻压技术，2015：37-42.

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