运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的制作方法

1.本发明涉及运载火箭热处理加工工装领域，具体涉及一种运载火箭贮箱箱底热处理保形装置。


背景技术：

2.运载火箭贮箱箱底是一种典型的大直径薄壁椭球结构壳体，目前运载火箭贮箱箱底大多采用“零件成形+拼焊”的方法，将预成形好的顶盖、瓜瓣及型材框焊接成为最终的贮箱箱底。采用瓜瓣拼焊成形的贮箱箱底普遍存在以下问题：(1)大尺寸焊缝数量多导致箱底整体强度和性能的可靠性降低，导致火箭的飞行安全性降低；(2)拼焊过程中的产品变形难以控制，拼焊完成后需要经过大量的人工校形处理，效率低下；(3)减重效果不佳，焊缝周围需要进行局部加厚处理，导致产品重量较大。
3.基于瓜瓣拼焊成形工艺制造的运载火箭贮箱箱底存在以上较为突出的问题，箱底的整体成形技术越来越受到重视，采用整体旋压的工艺进行低温贮箱箱底制造的方案，成为了国内外航天器燃料贮箱箱底制造的发展趋势。
4.但是，由于贮箱箱底大多使用2a14、2219、2195等热处理可强化的铝合金材料，因此，为了改善贮箱箱底的力学性能，经过旋压成形后的箱底均通常还需要通过热处理的方式进行性能强化。热处理过程存在比较激烈的高低温交替过程，极易导致贮箱产品的变形，针对这一难题，设计符合运载火箭贮箱箱底结构特点的热处理保形装置显得尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种运载火箭贮箱箱底热处理保形装置。
6.本发明提供一种运载火箭贮箱箱底热处理保形装置，包括：环形支撑框架，包括外支撑环、内支撑环和中间连接框，所述中间连接框连接所述外支撑环与所述内支撑环；型面支撑框架，定位在所述环形支撑框架上，包括型面调整组件和形状适应贮箱箱底的型面支撑板，所述型面调整组件用于带动所述型面支撑板沿着所述环形支撑框架的径向方向移动，用以适应地支撑贮箱箱底面。
7.根据本发明的一个实施例，所述外支撑环包括轴向间隔设置的上支撑框和下支撑框，所述下支撑框与所述内支撑环处于同一水平面且通过所述中间连接框连接；所述环形支撑框架还包括环形支撑板，所述环形支撑板固定在所述外支撑环上，用于支撑所述型面支撑框架。
8.根据本发明的一个实施例，所述型面支撑板的外侧面为适应半个贮箱箱底的弧形，至少四个所述型面支撑板沿周向均匀地设置在所述环形支撑框架上。
9.根据本发明的一个实施例，所述型面支撑板的内侧面为弧度小于所述外侧面的弧形，外侧面与内侧面通过横板连接。
10.根据本发明的一个实施例，所述型面调整组件包括型面调整螺杆和型面调整螺杆
座；所述型面调整螺杆座固定在所述环形支撑框架上，所述型面调整螺杆的一端卡合在所述型面支撑板中，所述型面调整螺杆的另一端贯穿所述型面调整螺杆座以通过旋转带动所述型面支撑板沿径向移动。
11.根据本发明的一个实施例，所述型面调整组件还包括型面调整固定块，所述型面调整固定块嵌入到所述型面支撑板的横板与内侧面的相交处，所述型面调整螺杆的一端卡合在所述型面调整固定块中。
12.根据本发明的一个实施例，所述型面调整组件还包括型面导向限位块，固定在所述环形支撑框架上用于对所述型面支撑板进行限位及导向。
13.根据本发明的一个实施例，所述型面调整组件还包括径向支撑条，固定在所述型面支撑板的横板与外侧面的相交处用于支撑贮箱箱底端口。
14.根据本发明的一个实施例，所述运载火箭贮箱箱底热处理保形装置还包括径向调整组件，至少设置四个所述径向调整组件沿周向均匀分布在所述外支撑环上用于支撑贮箱箱底端口。
15.根据本发明的一个实施例，所述径向调整组件包括径向支撑块、径向调整螺杆固定块、径向调整螺杆和径向调整螺杆座；所述径向支撑块用于支撑贮箱箱底端口，所述径向调整螺杆的一端卡合到所述径向支撑块与所述径向调整螺杆固定块的组合中，所述径向调整螺杆的另一端贯穿所述径向调整螺杆座以通过旋转带动所述径向支撑块沿所述径向方向移动。
16.根据本发明的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置，通过环形支撑框架支撑整体旋压后的运载火箭贮箱箱底毛坯件，再调整型面支撑框架适应地支撑贮箱箱底面，保证箱底热处理时其口部及整个型面均受到本发明保形装置的约束作用，充分保证贮箱箱底的尺寸精度，解决大尺寸薄壁结构整体旋压贮箱箱底热处理变形大的问题。
17.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
18.下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明发明的原理。
19.图1是本发明一个实施例的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的立体图；
20.图2是本发明再一个实施例的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的侧视图；
21.图3是本发明另一个实施例的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的俯视图；
22.图4是图3中a
‑
a旋转剖视图；
23.图5是图4中b的放大图；
24.图6是图4中c的放大图。
25.附图标记说明：
26.100
‑
环形支撑框架，101
‑
外支撑环，1011
‑
上支撑框，1012
‑
下支撑框，102
‑
内支撑环，103
‑
中间连接框，104
‑
环形支撑板；
27.200
‑
型面支撑框架，201
‑
型面调整组件，2011
‑
型面调整螺杆， 2012
‑
型面调整螺杆座，2013
‑
型面调整固定块，2014
‑
型面导向限位块， 2015
‑
径向支撑条，202
‑
型面支撑板，
2021
‑
外侧面，2022
‑
内侧面，2023
‑ꢀ
横板；
28.300
‑
径向调整组件，301
‑
径向支撑块，302
‑
径向调整螺杆固定块， 303
‑
径向调整螺杆，304
‑
径向调整螺杆座。
具体实施方式
29.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本发明实施例的理解。
30.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
32.诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
33.对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
34.图1是本发明一个实施例的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的立体图；图2是本发明再一个实施例的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的侧视图；图3是本发明另一个实施例的运载火箭贮箱箱底热处理保形装置的俯视图；图4是图3中a
‑
a旋转剖视图；图5是图4 中b的放大图；图6是图4中c的放大图。
35.如图1所示，本发明提供一种运载火箭贮箱箱底热处理保形装置，包括：环形支撑框架100，包括外支撑环101、内支撑环102和中间连接框103，中间连接框103连接外支撑环101与内支撑环102；型面支撑框架200，定位在环形支撑框架100上，包括型面调整组件201 和形状适应贮箱箱底的型面支撑板202，型面调整组件201用于带动型面支撑板202沿着环形支撑框架100的径向方向移动，用以适应地支撑贮箱箱底面。
36.具体地，运载火箭贮箱箱底采用整体旋压制造工艺技术，该技术在结构减重，生产
效率及高可靠性等方面存在的巨大优势，已成为火箭低温燃料贮箱制造领域的发展趋势。一般贮箱箱底采用铝铜、铝锂等热处理强化型铝合金，整体旋压成形后必须经过固溶淬火和时效热处理才能达到性能强化的目的。以2a14铝合金为例，该材料要求在 500℃的高温下保温1
‑
2h后应迅速(一般≤10s)转移至常温水中进行冷却(固溶淬火)，然后在160
‑
170℃保温10h进行时效处理。因此，固溶淬火过程是一个激烈的高低温交替过程，该过程伴随着巨大的热应力，导致产品严重变形，尤其大尺寸薄壁结构的产品的变形程度更大。以口部直径为3350mm，毛坯厚度≥20mm的2219和2195铝合金贮箱箱底为例，经过固溶淬火后产品的口部圆度达到10mm以上，相应的其型面也会随着口部的圆度变化而产生较大幅度的变形，给后续产品的机加工序带来不利影响。
37.在本实施例中，运载火箭贮箱箱底热处理保形装置针对贮箱箱底在热处理过程中的变形有刚性约束功能，其中环形支撑框架100用于提供运载火箭贮箱箱底的整体承载，采用中间连接框103连接外支撑环101与内支撑环102的结构，能够加快热处理过程中的热传导，同时满足承载运载火箭贮箱箱底的可靠性要求。
38.其中，型面支撑框架200为主要的保形部件固定在环形支撑框架 100上。在热处理工艺开始之前，将运载火箭贮箱的箱底倒扣在型面支撑框架200上，因此型面支撑框架200中的型面支撑板202设计成适应贮箱箱底的圆弧形状。例如，型面支撑板202通过调整后能够完全贴合贮箱箱底，从而保证在热处理过程中贮箱箱底的变形量可控。型面支撑框架200中的型面调整组件201用于调整型面支撑板202适应地支撑贮箱箱底面，通过带动型面支撑板202沿着环形支撑框架 100的径向方向进行移动，将贮箱箱底调整至理论型面并锁紧，之后可以对贮箱箱底进行热处理。本实施例通过型面支撑板调整至适当位置，可以有效支撑贮箱箱底，从而可以在热处理即固溶强化过程中，大大减小热应力带来的贮箱箱底变形。
39.如图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，外支撑环101包括轴向间隔设置的上支撑框1011和下支撑框1012，下支撑框1012 与内支撑环102处于同一水平面且通过中间连接框103连接；环形支撑框架100还包括环形支撑板104，环形支撑板104固定在外支撑环 101上，用于支撑型面支撑框架200。
40.具体地，环形支撑框架100中的外支撑环101分成上支撑框1011 和下支撑框1012上下间隔设置，下支撑框1012与内支撑环102处于同一水平面且通过中间连接框103连接，整个环形支撑框架100的结构给贮箱箱底提供热处理的操作空间。上支撑框1011与下支撑框 1012通过间隔的竖杆连接，在间隔的竖杆沿环形支撑框架100的径向方向处设置型面支撑框架200，能够保证型面支撑框架200在调整过程中始终处于竖杆限定的范围内。
41.其中，环形支撑框架100还包括环形支撑板104，环形支撑板104 固定在外支撑环101即下支撑框1012上。为了便于型面支撑框架200 能够安装在环形支撑板104上，环形支撑板104在型面支撑框架200 的下方延伸至中心的方向设置径向支撑板，径向支撑板固定在下支撑框1012、内支撑环102以及中间连接框103上。环形支撑板104、径向支撑板能够保证型面支撑框架200的安装更加稳固，便于型面调整组件201带动型面支撑板202的调整移动。
42.根据本发明的一个实施例，为了型面支撑板202的外侧面2021 适应半个贮箱箱底的弧形，至少四个型面支撑板202沿周向均匀地设置在环形支撑框架100上。
43.具体地，由于型面支撑板202直接参与贮箱箱底的适应性支撑，同时为了便于型面
调整组件201进行调节，将型面支撑板202的外侧面2021设置成适应半个贮箱箱底的弧形。至少四个型面支撑板202 沿周向均匀地设置在环形支撑框架100上，通过至少四个型面支撑板 202的外侧面2021将贮箱箱底的各个方向上贴合支撑，进而保证在热处理过程中贮箱箱底的变形量可控。
44.根据本发明的一个实施例，型面支撑板202的内侧面2022为弧度小于外侧面2021的弧形，外侧面2021与内侧面2022通过横板2023 连接。
45.具体地，型面支撑板202的内侧面2022设置成弧度小于外侧面 2021的弧形，外侧面2021和内侧面2022通过横板2023连接，使得型面支撑板202呈现半月牙形状。通过该半月牙形状的型面支撑板 202，便于型面调整组件201对型面支撑板202的调节，且提高了型面支撑板202的结构稳定性及与贮箱箱底的结构适应性，改善保形效果。
46.如图4和图5所示，根据本发明的一个实施例，型面调整组件 201包括型面调整螺杆2011和型面调整螺杆座2012；型面调整螺杆座2012固定在环形支撑框架100上，型面调整螺杆2011的一端卡合在型面支撑板202中，型面调整螺杆2011的另一端贯穿型面调整螺杆座2012以通过旋转带动型面支撑板202沿径向移动。
47.具体地，型面调整螺杆座2012用于给型面调整螺杆2011提供固定以及旋转调节的环境，型面调整螺杆2011的一端卡合在型面支撑板202中固定不动，型面调整螺杆2011的另一端贯穿型面调整螺杆座2012，通过外力驱动型面调整螺杆2011的另一端旋转从而带动型面支撑板202沿径向方向移动。型面调整螺杆2011的另一端设置有调节接口，本实施例的调节接口以正方形块为例，其它形式或形状的接口如六边形块或孔等都在本实施例的保护范围之内，通过调节接口可以连接扳手或其它工具实施大力矩的调整。
48.其中，型面调整组件201还包括型面调整把手，设置在型面调整螺杆2011的另一端的调节接口上。该型面调整组件201工作时，通过转动型面调整把手带动型面调整螺杆2011转动，使型面调整螺杆 2011在型面调整螺杆座2012内沿型面调整螺杆2011轴向运动，带动型面支撑板202运动，从而实现贮箱箱底在型面范围内的调节或支撑。
49.根据本发明的一个实施例，型面调整组件201还包括型面调整固定块2013，型面调整固定块2013嵌入到型面支撑板202的横板2023 与内侧面2022的相交处，型面调整螺杆2011的一端卡合在型面调整固定块2013中。
50.具体地，在型面调整组件201实际安装过程中，将型面调整螺杆 2011直接卡合在型面支撑板202上有些困难，这就需要借助型面调整固定块2013先嵌入到型面支撑板202上，具体在型面支撑板202 的横板2023和内侧面2022的相交处，方便将型面调整螺杆2011的一端卡合在型面调整固定块2013中。型面调整固定块2013设置成中空结构，型面调整螺杆2011的一端设置成凸起，将型面调整螺杆2011 的凸起卡合在型面调整固定块2013的中空结构中，利于型面调整螺杆2011在调节过程中不脱落，操作便捷可靠。
51.根据本发明的一个实施例，型面调整组件201还包括型面导向限位块2014，固定在环形支撑框架100上用于对型面支撑板202进行限位及导向。
52.具体地，在型面支撑板202的横板2023两侧设置型面导向限位块2014，将型面导向限位块2014固定于环形支撑框架100上。在本实施例中，可将型面导向限位块2014固定于环形支撑板104的径向支撑板上。型面支撑板202在调节移动过程中，相对型面导向限位块 2014移动，导向限位块2014将型面支撑板202限位在两侧的型面导向限位块2014之间，并起
到对型面支撑板202的导向作用。
53.根据本发明的一个实施例，型面调整组件201还包括径向支撑条 2015，固定在型面支撑板202的横板2023与外侧面2021的相交处用于支撑贮箱箱底端口。
54.具体地，径向支撑条2015固定在型面支撑板202的横板2023与外侧面2021的相交处。在型面调整组件201调节型面支撑板202的同时，带动径向支撑条2015压紧贮箱箱底的端口。在本实施例中，径向支撑条2015可以贯穿设置在型面支撑板202上，也可以分成两个径向支撑条2015分别安装在型面支撑板202的两侧。
55.如图3和图4所示，根据本发明的一个实施例，运载火箭贮箱箱底热处理保形装置还包括径向调整组件300。至少四个径向调整组件 300沿周向均匀分布在外支撑环101上用于支撑贮箱箱底端口。
56.具体地，径向调整组件300通过调节能够沿着环形支撑框架100 的径向方向压紧贮箱箱底的端口，其中四个径向调整组件300沿周向均匀分布在外支撑环101上。在本实施例中，每个径向调整组件300 间隔设置在相邻两个型面支撑板202之间，使得贮箱箱底的端口各个方位均能得到支撑。
57.如图6所示，根据本发明的一个实施例，径向调整组件300包括径向支撑块301、径向调整螺杆固定块302、径向调整螺杆303和径向调整螺杆座304；径向支撑块301用于支撑贮箱箱底端口，径向调整螺杆303的一端卡合到径向支撑块301与径向调整螺杆固定块302 的组合中，径向调整螺杆303的另一端贯穿径向调整螺杆座304以通过旋转带动径向支撑块301沿径向方向移动。径向调整螺杆座304固定在环形支撑框架100上，在本实施例中，径向调整螺杆座304具体安装固定在环形支撑板104上。
58.具体地，径向调整组件300与型面调节组件的构造相似，设置径向调整螺杆固定块302在径向支撑块301中间位置。径向调整螺杆座 304用于给径向调整螺杆303提供固定以及旋转调节的环境，径向调整螺杆303的一端卡合到径向支撑块301与径向调整螺杆固定块302 的组合中，径向调整螺杆303的另一端贯穿径向调整螺杆座304以通过旋转带动径向支撑块301沿径向方向移动。径向调整螺杆303的另一端设置有调节接口，本实施例的调节接口以正方形块为例，其它形式或形状的接口如六边形块或孔等都在本实施例的保护范围之内，通过调节接口可以连接扳手或其它工具实施大力矩的调整。
59.其中，径向调整组件300还包括径向调整把手，设置在径向调整螺杆303的另一端的调节接口上。该径向调整组件300工作时，通过转动径向调整把手带动径向调整螺杆303转动，使径向调整螺杆303 在径向调整螺杆座304内沿径向调整螺杆303轴向运动，带动径向支撑块301运动，从而实现贮箱箱底在径向范围内的调节或支撑。
60.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。