专利名称：一种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法
技术领域：
本发明属于航天器技术领域，涉及一种金属贮箱，尤其是一种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法。
背景技术：
由于航空航天的发展需求，对航天器用半球形燃料贮箱的性能提出了更高的要求，航天器燃料用贮箱的性能一定程度上影响着航天器的安全性以及先进性。我国航天工业发展相对缓慢，西方发达国家美、俄等在金属膜片式贮箱的设计和制造方面一直领先，由于国外的技术封锁，其金属膜片式贮箱的设计、制造等均处于保密状态。我国航天器燃料贮箱的综合性能距国外先进水平尚有很大差距，目前主要还是采用橡胶囊式结构，金属膜片式贮箱尚处于工艺摸索阶段，精密成型等关键技术尚未取得突破性进展，严重制约着我国航天事业的进一步发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，该方法采用纯钛薄板，经过裁切、拉深、翻边、化铣等加工工艺获得渐变壁厚或均勻壁厚的航天器燃料用金属膜片式贮箱，不仅能快速加工成型、性能稳定可高。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的该种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，包括以下步骤1)模具根据待加工的半球形金属贮箱的外形尺寸加工半球形拉深模及翻边模具。2)裁切使用裁板机将工业纯钛板按照计算尺寸裁切成圆形形状；3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，保证边缘部位平整并与中心平面尽量平行；4)润滑将上一步修边好的板材两面均勻涂抹黄油和机油的复合润滑剂，然后覆盖0. 5 1. 5mm厚塑料薄膜，使塑料薄膜与板材充分接触，并对半球形拉深模模具的凹模和凸模均勻涂抹复合润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台与凹模之间，调整凹模与压机平台确保薄板压边均勻，计算压边力及拉深速度，使凸模向上运行进行拉深，拉深到位保压 10 15s后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属膜片擦洗干净，使用复合润滑剂对金属膜片和翻边模具进行润滑，将金属膜片置于翻边模具的下模上，采用1 2倍步骤幻的拉深力和 20 30mm/min的翻边速度，最后进行保压10 1 后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，使用HF、HNO3和水的混合液在15 35°C下化铣20 60min，化铣好后迅速用水冲洗，确保表面光洁。以上步骤2)中，裁切的圆形形状的直径=贮箱直径+压边尺寸，所述压边尺寸为I I贮箱直径。在以上步骤4)和6)中，所述的复合润滑剂的配比为黄油机油=3 1。以上步骤5)中，压边力=压边面积X 300 550N/cm2，压边面积增大时系数增大， 所述拉深速度为5 8mm/s。以上步骤7)中，所述混合液中，HF、HNO3和水的体积比为1 6 1。本发明具有以下有益效果本发明采用纯钛薄板作为制备材料，通过裁切、修边、润滑、室温拉深、翻边、化铣等加工工艺制备航天器燃料用金属半膜式贮箱，该方法可以实现半球型贮箱无褶皱、无表面划痕等缺陷，且通过化铣可以实现渐变壁厚或均勻壁厚、表面光洁的要求。采用该方法制备金属半膜式贮箱加工过程简单、质量控制容易、产品成品率高，达90%以上。
图1为本发明的拉深模具示意图；图2为本发明翻边模具示意图。其中图中代号1为凹模；2为压机平台；3为凸模；4为上模；5为下模。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述实施例1 本实施例按照以下具体步骤进行1)模具根据待加工的半球形金属贮箱的外形尺寸加工半球形拉深模及翻边模且.
Z、 92)裁切使用裁板机将工业纯钛板按照计算尺寸裁切成圆形形状；裁切的圆形形状的直径=贮箱直径+压边尺寸，所述压边尺寸为$贮箱直径。3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，保证边缘部位平整并与中心平面尽量平行；4)润滑将上一步修边好的板材两面均勻涂抹黄油和机油的复合润滑剂，其中黄油机油=3 1，然后覆盖0.5mm厚塑料薄膜，使塑料薄膜与板材充分接触，并对半球形拉深模模具的凹模1和凸模3均勻涂抹复合润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台2与凹模1之间，调整凹模与压机平台确保薄板压边均勻，计算压边力及拉深速度，其中压边力=压边面积X300N/cm2， 压边面积增大时系数增大，所述拉深速度为5mm/s。使凸模3向上运行进行拉深，拉深到位保压IOs后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属膜片擦洗干净，使用复合润滑剂对金属膜片和翻边模具进行润滑，将金属膜片置于翻边模具的下模4上，采用1倍步骤幻的拉深力和20mm/ min的翻边速度，最后进行保压IOs后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，使用HF、HNO3和水的混合液在15°C下化铣20min，化铣好后迅速用水冲洗，确保表面光洁。所述混合液中，HF、HNO3和水的体积比为1 6 1。实施例2 本实施例按照以下具体步骤进行1)模具根据待加工的半球形金属贮箱的外形尺寸加工半球形拉深模及翻边模
具；2)裁切使用裁板机将工业纯钛板按照计算尺寸裁切成圆形形状；裁切的圆形形状的直径=贮箱直径+压边尺寸，所述压边尺寸为*贮箱直径。3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，保证边缘部位平整并与中心平面尽量平行；4)润滑将上一步修边好的板材两面均勻涂抹黄油和机油的复合润滑剂，其中黄油机油=3 1，然后覆盖1.5mm厚塑料薄膜，使塑料薄膜与板材充分接触，并对半球形拉深模模具的凹模1和凸模3均勻涂抹复合润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台2与凹模1之间，调整凹模与压机平台确保薄板压边均勻，计算压边力及拉深速度，其中压边力=压边面积X550N/cm2， 压边面积增大时系数增大，所述拉深速度为8mm/s。使凸模3向上运行进行拉深，拉深到位保压1 后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属膜片擦洗干净，使用复合润滑剂对金属膜片和翻边模具进行润滑，将金属膜片置于翻边模具的下模4上，采用2倍步骤幻的拉深力和30mm/ min的翻边速度，最后进行保压1 后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，使用HF、HNO3和水的混合液在15°C下化铣60min，化铣好后迅速用水冲洗，确保表面光洁。所述混合液中，HF、HNO3和水的体积比为1 6 1。实施例3:本实施例按照以下具体步骤进行1)模具根据待加工的半球形金属贮箱的外形尺寸加工半球形拉深模及翻边模
具；2)裁切使用裁板机将工业纯钛板按照计算尺寸裁切成圆形形状；裁切的圆形形状的直径=贮箱直径+压边尺寸，所述压边尺寸为$贮箱直径。3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，保证边缘部位平整并与中心平面尽量平行；4)润滑将上一步修边好的板材两面均勻涂抹黄油和机油的复合润滑剂，其中黄油机油=3 1，然后覆盖Imm厚塑料薄膜，使塑料薄膜与板材充分接触，并对半球形拉深模模具的凹模1和凸模3均勻涂抹复合润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台2与凹模1之间，调整凹模与压机平台确保薄板压边均勻，计算压边力及拉深速度，其中压边力=压边面积X400N/cm2， 压边面积增大时系数增大，所述拉深速度为7mm/s。使凸模3向上运行进行拉深，拉深到位保压1 后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属膜片擦洗干净，使用复合润滑剂对金属膜片和翻边模具进行润滑，将金属膜片置于翻边模具的下模4上，采用1.5倍步骤幻的拉深力和 25mm/min的翻边速度，最后进行保压13s后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，使用HF、HNO3和水的混合液在25°C下化铣40min，化铣好后迅速用水冲洗，确保表面光洁。所述混合液中，HF、HNO3和水的体积比为1 6 1。实施例4Φ 160mm厚度0. 8mm纯钛薄板金属半膜式贮箱制备，具体按照以下步骤进行1)模具根据所需半球形金属贮箱的体积大小加工半球形拉深模及翻边模具，拉深模及翻边模示意图如图1、图2 ；2)裁切采用1.0mm厚纯钛薄板作为原材料，使用裁板机将工业纯钛板裁成 Φ 250 Φ 270mm的圆形形状；3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，确保边缘部位平整、 光滑；4)润滑将上一步修边的板材两面均勻涂抹黄油+机油复合润滑剂，然后覆盖 0. 5mm厚塑料薄膜，对拉深模上下模均勻涂抹相同润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台中心位置(见图1)，压边力 10 15t，拉深速度5 8mm/s，拉深到位保压IOs后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属半球形膜片擦洗干净，对模具和金属膜涂抹适量黄油+机油复合润滑剂，置于翻边模具的下模上(见图幻，压制力20 30t，保压IOs后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，使用HF、HNO3和水的体积比为1 6 1的混合液，在20 30°C下化铣20 40min取出，用洁净水冲洗，确保内外表面光洁；实施例5 Φ 240mm厚度0. 6mm纯钛薄板金属半膜式贮箱制备1)模具根据所需半球形金属膜片的体积大小加工半球形拉深模及翻边模具，拉深模及翻边模示意图如图1、图2 ；2)裁切采用1.0mm厚纯钛薄板作为原材料，使用裁板机将工业纯钛板裁成 Φ 330 Φ :350mm的圆形形状；3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，确保边缘部位平整、 光滑；4)润滑将上一步修边的板材两面均勻涂抹黄油+机油复合润滑剂，然后覆盖 0. 5 1. Omm厚塑料薄膜，对拉深模上下模均勻涂抹相同润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台中心位置(见图1)，压边力 25 30t，拉深速度5 8mm/s，拉深到位保压20s后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属半球形膜片擦洗干净，对模具和金属膜涂抹适量黄油+机油复合润滑剂，置于翻边模具的下模上(见图幻，压制力70 80t，保压IOs后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，在HF、HNO3和水的体积比为1:6: 1的混合液中，以20 30°C下化铣40 60min取出，用洁净水冲洗，确保内外表
面光洁；实施例6 Φ 370mm厚度0. 8mm纯钛薄板金属半膜式贮箱制备1)模具根据所需半球形金属膜片的体积大小加工半球形拉深模及翻边模具，拉深模及翻边模示意图如图1、图2 ；2)裁切采用1.0mm厚纯钛薄板作为原材料，使用裁板机将工业纯钛板裁成 Φ 500 Φ 520mm的圆形形状；3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，确保边缘部位平整、 光滑；4)润滑将上一步修边的板材两面均勻涂抹黄油+机油复合润滑剂，然后覆盖 0. 5 1. Omm厚塑料薄膜，对拉深模上下模均勻涂抹相同润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台中心位置(见图1)，压边力 70 80t，拉深速度5 8mm/s，拉深到位保压30s后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属半球形膜片擦洗干净，对模具和金属膜涂抹适量黄油+机油复合润滑剂，置于翻边模具的下模上(见图幻，压制力150 160t，保压IOs后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，在HF、HNO3和水的体积比为 1:6:1的混合液中，以20 30°C化铣20 40min取出，用洁净水冲洗，确保内外表面光洁；实施例7 Φ 530mm厚度0. 8mm纯钛薄板金属半膜式贮箱制备1)模具根据所需半球形金属膜片的体积大小加工半球形拉深模及翻边模具，拉深模及翻边模示意图如图1、图2 ；2)裁切采用1.0mm厚纯钛薄板作为原材料，使用裁板机将工业纯钛板裁成 Φ 800 Φ 820mm的圆形形状；3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，确保边缘部位平整、 光滑；4)润滑将上一步修边的板材两面均勻涂抹黄油+机油复合润滑剂，然后覆盖 0. 5 1. Omm厚塑料薄膜，对拉深模上下模均勻涂抹相同润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台中心位置(见图1)，压边力 100 120t，拉深速度5 8mm/s，拉深到位保压60s后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属半球形膜片擦洗干净，对模具和金属膜涂抹适量黄油+机油复合润滑剂，置于翻边模具的下模上(见图幻，压制力170 180t，保压IOs后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，在HF、HNO3和水的体积比为 1:6:1的混合液中，以20 30°C化铣20 40min取出，用洁净水冲洗，确保内外表面光洁；
权利要求
1.一种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)模具根据待加工的半球形金属贮箱的外形尺寸加工半球形拉深模及翻边模具；2)裁切使用裁板机将工业纯钛板按照计算尺寸裁切成圆形形状；3)修边采用砂轮机将裁切好的圆形板边缘部毛刺打磨掉，保证边缘部位平整并与中心平面尽量平行；4)润滑将上一步修边好的板材两面均勻涂抹黄油和机油的复合润滑剂，然后覆盖 0. 5 1. 5mm厚塑料薄膜，使塑料薄膜与板材充分接触，并对半球形拉深模模具的凹模(1) 和凸模( 均勻涂抹复合润滑剂；5)室温拉深将上一步润滑好的板材置于压机平台( 与凹模(1)之间，调整凹模与压机平台确保薄板压边均勻，计算压边力及拉深速度，使凸模(3)向上运行进行拉深，拉深到位保压10 1 后退模；6)翻边将上一步拉深好的金属膜片擦洗干净，使用复合润滑剂对金属膜片和翻边模具进行润滑，将金属膜片置于翻边模具的下模(4)上，采用1 2倍步骤幻的拉深力和 20 30mm/min的翻边速度，最后进行保压10 1 后退模；7)化铣将上一步翻边后的金属膜片置于化铣槽中，使用HF、HNO3和水的混合液在 15 35°C下化铣20 60min，化铣好后迅速用水冲洗，确保表面光洁。
2.根据权利要求1所述的航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，其特征在于，步骤2)中，裁切的圆形形状的直径=贮箱直径+压边尺寸，所述压边尺寸为1 +贮箱3 4直径。
3.根据权利要求1所述的航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，其特征在于，步骤4)和6)中，所述复合润滑剂的配比为黄油机油=3 1。
4.根据权利要求1所述的航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，其特征在于，步骤幻中，压边力=压边面积X 300 550N/cm2，压边面积增大时系数增大，所述拉深速度为5 8mm/sο
5.根据权利要求1所述的航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，其特征在于，步骤7)中，所述混合液中，HF、HNO3和水的体积比为1 6 1。
全文摘要
本发明公开了一种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，该方法采用纯钛薄板作为制备材料，通过裁切、修边、润滑、室温拉深、翻边、化铣等加工工艺制备航天器燃料用金属半膜式贮箱，该方法可以实现半球型贮箱无褶皱、无表面划痕等缺陷，且通过化铣可以实现渐变壁厚或均匀壁厚、表面光洁的要求。采用该方法制备金属半膜式贮箱加工过程简单、质量控制容易、产品成品率高，达90％以上。
文档编号B23P15/00GK102275067SQ20111021989
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者刘娣, 周中波, 唐斌, 常辉, 张利军, 王幸运, 白钰, 薛祥义 申请人:西安西工大超晶科技发展有限责任公司