机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (14): 36-44.doi: 10.3901/JME.2025.14.036
• 特邀专栏:铝合金薄壁构件超低温成形制造新原理 • 上一篇
凡晓波1,2, 杨光1,2, 邬方兴1,2, 关阳1,2
FAN Xiaobo1,2, YANG Guang1,2, WU Fangxing1,2, GUAN Yang1,2
摘要: 铝合金是运载火箭的主体结构材料,箱底受力最复杂,是箭体结构制造的“皇冠”。铝合金超薄箱底整体成形起皱和开裂缺陷并存,始终是未得到实质性突破的国际难题。为此,以运载火箭燃料贮箱2250整体箱底为研究对象,通过数值模拟阐明超薄箱底整体成形应力应变演变规律;针对传统技术存在易开裂、起皱和组织性能难调控的挑战,基于固溶态铝合金在超低温条件下延伸率与硬化同时提高的“双增效应”,提出薄壁结构超低温成形应力与性能协同调控原理,通过超低温梯度冷却调控应力分布,降低开裂风险,提高位错与亚结构密度,实现箱底变形均匀性与性能调控;研发出铝合金薄壁构件超低温成形装备,平台尺寸3 m、最大成形力22 MN、最低温度-190 ℃,具备全尺寸构件研发与制造能力;开展新一代运载火箭整体超薄箱底超低温成形工艺研究,采用初始壁厚4.0 mm的薄板直接成形出直径2 250 mm的贮箱整体箱底,厚径比突破至1.4‰,壁厚均差率仅为6.5%,力学性能达到2219铝合金T8态强化水平以上,并且构件尺寸一致性好、椭圆度小于0.5‰。超低温成形整体超薄箱底,成形后不再加工、直接使用,在国际上率先实现火箭贮箱箱底整体净成形,为大尺寸铝合金超薄构件整体成形提供全新技术途径。
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