CN113601112B - 贮箱筒段超长壁板精密制造方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法和系统，包括：步骤1：进行圆筒形超长壁板三维数模展开和工程制图；步骤2：根据工程图，通过大幅面平板坯料进行网格机械加工与刻线；步骤3：进行超长壁板压弯模具外形与结构设计；步骤4：对超长壁板等距压弯成形的工艺参数进行仿真优选；步骤5：进行超长壁板等距压弯精密成形；步骤6：激光切割去除圆筒形超长壁板余量区，得到圆筒形超长壁板产品。本发明可实现运载火箭贮箱筒段超长壁板的精密制造，使贮箱的筒段个数及环焊缝数量大幅下降，提升贮箱制造效率、制造精度及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及金属塑性成形技术领域，具体地，涉及一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法和系统。
背景技术
贮箱是运载火箭的重要组成，体积占火箭的绝大部分，长度约占箭体全长的2/3。贮箱筒段是运载火箭的主承力结构，同时还起着支撑热防护层，为仪器设备提供安装基础的作用。
筒段一般由4-5块圆筒形壁板经纵焊拼合而成，受目前制造的壁板直边长度限制，筒段长度一般在2米以下，导致单个贮箱往往需要3-10个筒段沿长度方向进行环焊拼接制造，存在以下问题：(1)环缝焊接道次繁多，焊前需进行大量人工校正及修配，焊后还要做大量无损检测工作，导致生产周期长、劳动强度大；(2)环焊变形的不断累积，影响贮箱制造精度及箭体外形准确度；(3)大量焊接热影响区的存在对箭体承力性能和可靠性会带来一定影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法和系统。
根据本发明提供的贮箱筒段超长壁板精密制造方法，包括：
步骤1：进行圆筒形超长壁板三维数模展开和工程制图；
步骤2：根据工程图，通过大幅面平板坯料进行网格机械加工与刻线；
步骤3：进行超长壁板压弯模具外形与结构设计；
步骤4：对超长壁板等距压弯成形的工艺参数进行仿真优选；
步骤5：进行超长壁板等距压弯精密成形；
步骤6：激光切割去除圆筒形超长壁板余量区，得到圆筒形超长壁板产品。
优选的，将展开后的超长壁板的四条边线分别向外移出预设距离形成加工余量区后，再生成工程图，按照工程图进行机械加工，铣切出网格结构后，在同一机床上用划线刀具在壁板长度方向两端余量区分别划出一排刻线，并于刻线旁标刻数字编号；
所述加工余量区的宽度为30mm-50mm，壁板长度方向两端余量区的刻线与数字编号一一对应。
优选的，将上压弯模横截面设计为宽幅小曲率型面形式，下压弯模设计为小曲率可转动型面形式，同时将上压弯模、下压弯模沿长度方向均设计为拼接结构形式。
优选的，模拟对超长壁板按照同等间距逐段进行压弯使超长壁板逐渐达到整体目标外形的过程，计算超长壁板在不同工艺参数下压弯的应力、变形和回弹大小，根据计算结果设定压弯路径以及上模下压量。
优选的，在大型数控折弯机上，以超长壁板两端刻线作为压弯路径定位基准，对超长壁板进行逐段精密压弯成形，先用拼接好的整体模具对整段进行压弯，再用拆分后一段模具对局部变形不足区域进行二次压弯，实现变形补偿。
根据本发明提供的贮箱筒段超长壁板精密制造系统，包括：
模块M1：进行圆筒形超长壁板三维数模展开和工程制图；
模块M2：根据工程图，通过大幅面平板坯料进行网格机械加工与刻线；
模块M3：进行超长壁板压弯模具外形与结构设计；
模块M4：对超长壁板等距压弯成形的工艺参数进行仿真优选；
模块M5：进行超长壁板等距压弯精密成形；
模块M6：激光切割去除圆筒形超长壁板余量区，得到圆筒形超长壁板产品。
优选的，将展开后的超长壁板的四条边线分别向外移出预设距离形成加工余量区后，再生成工程图，按照工程图进行机械加工，铣切出网格结构后，在同一机床上用划线刀具在壁板长度方向两端余量区分别划出一排刻线，并于刻线旁标刻数字编号；
所述加工余量区的宽度为30mm-50mm，壁板长度方向两端余量区的刻线与数字编号一一对应。
优选的，将上压弯模横截面设计为宽幅小曲率型面形式，下压弯模设计为小曲率可转动型面形式，同时将上压弯模、下压弯模沿长度方向均设计为拼接结构形式。
优选的，模拟对超长壁板按照同等间距逐段进行压弯使超长壁板逐渐达到整体目标外形的过程，计算超长壁板在不同工艺参数下压弯的应力、变形和回弹大小，根据计算结果设定压弯路径以及上模下压量。
优选的，在大型数控折弯机上，以超长壁板两端刻线作为压弯路径定位基准，对超长壁板进行逐段精密压弯成形，先用拼接好的整体模具对整段进行压弯，再用拆分后一段模具对局部变形不足区域进行二次压弯，实现变形补偿。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提出一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法，利用这种方法可制造出高精度超长壁板，使用这种超长壁板又可进一步制造高精度超长筒段，可有效减少贮箱的筒段个数以及环焊缝数量，提升运载火箭贮箱的制造效率、制造精度及可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所述一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法实施流程图；
图2为机械加工得到的超长平面壁板示意图；
图3为超长壁板某部位压弯时的端面图；
图4为超长壁板整段压弯示意图；
图5为超长壁板局部段压弯示意图。
图中：上压弯模1；下压弯模2；超长壁板3；支撑模座4。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本发明所述的一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法和系统，如图1所示，包括如下步骤：
步骤a、将圆筒形超长壁板3的三维数模进行展开(在CAD软件中展开，例如：CATIA)，并将展开后超长壁板3四条边线分别向外移出30mm的距离，形成加工余量区，之后生成工程图；
步骤b、将大幅面平板坯料按照步骤a生成的工程图进行机械加工，铣切出网格结构后，在同一机床上用划线刀具在超长壁板3长度方向两端余量区分别划出一排刻线，并于刻线旁标刻数字编号，两端余量区的刻线及数字编号一一对应，如图2所示；
步骤c、开展超长壁板3等距压弯成形模具外形与结构设计，将上压弯模1横截面设计为宽幅小曲率型面形式，下压弯模2设计为小曲率可转动型面形式，同时上压弯模1、下压弯模2沿长度方向均设计为拼接结构形式，下压弯模2置于支撑模座4上；
步骤d、开展超长壁板3等距压弯成形有限元模拟，即对超长壁板3按照同等间距逐段进行压弯使之逐渐达到整体目标外形的过程进行模拟，计算超长壁板3在不同工艺参数下压弯的应力、变形、回弹大小，根据计算结果设定压弯路径以及上模下压量；
步骤e、在大型数控折弯机上，以超长平面壁板两端刻线作为压弯路径定位基准，按照步骤d中的工艺方案对超长壁板3进行逐段精密压弯成形，图3为对超长壁板3某段进行压弯时的示意图。压弯超长壁板3某段时，先用拼接好的整体模具对整段(中部网格区+两端焊接边区域)进行压弯，如图4所示，之后将上压弯模1和下压弯模2均拆解为一段模具，并对壁板变形不足的中部网格区进行二次压弯，实现变形补偿，如图5所示；
步骤f、将弯曲成形后的超长壁板3四周余量区进行激光切割去除，即得到圆筒形超长壁板产品。
如图3所示，步骤e中上压弯模1采用宽幅小曲率型面形式，可以使壁板内部网格筋受压时应力均匀性提高、幅值减小，可有效避免壁板压弯过程网格筋表面形成压痕，甚至发生整体失稳、开裂破坏。
如图3所示，步骤e中两个下压弯模2采用小曲率可转动型面形式，当上压弯模1向下对超长壁板3进行压弯加载时，下压弯模2能够伴随超长壁板3的弯曲变形，紧贴超长壁板3蒙皮表面同步转动，可有效减小其与超长壁板3蒙皮间的滑动摩擦，此外，小曲率型面设计使壁板蒙皮受力更为均匀，这些均有助于保护蒙皮表面，避免蒙皮出现擦伤及划伤，保证蒙皮获得高平滑度。
如上所述的一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法，可有效减少贮箱的筒段个数及环焊缝数量，如以某型运载火箭煤油贮箱为例，将其壁板直边长度由1.6米加长至4.8米后，可将该贮箱筒段个数由3个减至1个，使用超长壁板后，贮箱可减少两条环焊缝，减少焊缝总长度达21m。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种贮箱筒段超长壁板精密制造方法，其特征在于，包括：
步骤1：进行圆筒形超长壁板三维数模展开和工程制图；
步骤2：根据工程图，通过大幅面平板坯料进行网格机械加工与刻线；
步骤3：进行超长壁板压弯模具外形与结构设计；
步骤4：对超长壁板等距压弯成形的工艺参数进行仿真优选；
步骤5：进行超长壁板等距压弯精密成形；
步骤6：激光切割去除圆筒形超长壁板余量区，得到圆筒形超长壁板产品；
将上压弯模横截面设计为宽幅小曲率型面形式，下压弯模设计为小曲率可转动型面形式，同时将上压弯模、下压弯模沿长度方向均设计为拼接结构形式；
模拟对超长壁板按照同等间距逐段进行压弯使超长壁板逐渐达到整体目标外形的过程，计算超长壁板在不同工艺参数下压弯的应力、变形和回弹大小，根据计算结果设定压弯路径以及上模下压量。
2.根据权利要求1所述的贮箱筒段超长壁板精密制造方法，其特征在于，将展开后的超长壁板的四条边线分别向外移出预设距离形成加工余量区后，再生成工程图，按照工程图进行机械加工，铣切出网格结构后，在同一机床上用划线刀具在壁板长度方向两端余量区分别划出一排刻线，并于刻线旁标刻数字编号；
所述加工余量区的宽度为30mm-50mm，壁板长度方向两端余量区的刻线与数字编号一一对应。
3.根据权利要求1所述的贮箱筒段超长壁板精密制造方法，其特征在于，在大型数控折弯机上，以超长壁板两端刻线作为压弯路径定位基准，对超长壁板进行逐段精密压弯成形，先用拼接好的整体模具对整段进行压弯，再用拆分后一段模具对局部变形不足区域进行二次压弯，实现变形补偿。
4.一种贮箱筒段超长壁板精密制造系统，其特征在于，包括：
模块M1：进行圆筒形超长壁板三维数模展开和工程制图；
模块M2：根据工程图，通过大幅面平板坯料进行网格机械加工与刻线；
模块M3：进行超长壁板压弯模具外形与结构设计；
模块M4：对超长壁板等距压弯成形的工艺参数进行仿真优选；
模块M5：进行超长壁板等距压弯精密成形；
模块M6：激光切割去除圆筒形超长壁板余量区，得到圆筒形超长壁板产品；
将上压弯模横截面设计为宽幅小曲率型面形式，下压弯模设计为小曲率可转动型面形式，同时将上压弯模、下压弯模沿长度方向均设计为拼接结构形式；
模拟对超长壁板按照同等间距逐段进行压弯使超长壁板逐渐达到整体目标外形的过程，计算超长壁板在不同工艺参数下压弯的应力、变形和回弹大小，根据计算结果设定压弯路径以及上模下压量。
5.根据权利要求4所述的贮箱筒段超长壁板精密制造系统，其特征在于，将展开后的超长壁板的四条边线分别向外移出预设距离形成加工余量区后，再生成工程图，按照工程图进行机械加工，铣切出网格结构后，在同一机床上用划线刀具在壁板长度方向两端余量区分别划出一排刻线，并于刻线旁标刻数字编号；
所述加工余量区的宽度为30mm-50mm，壁板长度方向两端余量区的刻线与数字编号一一对应。
6.根据权利要求4所述的贮箱筒段超长壁板精密制造系统，其特征在于，在大型数控折弯机上，以超长壁板两端刻线作为压弯路径定位基准，对超长壁板进行逐段精密压弯成形，先用拼接好的整体模具对整段进行压弯，再用拆分后一段模具对局部变形不足区域进行二次压弯，实现变形补偿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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