一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法与流程

本发明涉及航天大型金属结构件液态模锻成形，尤其涉及一种基于实时凝固状态反馈、结合脉冲振荡压力与动态热管理的运载火箭铝合金贮箱箱底液态模锻成形方法。

背景技术：

1、运载火箭贮箱箱底通常为铝合金大型双曲率椭球或瓜瓣构件，采用液态模锻整体成形可获得近净形和高力学性能的制件。但由于箱底极顶、法兰过渡区及r角部位为厚大热节，凝固远晚于薄壁区，在常规液态模锻中易出现局部缩松和补缩不足。

2、现有工艺多采用开环时序控制，即预设固定的延时和加压曲线。然而，由于铝合金浇注温度的波动、模具预热状态的差异以及环境温度的变化，预设时间往往与实际凝固状态脱节：若加压过早，金属液飞溅导致卷气；若加压过晚，热节处已形成枝晶骨架阻断补缩通道。

3、此外，传统恒压加压方式在高压阶段压力平稳，难以打破已形成的枝晶搭接网络，对于厚大热节内部的微小缩松（显微缩松）消除效果不佳。同时，模具冷却系统通常是恒定功率运行，无法配合加压节奏主动引导凝固方向，导致补缩距离过长。

4、现有技术中虽有公开多点加压液态模锻方法，但其未按大型双曲率箱底各区域非同步凝固特性匹配分段升压时机，也未给出主冲头分段复合加压叠加热节局部二次增压激活时机的协同控制方案，应用于运载火箭箱底结构件时仍存在缩松率高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，以解决上述技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

3、一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，包括以下步骤：

4、s1、将铝合金熔体浇入预热模具，所述模具集成有温度传感器阵列及分区可控的冷却水路系统；

5、s2、主冲头低压慢速合模施予预紧压力，使金属液充型；

6、s3、通过所述温度传感器阵列采集数据，计算型腔内金属液的平均固相率fs1，当fs1达到0.05～0.30时，主冲头升压至中段初压力并进行初压补缩；

7、s4、主冲头升压至比压80～120 mpa进行持压凝固，在该持压过程中，叠加频率为1～10 hz、振幅为比压值5%～15%的脉冲振荡压力；

8、s5、当监测到所述贮箱箱底的极顶区域及/或法兰过渡区域的固相率fs2达到0.10～0.40时，启动对应位置的辅助挤压销施加局部二次增压；

9、s6、在保压期间，根据所述极顶区域及/或法兰过渡区域的降温速率动态调整分区冷却系统的水流量，使热节区域的凝固速率与加压速率相匹配；

10、s7、卸压开模取出制件。

11、可选地，步骤s3中通过预埋在模具型腔壁内的热电偶采集数据，并通过上位机基于scheil-gulliver模型实时反算固相率；当检测到fs1≥0.10且fs1≤0.25时，触发主冲头升压信号。

12、可选地，步骤s4中所述脉冲振荡压力由伺服液压阀控制的脉动发生器产生，波形为正弦波或方波，用于在糊状区产生剪切应力以破碎枝晶骨架。

13、可选地，步骤s5中所述局部二次增压采用分级加载模式，即先以斜坡式升压至目标压力的50%，保压1～3秒后再升至全压，以防止热节处金属液因冲击产生紊流。

14、可选地，若所述极顶区域与法兰过渡区域的凝固不同步，则分别独立控制对应位置的辅助挤压销的激活时机和增压压力。

15、可选地，步骤s6中所述动态调整分区冷却具体为：若所述极顶区域及/或法兰过渡区域的降温速率低于0.5℃/s，则增大对应区域冷却水流量或开启局部液氮冷却；若降温速率高于2℃/s，则减小冷却水流量，以维持补缩通道的开放时间。

16、可选地，所述辅助挤压销内置位移传感器，步骤s5中通过监测挤压销的压下位移量来判断补缩效果，当压下位移量小于预设阈值时，自动延长局部增压的保压时间。

17、采用上述技术方案，本发明可以达到以下有益效果：

18、首先，本发明利用固相率替代传统时间作为触发信号，消除了环境温差和材质波动带来的误差，确保加压时刻始终处于金属液半固态强度最佳区间，既不易卷气也不易断流。

19、其次，本发明通过高频脉冲振荡在糊状区产生周期性剪切应力，有效打断正在生长的枝晶臂，防止形成封闭式的微观缩松，显著提高致密度。

20、而且，本发明通过动态调节冷却水，主动控制热节凝固速度，使最后凝固点始终位于辅助挤压销正下方，缩短了补缩距离，降低了压力损耗。解决了大尺寸变壁厚箱底各区域凝固不同步的难题，可大幅提升一级品率。

1.一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于：步骤s3中通过预埋在模具型腔壁内的热电偶采集数据，并通过上位机基于scheil-gulliver模型实时反算固相率；当检测到fs1≥0.10且fs1≤0.25时，触发主冲头升压信号。

3.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于：步骤s4中所述脉冲振荡压力由伺服液压阀控制的脉动发生器产生，波形为正弦波或方波，用于在糊状区产生剪切应力以破碎枝晶骨架。

4.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于：步骤s5中所述局部二次增压采用分级加载模式，即先以斜坡式升压至目标压力的50%，保压1～3秒后再升至全压，以防止热节处金属液因冲击产生紊流。

5.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于：若所述极顶区域与法兰过渡区域的凝固不同步，则分别独立控制对应位置的辅助挤压销的激活时机和增压压力。

6.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于：步骤s6中所述动态调整分区冷却具体为：若所述极顶区域及/或法兰过渡区域的降温速率低于0.5℃/s，则增大对应区域冷却水流量或开启局部液氮冷却；若降温速率高于2℃/s，则减小冷却水流量，以维持补缩通道的开放时间。

7.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱箱底液态模锻成形的固相率反馈式脉冲加压方法，其特征在于：所述辅助挤压销内置位移传感器，步骤s5中通过监测挤压销的压下位移量来判断补缩效果，当压下位移量小于预设阈值时，自动延长局部增压的保压时间。