1. 引言

商業(yè)航天火箭燃料貯箱需滿足可重復(fù)使用（≥50次循環(huán)）、高推重比（殼體質(zhì)量占比<15%）與低溫相容性（-253℃液氫工況）的嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)鋁合金焊接拼裝工藝存在焊縫弱區(qū)與尺寸離散問題，而鋁管旋壓成型通過整體塑性成形可實現(xiàn)壁厚均勻性（CV≤3%）與亞毫米級幾何精度，成為新一代貯箱制造的優(yōu)選方案。

2. 旋壓成型精度控制關(guān)鍵技術(shù)

2.1 材料-工藝匹配設(shè)計

• 鋁合金選型：采用Al-2195-T8（屈服強度≥450 MPa，延伸率12%），平衡低溫韌性（KIC≥30 MPa·m^0.5）與旋壓成形性；

• 熱力耦合路徑：設(shè)計“冷旋預(yù)成形（20℃）+中溫精旋（280℃）”兩階段工藝（圖1），抑制動態(tài)再結(jié)晶導(dǎo)致的晶粒粗化（平均晶粒尺寸≤15 μm）。

2.2 多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化

• 旋輪軌跡規(guī)劃：基于NURBS曲線插值算法生成非對稱旋輪路徑，補償材料回彈（補償量0.05-0.12 mm）；

• 進(jìn)給比控制：主軸轉(zhuǎn)速（150-300 rpm）與旋輪徑向進(jìn)給速度（0.8-1.2 mm/s）動態(tài)匹配，避免局部減薄率超限（Δthickness<5%）；

• 溫度場調(diào)控：紅外加熱模塊分區(qū)控溫（軸向梯度±10℃/m），降低周向殘余應(yīng)力（<50 MPa）。

2.3 在線檢測與補償

• 激光掃描系統(tǒng)：集成LVDT傳感器（精度±0.005 mm）實時監(jiān)測壁厚與圓度，數(shù)據(jù)采樣率1 kHz；

• 自適應(yīng)反饋：通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測回彈量，驅(qū)動伺服電機調(diào)整旋輪姿態(tài)角（調(diào)節(jié)范圍±0.5°），實現(xiàn)閉環(huán)精度控制（圖2）。

3. 工程驗證與性能分析

3.1 成型質(zhì)量評估

• 幾何精度：三坐標(biāo)測量機（CMM）檢測顯示，旋壓殼體母線直線度誤差0.06 mm/m，橢圓度0.09 mm（目標(biāo)值≤0.1 mm）；

• 力學(xué)性能：旋壓后材料軸向抗拉強度達(dá)510 MPa，較母材提升8%，周向強度各向異性比≤1.05。

3.2 焊接適配性測試

• 環(huán)焊匹配度：采用FSW（摩擦攪拌焊）對接旋壓殼體，焊縫區(qū)錯邊量≤0.07 mm，滿足無填充焊接要求；

• 低溫疲勞壽命：液氮浸泡（-196℃）后液壓循環(huán)測試（0-4 MPa），殼體經(jīng)2000次循環(huán)無泄漏，遠(yuǎn)超商用火箭50次復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。

4. 技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)勢

• 材料利用率：旋壓成材率≥85%，較傳統(tǒng)切削加工提升40%；

• 生產(chǎn)節(jié)拍：單件旋壓周期縮短至45分鐘（原工藝120分鐘），適合小批量快響應(yīng)需求；

• 成本控制：綜合制造成本降低32%（能耗節(jié)約+廢料減少），支撐商業(yè)航天低價競爭策略。

5. 挑戰(zhàn)與展望

當(dāng)前技術(shù)瓶頸包括：① 超大直徑（Φ5 m級）薄壁件旋壓的顫振抑制；② 多次熱循環(huán)后材料性能退化預(yù)測。未來研究方向包括：

• 數(shù)字孿生集成：構(gòu)建旋壓過程“物理-虛擬”雙胞胎系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝參數(shù)自優(yōu)化；

• 超精加工復(fù)合：開發(fā)旋壓-電解拋光一體化裝備，表面粗糙度Ra≤0.4 μm。