大直径立式全电伺服对轮旋压设备设计及有限元分析

李 帆，赵升吨，李帅鹏，朱成成，张 鹏，蒋 红

(西安交通大学 机械工程学院，西安 710049)

0 前言

大直径薄壁筒体常作为重型火箭芯级箭体、燃料贮箱以及推进器发动机壳体等关键结构件或承力件用于航空航天领域[1-3]。随着重型火箭技术的突飞猛进，该类零部件的需求日益增多。这些大直径薄壁筒体具有相当大的加工难度，故解决制造过程中的困难、开发专用加工设备，具有显著的重要性和紧迫性。典型液体运载火箭的薄壁筒体直径尺寸均较大，其中欧洲阿丽亚娜火箭芯级直径5.4 m，中国长征五号火箭芯级直径5 m、长征九号火箭芯级直径10 m[4,5]。

对轮强力旋压是目前最适用于超大直径薄壁筒体高质量加工的先进成形工艺[6]。随着机电液一体化技术的推进和相关强力旋压产品的需求增大，国外各工业强国的对轮强力旋压设备已经取得了长足的进步并形成了完整的体系。美国Ladish Forge公司与1966年研发了一种卧式对轮强力旋压设备，为美国军方及NASA提供了多种规格的大型高质量薄壁筒体[7,8]。该设备拥有两对旋轮，左右旋轮对分别安置于独立的悬臂之上。该设备的加工能力强，可将厚19 mm、直径812.8 mm直径的短管，旋压为壁厚5.2 mm的长管。德国MT Aerospace公司于1986年研发了高性能的立式数控四对轮强力旋压机，该设备为欧洲航天局供应运载火箭相关产品[9-11]。该设备采用正交对称的旋轮分布方式，旋轮的径向位置由销钉、锲块组成两级移动装置。该设备最大加工直径3.2m，可加工坯料最大壁厚80 mm,最大径向力1 600 kN,最大轴向力900 kN，设备总功率1 600 kW。……