铁基高温合金分流环的成型方法

摘要

本发明公开了一种铁基高温合金分流环的成型方法，将分流环等分成N份形成N个分流环单元，每个分流环单元包括圆环弧形管及分流接头；加工圆环弧形管及分流接头；将分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元；将焊接完成的分流环单元依次进行X射线探伤和去应力退火处理；将N个分流环单元对焊接形成分流环坯件；将分流环坯件依次进行X射线探伤和去应力退火处理后形成铁基高温合金分流环。由N个圆环弧形管焊接形成的分流环承压能力强，按照工作压力的1.5倍压力进行水压强度试验，无泄漏、无异常变形；且形成的分流环抗疲劳性能好成型外观质量良好，按照工作压力进行了5000次疲劳试验无异常变形和破坏。

权利要求

1.一种铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将分流环等分成N份形成N个分流环单元(10)，每个分流环单元(10)包括圆环弧形管(1)及分流接头(9)，2≤N≤6且N为自然数；设定D为圆环弧形管(1)的内径、d为圆环弧形管(1)的外径、t为圆环弧形管(1)的壁厚、R为圆环弧形管(1)的中心半径；

2)加工圆环弧形管(1)及分流接头(9)，且圆环弧形管(1)上开有与分流接头(9)对焊接的安装孔(8)；

3)将分流接头(9)与圆环弧形管(1)焊接形成分流环单元(10)；

4)将焊接完成的分流环单元(10)依次进行X射线探伤和去应力退火处理；

5)将经过步骤4)退火处理的N个分流环单元对焊接形成分流环坯件；

6)将分流环坯件依次进行X射线探伤和去应力退火后形成铁基高温合金分流环；

所述步骤2)中，圆环弧形管加工的具体过程如下：

2 2 2 1/2

21)加工直管坯料，长度L＝2Rπ/N+A、内孔直径D1＝D/B、壁厚t1＝{[(D+2t)-D+D1] -D}/2，其中：A取值20～30mm、B取值1.1～1.5；

22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型，其中：成型模具的芯模(3)包括芯模圆柱段(3.1)、芯模校正圆弧段(3.3)及连接芯模圆柱段(3.1)和芯模校正圆弧段(3.3)的芯模过渡段(3.2)，芯模圆柱段(3.1)直径d1小于直管坯料(2)内孔直径D1，芯模校正圆弧段(3.3)直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料(2)内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段(3.3)的中心半径为R，芯模过渡段(3.2)直径从d1连续递增至d2；

直管坯料(2)套置在芯模(3)的芯模圆柱段(3.1)上，将芯模固定在成型模具中，推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，且采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法形成圆环弧形管坯料；

23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理；

24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形得到所需的圆环弧形管。

2.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤22)中，芯模圆柱段(3.1)直径d1比直管坯料(2)内孔直径D1小0.1～0.2mm；芯模校正圆弧段(3.3)长度L1＝20～30mm，芯模过渡段(3.2)圆心角β为35°～45°；且直管坯料(2)形成圆环弧形管坯料的形成速度为20～60mm/min。

3.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤23)中，消除应力热处理的具体过程为：将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为980～1020℃、保温时间为30～50min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温。

4.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，圆环弧形管(1)上安装孔(8)的直径D2＝(0.6～0.8)×d，且圆环弧形管(1)两端对接焊端面留有3～5mm的精加工余量，圆环弧形管(1)的壁厚t误差小于0.1mm、平面度误差小于

0.3mm。

5.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，分流接头(9)上与圆环弧形管(1)焊接部位为鞍形对接面(11)，鞍行对接面(11)直径d1小于圆环弧形管(1)安装孔(8)直径D形成间隙配合，且配合间隙小于0.2mm。

6.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤3)和所述步骤5)中，对焊接时均采用手工氩气保护焊接，且均采用焊前预热、控制对焊接时的热输入量及焊后缓冷的措施。

7.根据权利要求6所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述焊前预热的温度为260～300℃，对焊接时焊接电流40～60A、焊接电压10～12V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

8.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤4)中，分流接头(9)与圆环弧形管(1)焊接形成分流环单元(10)后2～4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后2～4小时内进行去应力退火处理；所述步骤6)中，N个分流环单元对焊接形成分流环坯件后2～4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后2～4小时内进行去应力退火；所述步骤4)和所述步骤6)中，均采用真空炉进行去应力退火，加热温度为780～800℃、保温时间为60～90min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

9.根据权利要求1所述的铁基高温合金分流环的成型方法，其特征在于：所述步骤5)中，N个分流环单元(10)对焊接之前对每个分流环单元对焊接端面加工，保证垂直度误差小于0.1mm、表面粗糙度Ra值不大于6.3μm。

说明书

铁基高温合金分流环的成型方法

技术领域

[0001] 本发明属于固体火箭姿控动力系统高温压高燃气分流环的加工领域，具体涉及一种铁基高温合金分流环的成型方法。

背景技术

[0002] 随着航天防务技术的快速发展，飞行器系统的长期贮存性、免维护性、快速响应性、安全无毒性等要求越来越高。液体姿控动力系统推进剂有毒、使用前加注、贮存期短等制约了装备系统的使用性能，若采用固体姿控替代液体姿控，将大大提升装备系统的使用性能。另外，液体姿控动力系统结构复杂，价格昂贵，采用固体姿控替代液体姿控也是降低成本的方向之一。固体姿控动力系统为飞行器提供俯仰、偏航、滚转、速修姿控动力。固体姿控动力系统采用固体燃气发生剂为工质源，通过固体燃气发生剂燃烧产生高温燃气，高温燃气通过推力器(电磁阀与喷管的组合体)产生姿控动力。

[0003] 固体姿控动力系统由固体燃气发生器、单向阀、高温高压气瓶、减压阀、分流环、推力器、安全阀、管路、连接密封结构等组成。分流环主体结构是一个薄壁不大于3mm的空心圆环，圆环弧形管是构成分流环空心圆环的零件。分流环在工作时要承受900℃以上的高温，5MPa以上的高压，连续工作时间大于360S，使用寿命要求大于2000次。空心圆环上有一个燃气进气接头和多个燃气出气接头。为了使分流环保持高温强度和持久的耐疲劳性能，采用高温强度特别高的GH1131铁基高温合金，在900℃的高温抗拉强度可达260MPa。

[0004] 目前钛合金等具有超塑性的薄壁空心圆环传统的加工方法是采用两个半圆环超塑成型和扩散连接方法。但是，铁基高温合金没有超塑性，而且，连接(或焊接)面是承受应力最大的部位，抗疲劳性差。

[0005] 另外，空心圆环传统的加工方法还可以采用空心直管弯形后对接焊。但是，对于小直径薄壁的铁基高温合金空心直管，传统的穿管技术无法实现；而且，传统的直管弯形后存在外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是针对上述不足，提供一种承载能力强、抗疲劳性能好及可靠性高的铁基高温合金分流环的成型方法，克服了铁基高温合金采用传统半环对接焊抗疲劳性差、无法采用传统穿管技术加工内孔及传统的直管弯形后外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点，解决了固体姿控动力系统分流环的加工难题。

[0007] 为实现上述目的，本发明所涉及的铁基高温合金分流环的成型方法，包括如下步骤：

[0008] 1)将分流环等分成N份形成N个分流环单元，每个分流环单元包括圆环弧形管及分流接头，2≤N≤6且N为自然数；设定D为圆环弧形管的内径、d为圆环弧形管的外径、t为圆环弧形管的壁厚、R为圆环弧形管的中心半径；

[0009] 2)加工圆环弧形管及分流接头，且圆环弧形管上开有与分流接头对焊接的安装孔；

[0010] 3)将分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元；

[0011] 4)将焊接完成的分流环单元依次进行X射线探伤和去应力退火处理；

[0012] 5)将经过步骤4)退火处理的N个分流环单元对焊接形成分流环坯件；

[0013] 6)将分流环坯件依次进行X射线探伤和去应力退火处理后形成铁基高温合金分流环。

[0014] 进一步地，所述步骤2)中，圆环弧形管加工的具体过程如下：

[0015] 21)加工直管坯料，长度L＝2Rπ/N+A、内孔直径D1＝D/B、壁厚t1＝{[(D+2t)2-D2+D12]1/2-D}/2，其中：A取值20～30mm、B取值1.1～1.5；

[0016] 22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型，其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，芯模圆柱段直径d1小于直管坯料内孔直径D1，芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段的中心半径为R，芯模过渡段直径从d1连续递增至d2；

[0017] 直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，将芯模固定在成型模具中，推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，且采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法形成圆环弧形管坯料；

[0018] 23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理；

[0019] 24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形得到所需的圆环弧形管。

[0020] 进一步地，所述步骤22)中，芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1～0.2mm；芯模校正圆弧段长度L1＝20～30mm，芯模过渡段圆心角β为35°～45°；且直管坯料形成圆环弧形管坯料的形成速度为20～60mm/min。

[0021] 进一步地，所述步骤23)中，消除应力热处理的具体过程为：将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为980～1020℃、保温时间为30～50min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温。

[0022] 进一步地，所述步骤2)中，圆环弧形管上安装孔的直径D2＝(0.6～0.8)×d，且圆环弧形管两端对接焊端面留有3～5mm的精加工余量，圆环弧形管的壁厚t误差小于0.1mm、平面度误差小于0.3mm。

[0023] 进一步地，所述步骤2)中，分流接头上与圆环弧形管焊接部位为鞍形对接面，以增加焊接面积，提高焊接强度和焊接质量，鞍行对接面直径d1小于圆环弧形管安装孔直径D形成间隙配合，且配合间隙小于0.2mm。

[0024] 进一步地，所述步骤3)和所述步骤5)中，对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时的热输入量及焊后缓冷的措施。

[0025] 进一步地，所述焊前预热的温度为260～300℃，对焊接时焊接电流40～60A、焊接电压10～12V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0026] 进一步地，所述步骤4)中，分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元后2～4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后2～4小时内进行去应力退火处理；所述步骤6)中，N个分流环单元对焊接形成分流环坯件后2～4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后2～4小时内进行去应力退火处理；所述步骤4)和所述步骤6)中，均采用真空炉进行去应力退火，加热温度为780～800℃、保温时间为60～90min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0027] 进一步地，所述步骤5)中，N个分流环单元对焊接之前对每个分流环单元对焊接端面加工，保证垂直度误差小于0.1mm、表面粗糙度Ra值不大于6.3μm。

[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0029] 1、采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，成型外观质量良好，无开裂、起皱、划伤等问题，圆环弧形管零件壁厚成型均匀，克服了铁基高温合金采用传统半环对接焊抗疲劳性差、无法采用传统穿管技术加工内孔及传统的直管弯形后外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点；

[0030] 2、由N个圆环弧形管焊接形成的分流环承压能力强，按照工作压力的1.5倍压力进行水压强度试验，无泄漏、无异常变形；

[0031] 3、由N个圆环弧形管焊接形成的分流环抗疲劳性能好成型外观质量良好，按照工作压力进行了5000次疲劳试验无异常变形和破坏；

[0032] 4、本发明成型方法不仅适用于固体姿控动力系统分流环空心圆环零件的加工，也适用于其他类似产品的加工。

附图说明

[0033] 图1为本发明实施例中圆环弧形管示意图；

[0034] 图2为本发明实施例中分流接头示意图；

[0035] 图3为本发明实施例中直管坯料示意图；

[0036] 图4为本发明实施例中芯模结构示意图；

[0037] 图5为本发明实施例中圆环弧形管成型过程示意图；

[0038] 图6为本发明实施例中分流环单元结构示意图；

[0039] 图7为本发明实施例中分流环结构示意图。

[0040] 其中：圆环弧形管1、直管坯料2、芯模3(其中：芯模圆柱段3.1、芯模过渡段3.2、芯模校正圆弧段3.3)、锁紧销4、推板5、基座6、液压缸7、安装孔8、分流接头9、分流环单元10、鞍形对接面11。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

[0042] 实施例1

[0043] 针对某型号固体发动机姿控系统铁基高温合金分流环，分流环中心半径R为205mm、内径D＝40mm、壁厚t＝1.5mm、外径d＝43mm；其铁基高温合金分流环的成型方法包括如下步骤：

[0044] 1)将铁基高温合金分流环等分成四份形成四个分流环单元10，每个分流环单元包括圆环弧形管1及分流接头9，即圆环弧形管中心半径R为205mm、内径D＝40mm、壁厚t＝1.5mm、外径d＝43mm，如图1所示。

[0045] 2)加工圆环弧形管1及分流接头9，圆环弧形管1上开有与分流接头9对焊接的安装孔8，该安装孔8的直径D2＝0.6×d；且圆环弧形管两端对接焊端面留有3mm的精加工余量，圆环弧形管的壁厚t误差小于0.1mm、平面度误差小于0.3mm。

[0046] 圆环弧形管加工的具体过程如下：

[0047] 21)加工直管坯料2，直管坯料2采用圆棒加工，如图3所示，长度L＝2Rπ/4+20mm＝342mm、内孔直径D1＝D/1.25＝32mm、壁厚t1＝{[(D+2t)2-D2+D12]1/2-D}/2＝1.83mm(根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。

[0048] 22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模3包括芯模圆柱段3.1、芯模校正圆弧段3.3及连接芯模圆柱段3.1和芯模校正圆弧段3.3的芯模过渡段3.2，本实施例中芯模3采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。如图4所示，芯模圆柱段3.1直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段3.3直径d2＝D+Δ＝0.02mm，芯模校正圆弧段3.3长度L1＝20mm，且芯模校正圆弧段3.3的中心半径为R；芯模过渡段3.2直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段3.2圆心角β为35°。

[0049] 为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。

[0050] 同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，结合图5所示，芯模圆柱段3.1的一端穿过成型模具推板5的前端通过锁紧销4固定在成型模具的基座6上，从而将芯模3固定在成型模具中，推板5后端连接液压缸7，且推板5的行程L2大于直管坯料2长度L。液压缸7的活塞推动推板5，推板5推动直管坯料2使直管坯料2滑出芯模圆柱段3.1，松开锁紧销4，卸下芯模3，在芯模圆柱段3.1套上下一个直管坯料2，安装芯模3，拧紧锁紧销4，进行下一个直管坯料2成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段3.2和芯模校正圆弧段3.3滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为30mm/min。

[0051] 23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为980℃、保温时间为30min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；

[0052] 24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：

[0053] 将经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为780℃、保温时间为40min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为780℃、保温时间为40min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。

[0054] 另外，分流接头上与圆环弧形管焊接部位为鞍形对接面11，如图2所示，以增加焊接面积，提高焊接强度和焊接质量，鞍行对接面11直径d1小于圆环弧形管安装孔直径D形成间隙配合，且配合间隙小于0.2mm。

[0055] 3)将分流接头9与圆环弧形管1焊接形成分流环单元10，如图6所示，对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时小的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为260℃，对焊接时焊接电流40A、焊接电压10V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0056] 4)将焊接完成的分流环单元10在4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后4小时内进行去应力退火处理；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为780℃、保温时间为60min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0057] 5)将经过步骤4)退火处理的四个分流环单元分别进行对焊接端面加工，保证垂直度误差小于0.1mm、表面粗糙度Ra值不大于6.3μm，然后对焊接形成分流环坯件；对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为260℃，对焊接时焊接电流40A、焊接电压10V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0058] 6)将分流环坯件在4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后4小时内进行去应力退火处理形成铁基高温合金分流环，如图7所示；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为780℃、保温时间为60min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0059] 7)将步骤6)中得到的铁基高温合金分流环按照工作压力的1.5倍压力进行水压强度试验，观察外观是否无泄漏、无异常变形；若合格则将铁基高温合金分流环按照工作压力放入水中进行气密试验，观察外观是否无泄漏气泡。

[0060] 实施例2

[0061] 针对某型号固体发动机姿控系统铁基高温合金分流环，分流环中心半径R为205mm、内径D＝40mm、壁厚t＝1.5mm、外径d＝43mm；其铁基高温合金分流环的成型方法包括如下步骤：

[0062] 1)将铁基高温合金分流环等分成三份形成三个分流环单元，每个分流环单元包括圆环弧形管及分流接头，即圆环弧形管中心半径R为205mm、内径D＝40mm、壁厚t＝1.5mm、外径d＝43mm。

[0063] 2)加工圆环弧形管及分流接头，圆环弧形管上开有与分流接头对焊接的安装孔，该安装孔的直径D2＝0.8×d；且圆环弧形管两端对接焊端面留有5mm的精加工余量，圆环弧形管的壁厚t误差小于0.1mm、平面度误差小于0.3mm。

[0064] 圆环弧形管加工的具体过程如下：

[0065] 21)加工直管坯料，直管坯料采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/4+20mm＝449mm、内孔直径D1＝D/1.25＝32mm、壁厚t1＝{[(D+2t)2-D2+D12]1/2-D}/2＝1.83mm(根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。

[0066] 22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，本实施例中芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ＝0.02mm，芯模校正圆弧段长度L1＝20mm，且芯模校正圆弧段的中心半径为R；芯模过渡段直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段圆心角β为35°。

[0067] 为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。

[0068] 同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，芯模圆柱段的一端穿过成型模具推板的前端通过锁紧销固定在成型模具的基座上，从而将芯模固定在成型模具中，推板后端连接液压缸，且推板的行程L2大于直管坯料长度L。液压缸的活塞推动推板，推板推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，松开锁紧销，卸下芯模，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为60mm/min。

[0069] 23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为1000℃、保温时间为45min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；

[0070] 24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：

[0071] 将经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为790℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为790℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。

[0072] 另外，分流接头上与圆环弧形管焊接部位为鞍形对接面，以增加焊接面积，提高焊接强度和焊接质量，鞍行对接面直径d1小于圆环弧形管安装孔直径D形成间隙配合，且配合间隙小于0.2mm。

[0073] 3)将分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元：对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时小的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为300℃，对焊接时焊接电流60A、焊接电压12V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0074] 4)将焊接完成的分流环单元在4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后4小时内进行去应力退火处理；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为800℃、保温时间为90min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0075] 5)将经过步骤4)退火处理的四个分流环单元分别进行对焊接端面加工，保证垂直度误差小于0.1mm、表面粗糙度Ra值不大于6.3μm，然后对焊接形成分流环坯件；对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为300℃，对焊接时焊接电流60A、焊接电压12V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0076] 6)将分流环坯件在4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后4小时内进行去应力退火处理形成铁基高温合金分流环；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为800℃、保温时间为90min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0077] 7)将步骤6)中得到的铁基高温合金分流环按照工作压力的1.5倍压力进行水压强度试验，观察外观是否无泄漏、无异常变形；若合格则将铁基高温合金分流环按照工作压力放入水中进行气密试验，观察外观是否无泄漏气泡。

[0078] 实施例3

[0079] 针对某型号固体发动机姿控系统铁基高温合金分流环，分流环中心半径R为220mm、内径D＝54mm、壁厚t＝3mm、外径d＝60mm；其铁基高温合金分流环的成型方法包括如下步骤：

[0080] 1)将铁基高温合金分流环等分成四份形成四个分流环单元，每个分流环单元包括圆环弧形管及分流接头，即圆环弧形管中心半径R为220mm、内径D＝54mm、壁厚t＝3mm、外径d＝60mm。

[0081] 2)加工圆环弧形管及分流接头，圆环弧形管上开有与分流接头对焊接的安装孔，该安装孔的直径D2＝0.7×d；且圆环弧形管两端对接焊端面留有4mm的精加工余量，圆环弧形管的壁厚t误差小于0.1mm、平面度误差小于0.3mm。

[0082] 圆环弧形管加工的具体过程如下：

[0083] 21)加工直管坯料，直管坯料采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/4+30mm＝376mm、内孔直径D1＝D/1.25＝42mm、壁厚t1＝{[(D+2t)2-D2+D12]1/2-D}/2＝3.74mm(根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。

[0084] 22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，本实施例中芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ＝0.03mm，芯模校正圆弧段长度L1＝30mm，且芯模校正圆弧段的中心半径为R；芯模过渡段直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段圆心角β为45°。

[0085] 为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。

[0086] 同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，芯模圆柱段的一端穿过成型模具推板的前端通过锁紧销固定在成型模具的基座上，从而将芯模固定在成型模具中，推板后端连接液压缸，且推板的行程L2大于直管坯料长度L。液压缸的活塞推动推板，推板推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，松开锁紧销，卸下芯模，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为30mm/min。

[0087] 23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为1020℃、保温时间为50min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；

[0088] 24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：

[0089] 将经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为800℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为800℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。

[0090] 另外，分流接头上与圆环弧形管焊接部位为鞍形对接面，以增加焊接面积，提高焊接强度和焊接质量，鞍行对接面直径d1小于圆环弧形管安装孔直径D形成间隙配合，且配合间隙小于0.2mm。

[0091] 3)将分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元：对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时小的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为260℃，对焊接时焊接电流40A、焊接电压12V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0092] 4)将焊接完成的分流环单元在2小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后2小时内进行去应力退火处理；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为780℃、保温时间为80min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0093] 5)将经过步骤4)退火处理的四个分流环单元分别进行对焊接端面加工，保证垂直度误差小于0.1mm、表面粗糙度Ra值不大于6.3μm，然后对焊接形成分流环坯件；对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为260℃，对焊接时焊接电流40A、焊接电压12V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0094] 6)将分流环坯件在4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后4小时内进行去应力退火处理形成铁基高温合金分流环；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为780℃、保温时间为80min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0095] 7)将步骤6)中得到的铁基高温合金分流环按照工作压力的1.5倍压力进行水压强度试验，观察外观是否无泄漏、无异常变形；若合格则将铁基高温合金分流环按照工作压力放入水中进行气密试验，观察外观是否无泄漏气泡。

[0096] 实施例4

[0097] 针对某型号固体发动机姿控系统铁基高温合金分流环，分流环中心半径R为220mm、内径D＝54mm、壁厚t＝3mm、外径d＝60mm；其铁基高温合金分流环的成型方法包括如下步骤：

[0098] 1)将铁基高温合金分流环等分成六份形成六个分流环单元，每个分流环单元包括圆环弧形管及分流接头，即圆环弧形管中心半径R为220mm、内径D＝54mm、壁厚t＝3mm、外径d＝60mm。

[0099] 2)加工圆环弧形管及分流接头，圆环弧形管上开有与分流接头对焊接的安装孔，该安装孔的直径D2＝0.8×d；且圆环弧形管两端对接焊端面留有4mm的精加工余量，圆环弧形管的壁厚t误差小于0.1mm、平面度误差小于0.3mm。

[0100] 圆环弧形管加工的具体过程如下：

[0101] 21)加工直管坯料，直管坯料采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/4+30mm＝260mm、内孔直径D1＝D/1.25＝42mm、壁厚t1＝{[(D+2t)2-D2+D12]1/2-D}/2＝3.74mm(根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。

[0102] 22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，本实施例中芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ＝0.03mm，芯模校正圆弧段长度L1＝30mm，且芯模校正圆弧段的中心半径为R；芯模过渡段直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段圆心角β为40°。

[0103] 为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。

[0104] 同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，芯模圆柱段的一端穿过成型模具推板的前端通过锁紧销固定在成型模具的基座上，从而将芯模固定在成型模具中，推板后端连接液压缸，且推板的行程L2大于直管坯料长度L。液压缸的活塞推动推板，推板推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，松开锁紧销，卸下芯模，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为20mm/min。

[0105] 23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为1020℃、保温时间为40min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；

[0106] 24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：

[0107] 将经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为800℃、保温时间为50min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为800℃、保温时间为50min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。

[0108] 另外，分流接头上与圆环弧形管焊接部位为鞍形对接面，以增加焊接面积，提高焊接强度和焊接质量，鞍行对接面直径d1小于圆环弧形管安装孔直径D形成间隙配合，且配合间隙小于0.2mm。

[0109] 3)将分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元：对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时小的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为280℃，对焊接时焊接电流60A、焊接电压10V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0110] 4)将焊接完成的分流环单元在3小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后3小时内进行去应力退火处理；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为790℃、保温时间为90min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0111] 5)将经过步骤4)退火处理的四个分流环单元分别进行对焊接端面加工，保证垂直度误差小于0.1mm、表面粗糙度Ra值不大于6.3μm，然后对焊接形成分流环坯件；对焊接时均采用手工氩气保护焊接，为了避免铁基高温合金焊接产生冷裂纹和热裂纹，且均采用焊前预热、控制对焊接时的热输入量及焊后缓冷的措施；具体措施为：焊前预热的温度为280℃，对焊接时焊接电流60A、焊接电压10V，焊后采用石棉手套或石棉布带包裹焊接部位缓冷。

[0112] 6)将分流环坯件在4小时内进行X射线探伤，X射线探伤合格后4小时内进行去应力退火处理形成铁基高温合金分流环；去应力退火处理的具体过程为：采用真空炉进行去应力退火，加热温度为790℃、保温时间为90min、冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。

[0113] 7)将步骤6)中得到的铁基高温合金分流环按照工作压力的1.5倍压力进行水压强度试验，观察外观是否无泄漏、无异常变形；若合格则将铁基高温合金分流环按照工作压力放入水中进行气密试验，观察外观是否无泄漏气泡。