1. 引言

商業航天火箭燃料貯箱需滿足可重復使用（≥50次循環）、高推重比（殼體質量占比<15%）與低溫相容性（-253℃液氫工況）的嚴苛要求。傳統鋁合金焊接拼裝工藝存在焊縫弱區與尺寸離散問題，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選方案。

2. 旋壓成型精度控制關鍵技術

2.1 材料-工藝匹配設計

• 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：設計“冷旋預成形（20℃）+中溫精旋（280℃）”兩階段工藝（圖1），抑制動態再結晶導致的晶粒粗化（平均晶粒尺寸≤15 μm）。

2.2 多參數協同優化

• 旋輪軌跡規劃：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）；

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

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

2.3 在線檢測與補償

• 激光掃描系統：集成LVDT傳感器（精度±0.005 mm）實時監測壁厚與圓度，數據采樣率1 kHz；

• 自適應反饋：通過BP神經網絡預測回彈量，驅動伺服電機調整旋輪姿態角（調節范圍±0.5°），實現閉環精度控制（圖2）。

3. 工程驗證與性能分析

3.1 成型質量評估

• 幾何精度：三坐標測量機（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（目標值≤0.1 mm）；

• 力學性能：旋壓后材料軸向抗拉強度達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

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

• 低溫疲勞壽命：液氮浸泡（-196℃）后液壓循環測試（0-4 MPa），殼體經2000次循環無泄漏，遠超商用火箭50次復用標準。

4. 技術經濟性優勢

• 材料利用率：旋壓成材率≥85%，較傳統切削加工提升40%；

• 生產節拍：單件旋壓周期縮短至45分鐘（原工藝120分鐘），適合小批量快響應需求；

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

5. 挑戰與展望

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

• 數字孿生集成：構建旋壓過程“物理-虛擬”雙胞胎系統，實現工藝參數自優化；

• 超精加工復合：開發旋壓-電解拋光一體化裝備，表面粗糙度Ra≤0.4 μm。