“十二五”期间，上海航天设备制造总厂有限公司在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（以下简称“04专项”）的支持下，承担了“航天大型复杂薄壁构件充液拉深装备与工艺研究”》课题(编号：2013ZX04001-141)。该课题以航天运载火箭燃料贮箱箱底的整体充液拉深成形为研究对象，开展了超大吨位充液拉深装备的研制和箱底充液拉深成形工艺的研究，研制出了国产专用超大吨位板材数控成形装备,实现了运载火箭贮箱箱底类航天大型薄壁构件的整体成形。该课题于2013年立项,历时4年,2017年底通过验收。

充液拉深成形装备

充液控制系统

直径3350mm贮箱箱底

课题完成情况

基于我国航天产业大发展对以贮箱箱底和整流罩为代表的航天大型薄壁复杂构件高效率、高可靠制造的需求，开展了大型整体薄壁构件充液拉深装备和成形工艺的研究，研究内容包括：超大吨位双动柔性液压拉深主机的研制、大型充液拉深装置的研制以及大型复杂薄壁件充液拉深工艺的研究及工程应用。

通过课题建设，构建了国内首创、5m³大容积流体高压成形系统，突破了充液拉深成形装备的核心技术，作为充液拉深成形装备的重要组成部分，为15000×10kN充液拉深成形装备提供了高压工作介质，液室压力可达100MPa。成形零件直径≥3350mm，零件拉深高度≥869mm，成形板材厚度范围1～8mm。

通过开展充液拉深成形工艺与模具的研制，突破了典型充液拉深成形件的工艺和模具关键技术，自主研制出了满足生产要求的充液拉深成形模具，并采用整体充液拉深成形方法，解决了超薄零件成形起皱控制的关键技术难题，实现了大尺寸超薄板材零件的冲压成形，板材厚径比仅为0.0019。从而课题研究成果替代了现有的箱底拼焊成形方式，实现了箱底零件的产品化设计和加工，极大地提高了成形效率，消除了焊缝超过10m，减少成形工序超过20道次，真正实现了超大薄壁零件的高效、高质量整体成形。

利用课题研制开发的装备和工艺，建立起了超大薄壁构件整体成形示范线，不仅在国内具备了批量试制典型火箭贮箱箱底验证件以及加工大型复杂薄壁构件的能力，提高了该类产品的可靠性、一致性，缩短了生产周期，同时也为航空、交通运输及核工业等其他领域大尺寸超薄零件的加工提供了技术支撑。

通过对航天典型产品贮箱箱底整体成形装备和成形工艺的改进提升，带动了超大尺寸板材零件生产相关产业的发展，比如，在上游的铝加工产业开发超大规格高精度冷轧板材装备及工艺，在下游的加工行业开发超薄构件机械减薄技术和装备、超大尺寸薄壁构件的热处理技术和表面工程技术等。

然而，超大尺寸板材构件加工配套产业的一些瓶颈问题，如：低成本超大尺寸模具的设计和制造、超大尺寸密封结构的设计、超大宽幅板材的轧制、超大尺寸板材的热处理控制，以及弱刚性薄壁构件的机械加工等，约束了课题成果的推广应用。

课题取得的进展

本课题的研发成果，代表了近20多年来国内板材液力成形方面里程碑意义研究成果，不仅标志着我国超大薄壁构件整体成形技术的进步，也标志着我国先进制造工艺自主创新能力的提升。在04专项的支持下，本课题自主开拓出了一条与美、俄、欧等其他航天大国完全不同的超大薄壁构件整体成形技术路线。

作为课题主要承研单位，上海航天设备制造总厂有限公司通过课题实施，集成创新成果，落实典型应用，形成了明显的示范效应，具体表现在：

1. 建立了国内最大的板材数控成形生产线，具备了超大直径板材零件下料、热处理、塑性成形和人工时效、表面处理的产品化生产能力；建成了国内首个超大板坯整体成形示范基地，具备了国内超大尺寸薄壁构件整体成形技术研发平台；形成了以板材充液拉深技术为核心，集超大尺寸板材搅拌摩擦焊连接技术、超大宽幅板材热处理强化技术和超薄零件表面处理技术为集群的整体制造能力，为航空、航天和交通运输等行业领域的复杂零件整体成形提供了技术保障或示范效应。

2. 人才培养和队伍建设推动了课题的有效实施，并为进一步研究先进技术提供了保障。在课题实施过程中，设计人员、工艺人员、技能人员和管理人员得到了锻炼，业务能力不断提升。大家精进合作，针对瓶颈技术难题，以工程应用为目标，紧紧围绕“装备的功能实现、工艺的稳定合理以及产品的可靠”这3方面的要求，统筹落实，确保了技术指标不打折扣、工程任务不拖期和产品质量不妥协，真正做到了课题组成员团结合作、无缝对接，在识别问题、解决问题、总结经验和提高能力的良性循环中，提升了团队的整体业务能力。课题共培养博士研究生2名、硕士研究生6名、工程师和高级技师20余名。其中，培养的研究生和工程师超过80%以上的人仍在开展相关科研研究，继续推进充液拉深成形工艺和装备的进步，确保了课题研究的延续性。

3. 本课题由5家单位和高校共同承担。按照04专项的管理要求，课题组建了管理办公室，制定了管理条例，对承研单位进行了任务分工并监督他们的工作进展；专门成立了联络办公室，为及时沟通课题进展情况提供了便利，确保了课题的顺利实施。

4. 通过课题的实施，上海航天设备制造总厂有限公司增强了自身在航天领域的制造能力，搭建了先进成形技术研发平台，培养了专业技术人才，从而在大型构件整体成形技术方面达到国内领先水平，为提高单位在行业内的影响力发挥了一定的作用。

5. 本课题的完成充分展示了先进制造技术对航天加工制造的贡献，体现了工艺基础研究是加工制造技术长足发展的源动力，配套装备的研发是实现工业应用的推手。课题的完成和产品的研发成功，进一步推动了国内相关领域对工艺基础研究的高度重视，有利于先进工艺在航天领域的快速扎根和发展。

6. 充液拉深成形装备的研发成功，将助推超宽板幅薄板轧制技术的攻关，打破国外垄断，推动国内板材轧制产业的技术进步和市场拓展。同时，整体薄壁板材零件的充液拉深成形，还将带动超薄零件机械加工装备和技术的研发，从而进一步推动整个产业链上下游的装备与技术工艺的发展。

7. 利用课题成果及课题实施形成的研发平台，上海航天设备制造总厂有限公司积极开展与其他行业领域的交流，获得了包括航空、交通运输等行业的认可。

8. 目前，课题研制的装备已成为航天大型非标装备。为进一步推进该装备和技术的应用与进步，需要实现装备的标准化，真正确保该装备研发过程中积累的经验能够为同类型或其他领域的装备研发提供可供借鉴的依据。

课题实施效果

通过构建国内首创、用于运载火箭贮箱箱底整体成形的专用设备，课题研制了15000t的双动液压机、大容积流体高压成形装置，设计并制造了超大尺寸充液拉深模具装置，实现了直径3350mm贮箱箱底的充液拉深成形，引起了国内外同行业的极大反响。

第一，建成了大型复杂薄壁结构充液拉深成形技术应用示范基地，在国内首次采用15000t级的充液拉深成形装置，建成了近净成形制造技术示范生产线。

第二，建成了运载火箭推进剂贮箱箱底整体成形制造生产线，满足我国运载型号对整体箱底的产能需求，从而推进充液拉深整体成形技术成为运载型号大型复杂薄壁构件的主导先进塑性成形工艺。

第三，形成了武器系统、运载火箭整流罩类复杂薄壁构件的充液拉深成形技术应用基地，推动该技术在航天复杂薄壁构件制造领域的应用进一步加深和拓展。

第四，形成了大型复杂薄壁构件整体成形试验平台，为后续该充液拉深整体成形技术应用于航天、航空和武器装备中的大型复杂薄壁构件提供了可行性验证、试验评估等技术储备。

第五，以充液拉深成形技术与装备为研究对象，突破了大容积充液拉深装备关键技术以及整体式贮箱底充液拉深成形工艺技术。基于上述关键技术的突破，形成了具有自主知识产权的技术标准、发明专利和学术成果达28项。

与国外同类型技术相比，实现了以运载火箭推进剂贮箱箱底为代表的大尺寸复杂薄壁构件的高精度加工制造，总体指标达到国际先进水平。后续将以大型典型件的产业化推进及异形复杂件的成形试验为基础，不断推进在装备、模具、工艺以及材料等领域的深入研究，由此推进细分领域的技术实现国产化。