CN101643827A - 边条翼调质变形控制方法 - Google Patents

Abstract

一种设置在固体发动机壳体外围的边条翼的调质变形控制方法，具体方案是在调质前将四块边条翼组焊成横截面为“口”字形的长方体盒状结构，在调质后将其焊接部位打磨，使其四块边条翼分开。本发明采用钢板焊接后调质，可限制零件在热处理过程中的变形。本发明与现有技术相比，明显具有变形小、热处理后不用校形的优点。本发明不仅可以用于边条翼零件，还可用于尺寸较大、要求较高的薄板热处理。

Description

边条翼调质变形控制方法

技术领域

本发明涉及薄钢板调质变形的控制方法，特别是一种设置在固体发动机壳体外围的边条翼的调质变形控制方法。

背景技术

边条翼是安装在固体发动机壳体外围的稳定翼，每台固体发动机壳体装配四件边条翼。在固体火箭的升空、飞行等过程中起到稳定固体火箭发动机弹体飞行姿态的作用。高精度设计要求是该零件的特点。其加工精度影响到飞行轨迹，至最后的命中精度。

对边条翼的材料选用上，往往采用与固体火箭发动机燃烧室壳体相同的材料。目前，在此领域中材料多为30CrMnSiA或D406A(30Si2MnCrMoVE)，最终热处理状态为调质。

每块边条翼多为长方形薄板。长度超过2000mm，宽度不到长度的十分之一，厚度约5mm。边条翼机械加工精度高。热处理调质工序安排在粗加工之前。粗加工工序的加工余量主要用以消除热处理的形变。粗加工余量越多，机械加工应力越大，零件变形越大，对精加工不利，致使尺寸精度无法达到设计要求，特别是对边条翼整体长度的直线度要求在0.05mm以内。控制热处理过程中的变形成为边条翼整个机械加工过程的关键。

按现有的方法，采用将单件零件垂悬的方式调质，易产生翘曲变形，直线度(2000mm)超过20mm，并且零件的硬度不均匀。采用多件重叠捆绑的方式调质，越靠近外围零件的变形越大，八件中仅有一件合格。其余均不能够满足直线度2mm以内的变形要求。

调质后的30CrMnSiA或D406A(30Si2MnCrMoVE)材料塑性、强度好，30CrMnSiA材料的抗拉强度大于1079MPa，屈服强度大于880MPa。D406A(30Si2MnCrMoVE)材料的抗拉强度大于1700MPa，屈服强度大于1600MPa。两种材料的屈强比高，抗变形力较好。淬火、回火处理后无法通过液压机进行校正。由于边条翼长度超过2m，采用回火压平法时直线度(2000mm)可以达到4mm～6mm，但是无法达到2mm以内的变形要求。故对热处理后变形量较大的边条翼的处理变得比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单有效、能防止边条翼板料在热处理过程中变形的控制方法，从而解决尺寸较大薄壁板料零件在热处理过程的形变问题。

本发明的目的由以下技术方案来实现：

本发明拟采用焊接方式约束热处理过程的形变，热处理过程中可自动消除约束力，热处理后拆除其约束，其零件可达到高的直线度等形位公差要求。

具体方案包括以下工序：下料→校形→铣削→钳→退火→调质→机械加工，独特之处在于：在调质前将四块边条翼组焊成横截面为“口”字形的长方体盒状结构，在调质后将其焊接部位打磨，使其四块边条翼分开。

所述边条翼焊接时每隔120mm～150mm进行点焊，点焊长度10mm～20mm，错位高度误差≤1mm。

所述边条翼焊接时使用手工氩弧焊，焊丝为H08A，直径为2.0mm。

所述边条翼焊接时每两块边条翼之间的间距≤1mm。

所述边条翼焊接部位打磨是采用砂轮机将点焊部位打磨，使其四块边条翼分开。

所述退火工序的温度为650℃±10℃，保温60min～80min，其后空冷。

所述调质的边条翼以30CrMnSiA为材料时，淬火温度900℃±10℃，保温30min～50min，油冷，回火温度480℃±20℃，保温50min～70min，水冷，最终硬度35HRC～39HRC。

所述需调质处理的边条翼内外表面涂有三号保护涂料。

本发明采用的理论依据是：薄板加热、冷却速度较快，零件淬火冷却时各部位冷却速度不一致造成温度差，使各部位胀缩不均匀而产生内应力，也叫热应力。另外加热、淬火、冷却钢组织依次是：奥氏体、珠光体、贝氏体。在冷却过程中，各部位冷却速度不同，产生相变的时间先后不同。表面温度低于Ms点产生马氏体转变时，表面体积增大产生压应力，心部产生拉应力。冷却到室温，表面产生拉应力，心部受到压应力，这部分应力叫组织应力。实际零件的变形是热应力、组织应力即组织不均引起的附加应力的综合作用的结果。内应力引起的翘曲变形是造成零件变形的主导因素。当将边条翼组焊后成为一个整体，相互之间限制了零件的翘曲变形。

现有技术一般情况下通过采用预热和缓慢加热、采用淬火温度下限温度加热等方法，由于受到零件性状的影响，对零件的翘曲变形没有明显改善。

综上所述，本发明与现有技术相比，明显具有操作简单、降低成本、能有效防止薄板热处理过程的变形问题。降低了零件选材的厚度和机械加工的难度。

具体实施方式

本发明采用经铣削加工后的边条翼，经组焊后退火，然后进行调质，最后打磨拆除焊接点，这样边条翼的变形可以得到控制，从而达到较高的形位公差要求。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

现以30CrMnSiA为材料、硬度要求HRC35-HRC39、零件长2200mm、厚度8mm、宽度160mm的边条翼为例说明本发明具体工艺方法。

边条翼的工艺过程为：下料→校形→铣削→钳→焊接→退火→调质→钳工打磨→机械加工。具体操作如下：

(1)下料：2270×165×8(mm)；

(2)校形：去毛刺，翻边，校平零件，要求平面度不大于2mm；

(3)铣削：装夹找正零件长边，铣两长边见光，宽度至160mm；

(4)钳工：在两端部钻φ30mm的孔，两孔中心距2200mm，用以在热处理炉中垂直吊挂；

(5)焊接：每四块边条翼组焊成长方形盒状，使用手工氩弧焊，焊丝为H08A，直径为2.0mm。每隔120mm～150mm点焊，点焊长度10mm～20mm，要求错位高度误差不大于1mm，不损伤边条翼的基体。焊接后零件与零件的间隙不大于1mm；

(6)退火：650℃±10℃，保温60min～80min，空冷；

(7)将零件内外表面涂三号保护涂料，防止零件表面氧化；

(8)调质：以四块点焊在一起的边条翼为一组，放入热处理炉中，放入量可根据热处理炉的大小灵活掌握，若体积较大可多放几组，若体积较小可少放几组。淬火温度900℃±10℃，保温30min～50min，油冷。回火温度480℃±20℃，保温50min～70min，水冷。硬度要求：35HRC～39HRC；

(9)使用砂轮机将点焊部位打磨，将四块边条翼分开。打磨光滑，不允许损伤基体；

边条翼经调质后直线度的检测结果分别为：1.25mm、1.65mm、1.35mm、1.65mm。

经实践证明，采用焊接后调质的方式，其工艺制备过程变得简洁有效，能够达到2000mm内2mm的直线度要求。

Claims (8)

1.一种设置在固体发动机壳体外围的边条翼的调质变形控制方法，包括有调质工序，其特征在于：在调质前将四块边条翼组焊成横截面为“口”字形的长方体盒状结构，在调质后将其焊接部位打磨，使其四块边条翼分开。

2、根据权利要求1所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述边条翼焊接时每隔120mm～150mm进行点焊，点焊长度10mm～20mm，错位高度误差≤1mm。

3、根据权利要求1或2所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述边条翼焊接时使用手工氩弧焊，焊丝为H08A，直径为2.0mm。

4、根据权利要求1或2所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述边条翼焊接时每两块边条翼之间的间距≤1mm。

5、根据权利要求1所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述边条翼焊接部位打磨是采用砂轮机将点焊部位打磨，使其四块边条翼分开。

6、根据权利要求1所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述退火工序的温度为650℃±10℃，保温60min～80min，其后空冷。

7、根据权利要求1所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述调质的边条翼以30CrMnSiA为材料时，淬火温度900℃±10℃，保温30min～50min，油冷，回火温度480℃±20℃，保温50min～70min，水冷，最终硬度35HRC～39HRC。

8、根据权利要求1所述的边条翼调质变形控制方法，其特征在于：所述需调质处理的边条翼内外表面涂有三号保护涂料。