CN102416414B

CN102416414B - 超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法

Info

Publication number: CN102416414B
Application number: CN 201110276583
Authority: CN
Inventors: 韩庆波; 钟臻荣; 王明坤; 何华锋; 王华东; 高建国
Original assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-09-16
Also published as: CN102416414A

Abstract

本发明公开了一种超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法。它包括1)筒体外形检测；2)专用校形夹具的安装；3)形状稳定回火处理；4)出炉冷却；5)拆卸专用校形夹具及外形检测；6)重复校形处理。本发明在圆筒壳体淬火后，通过专用校形夹具对圆筒壳体校形后再进行回火稳定校形的形状。所得到的圆筒壳体形状精度较高，完全满足产品设计精度要求，校形后直线度误差不大于2.5mm，大小直径差不大于1.5mm。本发明的处理方法可用于固体火箭冲压发动机补燃室的圆筒壳体的形状精度控制。

Description

超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法

技术领域

本发明涉及薄壁圆筒的加工方法，具体地指一种超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法。

背景技术

超高强度钢具有很高的强度和足够的韧性，能够承受很高的载荷，具有很高的比强度，可以显著减轻制件的质量。因此，超高强度钢的应用对象主要是航空工业，例如用其制作航天固体火箭发动机的薄壁壳体。薄壁壳体具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，可以满足固体火箭冲压发动机补燃室的圆筒壳体要求。

固体火箭冲压发动机利用大气中的氧气作为氧化剂，其比冲是固体火箭发动机的4～6倍。冲压发动机的另一个优点是工作速度范围宽，在1.5～6.0马赫的范围内都能有效地工作，即使在空气密度很高的海平面，其工作速度也可达到3马赫。另外，冲压发动机驱动的导弹(或飞行器)以巡航飞行状态实现全程有动力飞行，大大提高了导弹的突防能力及其末端轨道姿态修正能力。因此，大气层内超音速的飞行器优先选用固体火箭冲压发动机。

固体火箭冲压发动机有多种形式，如整体式固体火箭冲压发动机、非整体式固体火箭冲压发动机、固体燃料冲压发动机等。整体式固体火箭冲压发动机主要由燃气发生器、进气道、补燃室和喷管组成。其中，补燃室圆筒壳体是固体火箭冲压发动机系统的关键部件，通过由燃气发生器产生的贫氧燃气在补燃室中的燃烧为飞行器提供动力。补燃室在大气环境中以高于2马赫的速度高速飞行，为了使飞行器具有良好的飞行气动特性，要求补燃室圆筒壳体具有较高的形状精度，如圆度、直线度等。补燃室要承受高压燃气产生的内压力，并且自身重量要轻，要求补燃室圆筒壳体具有超高强度且壁厚较薄。

制造补燃室圆筒壳体的现有工艺流程为：锻造制坯→机械加工→圆筒旋压等零件加工→壳体组焊→退火→射线探伤→淬火+低温回火→冷校形→车前后裙基准→镗加工→水压试验→形位公差检测→油封包装入库。

现有薄壁件的加工比较棘手，在加工中极容易变形，不易保证零件的加工质量。例如上述补燃室圆筒壳体在淬火+低温回火的工序中强化热处理后变形较大：直线度误差设计要求不大于3mm，但实际超过6mm；大小直径差(代替圆度误差)的设计要求不大于2mm，但实际超过5mm。而且，采用机械锤击的方式进行冷校形，由于壳体强度高(超过1600MPa)而收效甚微，制得的产品只能用于地面试验。

综上所述，如何提高超高强度钢薄壁圆筒的形状精度是业界越来越关心的问题。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法。

为实现上述目的，本发明所设计的超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，包括以下步骤：

1)筒体外形检测：圆筒壳体淬火后，按设计要求检测圆筒壳体的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；

2)专用校形夹具的安装：将专用校形夹具安装在圆筒壳体的外圆柱面上，所述专用校形夹具包括一对半圆弧压环和设置在一对半圆弧压环两端的螺栓和螺母紧固件，所述一对半圆弧压环的正中夹紧点A对准圆筒壳体需要校形横截面的最大直径两端，通过螺栓和螺母夹紧校正并固定；

3)形状稳定回火处理：将专用校形夹具及圆筒壳体一起吊装到回火炉中加热保温，稳定校形的形状；

4)出炉冷却：将专用校形夹具及圆筒壳体一起吊出回火炉，空冷至室温；

5)拆卸专用校形夹具及外形检测：拆卸圆筒壳体上的专用校形夹具，重新检测圆筒壳体的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；

6)重复校形处理：如果检测结果不符合设计要求，则重复步骤2)至步骤5)的方法，直至圆筒壳体的形状精度达到设计要求。

进一步地，所说的步骤1)中，沿圆筒壳体的轴向每间隔300mm检测一个横截面，每个截面沿周向均分检测6条直径，同时检测6条直径两端所对应的12条母线的直线度。

进一步地，所说的步骤2)中，对应于一对半圆弧压环的正中夹紧点A处的直径比圆筒壳体的平均外径小1～2mm。并且，一对半圆弧压环组成的圆形直径D比圆筒壳体的平均外径大0～0.5mm，一对半圆弧压环的正中夹紧点A处的弦高H比其圆弧半径R小1～1.5mm。

进一步地，所说的步骤3)中，多个专用校形夹具之间用铁丝绑牢并与吊具连接，圆筒壳体通过固定在其上的吊装环与吊具连接。并且，最好将圆筒壳体及专用校形夹具保持垂直状态吊装到回火炉中。圆筒壳体及专用校形夹具的加热温度控制在260～300℃，保温时间控制在60～120min。

进一步地，所说的步骤4)中，最好将圆筒壳体及专用校形夹具垂直悬挂在地坑中空冷。

进一步地，所说的步骤6)中，当圆筒壳体的直线度误差大于3mm、横截面大小直径差大于2mm时，则重复步骤2)至步骤5)的方法，直至圆筒壳体的形状精度达到设计要求。

本发明的有益效果在于：在圆筒壳体淬火后，通过专用校形夹具对圆筒壳体校形后再进行回火稳定校形的形状。所得到的圆筒壳体形状精度较高，完全满足产品设计精度要求，校形后直线度误差不大于2.5mm，大小直径差不大于1.5mm。本发明的处理方法可用于固体火箭冲压发动机补燃室的圆筒壳体的形状精度控制，也可以用于其他类似圆筒壳体的形状精度校正。

附图说明

图1为本发明中在圆筒壳体上安装专用校形夹具及吊装到回火炉中处理的示意图。

图2为图1中专用校形夹具的放大结构示意图。

具体实施方式

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，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

针对某飞行器上尺寸参数为Φ260mm×2000mm、壁厚2mm的超高强度钢补燃室圆筒壳体，其形状精度控制过程如下：

1)筒体外形检测：补燃室的圆筒壳体4淬火后，沿圆筒壳体4的轴向每间隔300mm检测一个横截面，共7个横截面，每个截面沿周向均分检测6条直径的大小直径差，同时检测6条直径两端所对应的12条母线的直线度，并作出标记和记录。

2)专用校形夹具的安装：将专用校形夹具3安装在圆筒壳体4的外圆柱面上，专用校形夹具3包括一对耐热不锈钢材料的半圆弧压环3.3和设置在一对半圆弧压环3.3两端的螺栓3.1和螺母3.2紧固件，一对半圆弧压环3.3的正中夹紧点A对准圆筒壳体4需要校形横截面的最大直径两端，通过螺栓3.1和螺母3.2夹紧校正并固定；正中夹紧点A处的直径比圆筒壳体4的平均外径Φ260小1mm，一对半圆弧压环3.3组成的圆弧直径D与圆筒壳体4的平均外径相同，两个半圆弧压环3.3的弦高H比其圆弧半径R小1mm。

3)形状稳定回火处理：多个专用校形夹具3之间用8号铁丝绑牢并与吊具1连接，防止在加热保温过程中滑脱；圆筒壳体4通过焊接在其上的吊装环2与吊具1连接，将专用校形夹具3及圆筒壳体4一起垂直吊装到回火炉5中加热保温，稳定校形的形状，加热温度为260℃，保温时间为60min。

4)出炉冷却：将专用校形夹具3及圆筒壳体4一起吊出回火炉5，并垂直悬挂在地坑中空冷至室温。

5)拆卸专用校形夹具及外形检测：拆卸圆筒壳体4上的专用校形夹具3，重新检测圆筒壳体4的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录，检测截面位置与步骤1)相同。

6)重复校形处理：当圆筒壳体4的直线度误差大于3mm、横截面大小直径差大于2mm时，重复步骤2)至步骤5)的方法，直至圆筒壳体4的形状精度达到设计要求。

经过上述方法校形后，圆筒壳体4的直线度误差为1～2.5mm，大小直径差为1～1.5mm，其形状精度较高，满足产品设计精度要求。实施例2：

针对某飞行器上尺寸参数为Φ600mm×3500mm、壁厚3mm的超高强度钢补燃室圆筒壳体，其形状精度控制过程如下：

1)筒体外形检测：补燃室的圆筒壳体4淬火后，沿圆筒壳体4的轴向每间隔300mm检测一个横截面，共12个横截面，每个截面沿周向均分检测6条直径的大小直径差，同时检测6条直径两端所对应的12条母线的直线度，并作出标记和记录。

2)专用校形夹具的安装：将专用校形夹具3安装在圆筒壳体4的外圆柱面上，专用校形夹具3包括一对耐热不锈钢材料的半圆弧压环3.3和设置在一对半圆弧压环3.3两端的螺栓3.1和螺母3.2紧固件，一对半圆弧压环3.3的正中夹紧点A对准圆筒壳体4需要校形横截面的最大直径两端，通过螺栓3.1和螺母3.2夹紧校正并固定，正中夹紧点A的直径比补燃室的圆筒壳体4的平均外径Φ600小2.0mm；一对半圆弧压环3.3组成的圆弧直径D比圆筒壳体4的平均外径大0.5mm，两个半圆弧压环3.3的弦高H比其圆弧半径R小1.5mm。

3)形状稳定回火处理：多个专用校形夹具3之间用8号铁丝绑牢并与吊具1连接，防止在加热保温过程中滑脱；圆筒壳体4通过焊接在其上的吊装环2与吊具1连接，将专用校形夹具3及圆筒壳体4一起垂直吊装到回火炉5中加热保温，稳定校形的形状，加热温度为300℃，保温时间为120min。

6)重复校形处理：当圆筒壳体4的直线度误差大于3mm、横截面大小直径差大于2mm时，则重复步骤2)至步骤5)的方法，直至圆筒壳体4的形状精度达到设计要求。

经过上述方法校形后，圆筒壳体4的直线度误差为1.5～2.8mm，大小直径差为1.3～1.8mm。其形状精度较高，满足产品设计精度要求。

Claims

1.一种超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，包括以下步骤：

1）筒体外形检测：圆筒壳体（4）淬火后，按设计要求检测圆筒壳体（4）的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；

2）专用校形夹具的安装：将专用校形夹具（3）安装在圆筒壳体（4）的外圆柱面上，所述专用校形夹具（3）包括一对半圆弧压环（3.3）和设置在一对半圆弧压环（3.3）两端的螺栓（3.1）和螺母（3.2）紧固件，所述一对半圆弧压环（3.3）的正中夹紧点A对准圆筒壳体（4）需要校形横截面的最大直径两端，通过螺栓（3.1）和螺母（3.2）夹紧校正并固定；

3）形状稳定回火处理：将专用校形夹具（3）及圆筒壳体（4）一起吊装到回火炉（5）中加热保温，稳定校形的形状；

4）出炉冷却：将专用校形夹具（3）及圆筒壳体（4）一起吊出回火炉（5），空冷至室温；

5）拆卸专用校形夹具及外形检测：拆卸圆筒壳体（4）上的专用校形夹具（3），重新检测圆筒壳体（4）的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；

6）重复校形处理：如果检测结果不符合设计要求，则重复步骤2）至步骤5）的方法，直至圆筒壳体（4）的形状精度达到设计要求。

2.根据权利要求1所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，沿圆筒壳体（4）的轴向每间隔300mm检测一个横截面，每个截面沿周向均分检测6条直径的大小直径差，同时检测6条直径两端所对应的12条母线的直线度。

3.根据权利要求1所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤2）中，对应于一对半圆弧压环（3.3）的正中夹紧点A处的直径比圆筒壳体（4）的平均外径小1~2mm。

4.根据权利要求3所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述一对半圆弧压环（3.3）组成的圆形直径D比圆筒壳体（4）的平均外径大0~0.5mm，一对半圆弧压环（3.3）的正中夹紧点A处的弦高H比其圆弧半径R小1~1.5mm。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，多个专用校形夹具（3）之间用铁丝绑牢并与吊具（1）连接，圆筒壳体（4）通过固定在其上的吊装环（2）与吊具（1）连接。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，将圆筒壳体（4）及专用校形夹具（3）保持垂直状态吊装到回火炉（5）中。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，圆筒壳体（4）及专用校形夹具（3）的加热温度控制在260~300℃，保温时间控制在60~120min。

8.根据权利要求7所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤4）中，圆筒壳体（4）及专用校形夹具（3）垂直悬挂在地坑中空冷。

9.根据权利要求1至4中任意一项所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤6）中，当圆筒壳体（4）的直线度误差大于3mm、横截面大小直径差大于2mm时，则重复步骤2）至步骤5）的方法，直至圆筒壳体（4）的形状精度达到设计要求。

10.根据权利要求7所述超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，其特征在于：所述步骤6）中，当圆筒壳体（4）的直线度误差大于3mm、横截面大小直径差大于2mm时，则重复步骤2）至步骤5）的方法，直至圆筒壳体（4）的形状精度达到设计要求。