CN102430766A - 薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法。它包括以下步骤：1)壳体装夹及找正部位标识及测量；2)专用撑具的安装；3)壳体的安装、找正及夹紧；4)壳体的加工：车加工火箭燃烧室壳体的前裙座及后裙座的外圆、端面及内孔。本发明采用专用撑具以及特殊的装夹及找正方法，加工薄壁高强度钢火箭燃烧室壳体裙座基准，加工精度较高，完全满足产品设计精度要求。用本发明所提供的方法制成的产品，既能用于地面试验，也能用于飞行试验和交付用户使用。本发明的处理方法不仅可以用于加工薄壁高强度钢火箭燃烧室壳体裙座基准，还可以用于其他类似产品的加工控制。

Description

薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法
技术领域
本发明涉及火箭燃烧室壳体的加工技术，具体地指一种薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法。
背景技术
固体火箭发动机是航天飞行器的动力装置，它由燃烧室、推进剂药柱、喷管、点火器等主要部分组成。其中，燃烧室壳体是固体火箭发动机系统中的关键件，通过推进剂的燃烧为飞行器提供动力。而燃烧室壳体的前裙座、后裙座是弹体结构的安装基准，前裙座通过爆炸螺栓与飞行器再入体连接，后裙座与后过渡舱连接。当飞行器到达预定的位置，弹上计算机发出解爆指令，推力终止机构和安装在前裙座上的爆炸螺栓被解爆，发动机内的推进剂燃气从反喷孔中反喷泄压，在分离发动机的共同作用下，保证发动机对飞行器的再入体为负推力或者零推力，达到准确控制再入体的位置，从而保证预期的位置精度。因此，要求火箭燃烧室壳体前裙座、后裙座有较高的尺寸、圆度、垂直度和同轴度精度。
制造燃烧室壳体的工艺流程为：组焊→退火→射线探伤→淬火+回火→射线探伤→车前裙座、后裙座基准→镗加工前端→镗加工后端→水压试验→形位公差检测→油封包装入库。
由于期望航天飞行器更大的射程和更小的能量，因此要求火箭壳体强度尽可能高(800MPa～1800MPa)，壁厚尽可能薄(圆筒体、封头2mm～5mm，裙座5mm～10mm)。而现有高强度薄壁件的加工比较棘手，在加工中极容易产生装夹变形和切削变形，不易保证零件的加工质量。例如上述火箭壳体，由于壳体强度高，需要较大的装夹力才能保证正常的切削加工，前裙座、后裙座基准在车加工后由于装夹变形的弹性恢复而变形较大：直径尺寸偏差设计要求不大于±0.1mm，但实际超过±0.3mm；两端裙座基准外圆同轴度误差设计要求不大于0.25mm，但实际超过0.35mm，制得的产品只能用于地面试验，不能用于飞行试验和交付用户使用。
综上所述，如何提高大型薄壁高强度钢火箭燃烧室壳体裙座基准的加工精度是需要特别关注的问题。
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，提供一种薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法。
为实现上述目的，本发明所设计的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，包括以下步骤：
1)壳体装夹及找正部位标识及测量：在火箭燃烧室壳体的前裙座、前接头、后裙座及后接头的外圆上作火箭燃烧室壳体的装夹及找正部位标记，并测量后裙座外圆均分处的直径；
2)专用撑具的安装：将专用撑具安装到后裙座一端的后接头的内孔中并撑紧，所述专用撑具包括一个共用的锁紧螺母、与锁紧螺母螺纹连接的多根调节螺杆和与每根调节螺杆连接的支撑块，所述专用撑具的支撑块与后接头的内孔接触；
3)壳体的安装、找正及夹紧：将火箭燃烧室壳体装夹在车床上，以车床的床头四爪内撑后裙座一端的后接头的内孔，以车床的尾座四爪外夹前裙座一端的前接头的外圆，并找正、夹紧；
4)壳体的加工：保持火箭燃烧室壳体装夹找正状态不变，车加工火箭燃烧室壳体的前裙座及后裙座的外圆、端面及内孔。
进一步地，所述调节螺杆共有四根，所述调节螺杆以锁紧螺母的中心为圆心均匀布置在锁紧螺母的四周。
进一步地，所说的步骤1)中，以前裙座外圆上一点为基准，将前裙座和前接头的外圆均分四等份，后裙座和后接头的外圆均分八等分，并在各等份处作标记；测量后裙座外圆均分八等份处的四个直径并作记录。
进一步地，所说的步骤2)中，四个支撑块的安装点与后接头外圆上的八个均分点中的四个均分点对正，且此四均分点与前裙座和前接头上四个均分点不在同一截面上。控制专用撑具的撑紧力度，用专用撑具撑紧后，测量后裙座外圆上与后接头对正处相对应的四个均分点的两处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量不大于0.05mm。
更进一步地，所说的步骤3)中，车床的床头四爪的装夹点与后接头外圆上未与专用撑具对正的其余四个均分点对正并夹紧；车床的尾座四爪的装夹点与前接头外圆上的四个均分点对正并夹紧。用百分表找正前裙座和后裙座外圆上分别与尾座四爪和床头四爪对正的四个均分点，通过壳体轴心剖面上的两个对称点的表值读数差值不大于0.05mm。夹紧时控制车床的床头四爪的内撑力度，撑紧后测量后裙座外圆上对应的八个均分点的四处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量不大于0.08mm。
再进一步地，所说的步骤4)中，车加工时，先进行粗加工，再进行精加工，粗加工各加工面留端面余量1mm～2mm；加工中对刀具和工件加工处连续、充分浇注冷却液冷却。
本发明采用专用撑具以及特殊的装夹及找正方法，加工薄壁高强度钢火箭燃烧室壳体裙座基准，具有以下有益的技术效果：加工精度较高，完全满足产品设计精度要求，壳体裙座直径尺寸偏差设计要求不大于±0.1mm，实际不大于±0.08mm；两端裙座基准外圆同轴度误差设计要求不大于0.25mm，实际不大于0.15mm。用本发明所提供的方法制成的产品，既能用于地面试验，也能用于飞行试验和交付用户使用。本发明的处理方法不仅可以用于加工薄壁高强度钢火箭燃烧室壳体裙座基准，还可以用于其他类似产品的加工控制。
附图说明
图1为加工火箭燃烧室壳体裙座基准的工装结构及安装示意图。
图2为专用撑具安装在后接头的左视放大结构示意图。
图3为图1中专用撑具的放大结构示意图。
图4为图1中火箭燃烧室壳体上前裙座、后裙座加工部位的放大结构示意图。
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Φ600mm×3500mm、壁厚3mm的超高强度钢火箭燃烧室壳体，其裙座基准的加工控制过程如下：
1)壳体装夹及找正部位标识及测量：以火箭燃烧室壳体2的前裙座2.2外圆上一点为基准，将前裙座2.2和前接头2.1的外圆均分四等份，后裙座2.3和后接头2.4的外圆均分八等分，并在各等份处作长度10mm的线性标记；测量后裙座2.3外圆均分八等份处的四个直径并作记录；
2)专用撑具的安装：将专用撑具3安装到后裙座2.3一端的后接头2.4的内孔中并撑紧，所述专用撑具3包括一个共用的锁紧螺母3.3、与锁紧螺母3.3螺纹连接的四根调节螺杆3.2和与四根调节螺杆3.2连接的支撑块3.1，调节螺杆3.2以锁紧螺母3.3的中心为圆心均匀布置在锁紧螺母3.3的四周，专用撑具3的支撑块3.1与后接头2.4的内孔接触；四个支撑块3.1的安装点与后接头2.4外圆上的八个均分点中的四个均分点对正，且此四均分点与前裙座2.2和前接头2.1上四个均分点不在同一截面上；控制专用撑具3的调节螺杆3.2的撑紧力度，撑紧后扭紧锁紧螺母3.3，并测量后裙座2.3外圆上与后接头2.4对正处相对应的四个均分点的两处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量为0.03mm；
3)壳体的安装、找正及夹紧：将火箭燃烧室壳体2装夹在车床1上，以车床1的床头四爪1.2内撑后裙座2.3一端的后接头2.4的内孔，以车床1的尾座四爪1.1外夹前裙座2.2一端的前接头2.1的外圆；车床1的床头四爪1.2的装夹点与后接头2.4外圆上未与专用撑具3对正的其余四个均分点对正并夹紧；车床1的装夹点与前接头2.1外圆上的四个均分点对正并夹紧；用百分表找正前裙座2.2和后裙座2.3外圆上分别与尾座四爪1.1和床头四爪1.2对正的四个均分点，通过壳体轴心剖面上的两个对称点的表值读数差值为0.03mm；夹紧时控制车床床头四爪1.2的内撑力度，撑紧后测量后裙座2.3外圆上对应的八个均分点的四处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量为0.05mm；
4)壳体的加工：保持火箭燃烧室壳体2装夹找正状态不变，车加工火箭燃烧室壳体2的前裙座2.2的外圆2.2.1、端面2.2.2、和内孔2.2.3及后裙座2.3的外圆2.3.1、端面2.3.2和内孔2.3.3；车加工时，先进行粗加工，再进行精加工，粗加工各加工面留端面余量1mm，加工中对刀具和工件加工处连续、充分浇注冷却液冷却。
用上述方法对火箭燃烧室壳体2裙座基准加工后精度较高，完全满足产品设计精度要求：壳体裙座直径尺寸偏差设计要求不大于±0.1mm，实际为±0.05mm；两端裙座基准外圆同轴度误差设计要求不大于0.25mm，实际不大于0.12mm。
实施例2：
针对某飞行器上尺寸参数为Φ1200mm×5600mm、壁厚4mm的超高强度钢火箭燃烧室壳体，其裙座基准的加工控制过程如下：
1)壳体装夹及找正部位标识及测量：以火箭燃烧室壳体2的前裙座2.2外圆上一点为基准，将前裙座2.2和前接头2.1的外圆均分四等份，后裙座2.3和后接头2.4的外圆均分八等分，并在各等份处作长度15mm的线性标记；测量后裙座2.3外圆均分八等份处的四个直径并作记录；
2)专用撑具的安装：将专用撑具3安装到后裙座2.3一端的后接头2.4的内孔中并撑紧，所述专用撑具3包括一个共用的锁紧螺母3.3、与锁紧螺母3.3螺纹连接的四根调节螺杆3.2和与四根调节螺杆3.2连接的支撑块3.1，调节螺杆3.2以锁紧螺母3.3的中心为圆心均匀布置在锁紧螺母3.3的四周，专用撑具3的支撑块3.1与后接头2.4的内孔接触；四个支撑块3.1的安装点与后接头2.4外圆上的八个均分点中的四个均分点对正，且此四均分点与前裙座2.2和前接头2.1上四个均分点不在同一截面上；控制专用撑具3的调节螺杆3.2的撑紧力度，撑紧后扭紧锁紧螺母3.3，并测量后裙座2.3外圆上与后接头2.4对正处相对应的四个均分点的两处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量为0.04mm；
3)壳体的安装、找正及夹紧：将火箭燃烧室壳体2装夹在车床1上，以车床1的床头四爪1.2内撑后裙座2.3一端的后接头2.4的内孔，以车床1的尾座四爪1.1外夹前裙座2.2一端的前接头2.1的外圆；车床1的床头四爪1.2的装夹点与后接头2.4外圆上未与专用撑具3对正的其余四个均分点对正并夹紧；车床1的装夹点与前接头2.1外圆上的四个均分点对正并夹紧；用百分表找正前裙座2.2和后裙座2.3外圆上分别与尾座四爪1.1和床头四爪1.2对正的四个均分点，通过壳体轴心剖面上的两个对称点的表值读数差值为0.04mm；夹紧时控制车床床头四爪1.2的内撑力度，撑紧后测量后裙座2.3外圆上对应的八个均分点的四处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量为0.06mm；
4)壳体的加工：保持火箭燃烧室壳体2装夹找正状态不变，车加工火箭燃烧室壳体2的前裙座2.2的外圆2.2.1、端面2.2.2、和内孔2.2.3及后裙座2.3的外圆2.3.1、端面2.3.2和内孔2.3.3；车加工时，先进行粗加工，再进行精加工，粗加工各加工面留端面余量1.5mm，加工中对刀具和工件加工处连续、充分浇注冷却液冷却。
用上述方法对火箭燃烧室壳体2裙座基准加工后精度较高，完全满足产品设计精度要求：壳体裙座直径尺寸偏差设计要求不大于±0.1mm，实际为±0.06mm；两端裙座基准外圆同轴度误差设计要求不大于0.25mm，实际不大于0.15mm。

Claims (9)

1.一种薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，包括以下步骤：
1)壳体装夹及找正部位标识及测量：在火箭燃烧室壳体(2)的前裙座(2.2)、前接头(2.1)、后裙座(2.3)及后接头(2.4)的外圆上作火箭燃烧室壳体(2)的装夹及找正部位标记，并测量后裙座(2.3)外圆均分处的直径；
2)专用撑具的安装：将专用撑具(3)安装到后裙座(2.3)一端的后接头(2.4)的内孔中并撑紧，所述专用撑具(3)包括一个共用的锁紧螺母(3.3)、与锁紧螺母(3.3)螺纹连接的多根调节螺杆(3.2)和与每根调节螺杆(3.2)连接的支撑块(3.1)，所述专用撑具(3)的支撑块(3.1)与后接头(2.4)的内孔接触；
3)壳体的安装、找正及夹紧：将火箭燃烧室壳体(2)装夹在车床(1)上，以车床(1)的床头四爪(1.2)内撑后裙座(2.3)一端的后接头(2.4)的内孔，以车床(1)的尾座四爪(1.1)外夹前裙座(2.2)一端的前接头(2.1)的外圆，并找正、夹紧；
4)壳体的加工：保持火箭燃烧室壳体(2)装夹找正状态不变，车加工火箭燃烧室壳体(2)的前裙座(2.2)及后裙座(2.3)的外圆(2.2.1、2.3.1)、端面(2.2.2、2.3.2)及内孔(2.2.3、2.3.3)。
2.根据权利要求1所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：所述调节螺杆(3.2)共有四根，所述调节螺杆(3.2)以锁紧螺母(3.3)的中心为圆心均匀布置在锁紧螺母(3.3)的四周。
3.根据权利要求1或2所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：所说的步骤1)中，以前裙座(2.2)外圆上一点为基准，将前裙座(2.2)和前接头(2.1)的外圆均分四等份，后裙座(2.3)和后接头(2.4)的外圆均分八等分，并在各等份处作标记；测量后裙座(2.3)外圆均分八等份处的四个直径并作记录。
4.根据权利要求3所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：所说的步骤2)中，四个支撑块(3.1)的安装点与后接头(2.4)外圆上的八个均分点中的四个均分点对正，且此四均分点与前裙座(2.2)和前接头(2.1)上四个均分点不在同一截面上。
5.根据权利要求4所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：控制专用撑具(3)的撑紧力度，用专用撑具(3)撑紧后，测量后裙座(2.3)外圆上与后接头(2.4)对正处相对应的四个均分点的两处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量不大于0.05mm。
6.根据权利要求3所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：所说的步骤3)中，车床(1)的床头四爪(1.2)的装夹点与后接头(2.4)外圆上未与专用撑具(3)对正的其余四个均分点对正并夹紧；车床(1)的尾座四爪(1.1)的装夹点与前接头(2.1)外圆上的四个均分点对正并夹紧。
7.根据权利要求6所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：用百分表找正前裙座(2.2)和后裙座(2.3)外圆上分别与尾座四爪(1.1)和床头四爪(1.2)对正的四个均分点，通过壳体轴心剖面上的两个对称点的表值读数差值不大于0.05mm。
8.根据权利要求6所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：夹紧时控制车床(1)的床头四爪(1.2)的内撑力度，撑紧后测量后裙座(2.3)外圆上对应的八个均分点的四处直径，使直径值与装夹前自由状态的直径值相比，变化量不大于0.08mm。
9.根据权利要求3所述的薄壁高强度钢火箭壳体裙座基准的车加工方法，其特征在于：所说的步骤4)中，车加工时，先进行粗加工，再进行精加工，粗加工各加工面留端面余量1mm～2mm；加工中对刀具和工件加工处连续、充分浇注冷却液冷却。
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