CN102513785A - 一种铝合金细长薄壁圆筒的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金细长薄壁圆筒的加工方法，用于将搅拌摩擦焊壳体毛坯加工成型为曲母线薄壁筒壳体，属于回转结构体机械加工方法。本发明解决现有加工方法存在的壳体母线位置度差、壳体圆度差、壁厚不均匀、焊缝有间隙、性能检测不合格，导致无法保证使用要求的问题。本发明包括零件制造步骤、配套步骤、碱洗步骤、试装步骤、定位焊步骤、搅拌摩擦焊步骤、打磨焊缝步骤、去应力退火步骤、X射线检测步骤、加工外形步骤、超声波探伤检测步骤、加工端面孔步骤。本发明解决了现有加工方法壳体圆度差、壁厚不均匀、焊缝有间隙、性能检测不合格的问题，提高了壳体加工精度，可靠地保证了产品质量。
Description
技术领域
本发明属于回转结构体加工技术领域，具体涉及用于将多件铝合金半成品零件加工成型为整体回转结构体的铝合金薄壁圆筒结构体的加工方法。
背景技术
零件结构为细长薄壁圆筒壳体，产品头部小，呈半圆形，尾部呈圆柱状，尾部端面呈半封闭状态，壳体外形由线型参数坐标拟合成曲线所得，壳体内曲线按线型参数表数据拟合曲线对应法向偏移获得，保证壳体壁厚相等；壳体内壁有多处轴向间距相等的环形筋，由壳体内壁法向偏移所得。壳体的长径比较大，壁薄，因此刚性较差，装夹时容易变形，不易保证加工精度；车削时产生的径向切削力，会使壳体弯曲，从而引起振动，影响加工精度和表面粗糙度；壳体小端孔径小，大小端的直径差超出刀具的安装尺寸，无法将内孔全部加工到位，而壳体大端为半封闭状，刀具无法进入内部切削。
目前主要采用铸造、化学铣削、熔焊、整体锻造或者搅拌摩擦焊等技术制造各类舱段壳体。
采用铸造技术制造舱段壳体，合格率低、机械性能离散度大、可靠性低、承受过载能力弱、精度低。
采用化学铣削和熔焊制造舱段壳体，环境污染大，产品精度低，难以满足整体机械性能要求。
采用整体锻造制造舱段壳体，产品的整体机械性能很高，但壳体大端为半封闭状，刀具无法进入内部切削，而小端孔径小，大小端的直径差超出刀具的安装尺寸，无法将内孔全部加工到位。
因此，在航天制造业，近年来开始采用搅拌摩擦焊技术制造各类舱段壳体。采用搅拌摩擦焊成形舱段壳体，对于不同结构形式的舱段必须采取不同的搅拌摩擦焊舱段结构设计，对于有半封闭的细长舱段采用“舱段＋端框”的结构形式，各部分独自预加工成半成品，再采用搅拌摩擦焊焊接成壳体毛坯后，机械加工成型。
细长薄壁筒壳体是由舱段、端框通过搅拌摩擦焊焊接成壳体毛坯，具有以下特点：
（1）壳体本身长径比大、壁薄、刚性弱；
（2）壳体焊接有变形及收缩，焊接后高度尺寸、焊缝处下压量、舱段与端框圆度等与理论状态有差异；
（3）加工中存在焊接应力、热应力和切削应力；
（4）内孔无加工余量，加工时难以协调。
发明内容
本发明提出了一种可伸缩油管装置，是一种可变长度的油管，该可伸缩油管装置能保证在设备工作过程中机床左右任意移动相对位置不断变换时，解决高压油的供应难题。
本发明的目的是这样实现的：一种铝合金细长薄壁圆筒的加工方法，包括以下步骤：
1）零件制造步骤：加工半成品壳体（1）及端框（2）；
2）配套步骤：齐套壳体（1）和端框（2）；
3）碱洗步骤：将配套的零件进行清洗；
4）试装步骤，顺序包括下述过程：
4.1用丙酮或酒精擦净零件贴合面及附件区域；
4.2测量壳体（1）和端框（2）的贴合面尺寸，保证过盈量0.4 mm～0.6 mm；
4.3将壳体（1）和端框（2）组合、压装，保证对合间隙不大于0.2mm，局部间隙不大于0.5mm，零件焊缝位置圆度不大于1.0mm；
5）搅拌摩擦焊步骤：将壳体（1）和端框（2）采用搅拌摩擦焊的方式焊接；
6）打磨焊缝步骤：去搅拌摩擦焊焊缝两侧飞边，并打磨修光；
7）去应力退火步骤：退火去除零件焊接后应力；
8）性能检测步骤：检测壳体焊缝的焊接性能；
9）加工外形步骤，顺序包括下述过程：
9.1将壳体安装于机床上，用百分表检测零件前、后端外圆圆度在0.1以内；
9.2用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，根据厚度检测情况确定后续加工余量；
9.3粗加工外形见光，用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，根据厚度检测情况调整壳体前后端中心，保证壁厚均匀；
9.4加工外形，保证壳体厚度及大端外径尺寸；
9.5用样板检外形母线，要求样板与产品贴合间隙不大于0.35mm；
9.6用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，并记录；
10）性能检测步骤：
超声波探伤对焊缝位置分别进行纵波和横波检测，检测合格则进行步骤11），否则将成型零件另行处理；
11）加工安装孔步骤： 加工后端圆柱面上的安装孔，以保证后续装配要求。
所述性能检测步骤8）中，采用 X射线检测、超声波纵波和超声波横波检测焊缝性能。
本发明提供的铝合金细长薄壁圆筒的加工方法，通过采用半成品焊接，解决了零件整体无法加工的问题；通过采用搅拌摩擦焊的焊接方式，解决了焊缝质量不合格，无法满足产品使用要求的问题；通过测量选配对接面的配合尺寸和配合间隙，解决了焊缝未去除、壳体母线直线度差的问题；通过合理分配粗加工及精加工余量，解决了因热变形而引起的工件圆柱度和表面粗糙度差的问题；利用测厚仪检测并记录焊前焊后壁厚尺寸，并根据检测数据调整加工余量，解决壳体壁厚不均匀，变形的问题；保证了零件的性能和使用要求，零件的合格率从70%提高到了95%以上。
本发明材料利用率高、加工周期短、降低生产成本，提高加工精度，可靠地保证了产品质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为半成品壳体1；
图2为半成品端框2的主视图；
图3为图2的左视图；
图4为铝合金细长薄壁圆筒图；
图5为铝合金细长薄壁圆筒图。
具体实施方式
实施例1，铝合金细长薄壁圆筒的加工方法，依次包括：
1）半成品零件制造步骤：
如图1所示，成型壳体1形状为细长薄壁圆筒，外形呈曲线，形成半成品1；
如图2，图3所示，成型端框2形状为圆板，其端面上加工有多处孔径大小不等的孔，形成半成品2；
2）配套步骤：
齐套壳体１和端框2；
3）碱洗步骤：
将配套的零件进行清洗；
4）试装步骤，顺序包括下述过程：
4.1用丙酮或酒精擦净零件贴合面及附件区域；
4.2分别测得壳体１内径D1和端框2的贴合面尺寸及过盈量如下表１；
表１ 壳体１和端框2的贴合面尺寸及过盈量
4.3将壳体１和端框2组合、压装，测得对合间隙为0.18mm，局部间隙为0.45mm，零件焊缝位置圆度为0.75mm；
5搅拌摩擦焊步骤：
如图4所示，将壳体１和端框2采用搅拌摩擦焊焊接；
6）打磨焊缝步骤：
去搅拌摩擦焊焊缝两侧飞边，打磨修光；
7）去应力退火步骤：
退火去除零件焊接后应力；
8）性能检测步骤：
X射线检测壳体焊缝的焊接性能；
9）加工外形步骤，顺序包括下述过程：
9.1将壳体安装于机床上，用百分表检测零件前、后端外圆圆度为0.1；
9.2用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，厚度尺寸如表2；
表2 舱段壁厚尺寸8.2检测记录表
9.3）粗加工外形见光，用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，根据厚度检测情况调整壳体前后端中心，尽可能保证壁厚均匀；
9.4）精加工外形，保证壳体厚度及大端外径尺寸，形成成型零件，如图5所示；
9.5）用样板检外形母线，样板与产品贴合间隙为0.30mm；
9.6）用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，并记录，厚度尺寸如表3。
表3 舱段壁厚尺寸5.5±0.5检测记录表
10）性能检测步骤：
超声波探伤对焊缝位置分别进行纵波和横波检测，检测合格则进行加工安装孔步骤11），否则将成型零件另行处理；
11）加工安装孔步骤：
加工后端圆柱面上的安装孔，以保证后续装配要求。
实施例2，铝合金细长薄壁圆筒的加工方法，包括：
1）半成品零件制造步骤：
如图1所示，成型壳体1形状为细长薄壁圆筒，外形呈曲线，形成半成品1；
如图2、图3所示，成型端框2形状为圆板，其端面上加工有多处孔径大小不等的孔，形成半成品2；
2）配套步骤：齐套壳体１和端框2；
3）碱洗步骤：
将配套的零件进行清洗；
4）试装步骤，顺序包括下述过程：
4.1用丙酮或酒精擦净零件贴合面及附件区域；
4.2分别测得壳体１内径D1和端框2的贴合面尺寸及过盈量如下表4；
表4 壳体１和端框2的贴合面尺寸及过盈量
4.3将壳体１和端框2组合、压装，测得对合间隙为0.15mm，局部间隙为0.4mm，零件焊缝位置圆度为0.7mm；
5搅拌摩擦焊步骤：如图4所示，将壳体１和端框2焊接；
6）打磨焊缝步骤：去搅拌摩擦焊焊缝两侧飞边，打磨修光；
7）去应力退火步骤：退火去除零件焊接后应力；
8）性能检测步骤：X射线检测壳体焊缝的焊接性能；
9）加工外形步骤，顺序包括下述过程：
9.1将壳体安装于机床上，用百分表检测零件前、后端外圆圆度为0.1；
9.2用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，厚度尺寸如表5；
表5 舱段壁厚尺寸8.2检测记录表
9.3粗加工外形见光，用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，根据厚度检测情况调整壳体前后端中心，尽可能保证壁厚均匀；
9.4精加工外形，保证壳体厚度及大端外径尺寸，形成成型零件，如图5所示；
9.5用样板检外形母线，样板与产品贴合间隙为0.30mm；
9.6用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，并记录，厚度尺寸如表6。
表6 舱段壁厚尺寸5.5±0.5检测记录表
（10）性能检测步骤：
超声波探伤对焊缝位置分别进行纵波和横波检测，检测合格则进行（11），否则将成型零件另行处理；
（11）加工安装孔步骤：
加工后端圆柱面上的安装孔，以保证后续装配要求。
Claims (2)
1.一种铝合金细长薄壁圆筒的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）零件制造步骤：加工半成品壳体（1）及端框（2）；
2）配套步骤：齐套壳体（1）和端框（2）；
3）碱洗步骤：将配套的零件进行清洗；
4）试装步骤，顺序包括下述过程：
4.1用丙酮或酒精擦净零件贴合面及附件区域；
4.2测量壳体（1）和端框（2）的贴合面尺寸，保证过盈量0.4 mm～0.6 mm；
4.3将壳体（1）和端框（2）组合、压装，保证对合间隙不大于0.2mm，局部间隙不大于0.5mm，零件焊缝位置圆度不大于1.0mm；
5）搅拌摩擦焊步骤：将壳体（1）和端框（2）采用搅拌摩擦焊的方式焊接；
6）打磨焊缝步骤：去搅拌摩擦焊焊缝两侧飞边，并打磨修光；
7）去应力退火步骤：退火去除零件焊接后应力；
8）性能检测步骤：检测壳体焊缝的焊接性能；
9）加工外形步骤，顺序包括下述过程：
9.1将壳体安装于机床上，用百分表检测零件前、后端外圆圆度在0.1以内；
9.2用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，根据厚度检测情况确定后续加工余量；
9.3粗加工外形见光，用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，根据厚度检测情况调整壳体前后端中心，保证壁厚均匀；
9.4加工外形，保证壳体厚度及大端外径尺寸；
9.5用样板检外形母线，要求样板与产品贴合间隙不大于0.35mm；
9.6用测厚仪检测零件铝壳体前、中、后各处厚度，并记录；
10）性能检测步骤：
超声波探伤对焊缝位置分别进行纵波和横波检测，检测合格则进行步骤11），否则将成型零件另行处理；
11）加工安装孔步骤： 加工后端圆柱面上的安装孔，以保证后续装配要求。
2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于：所述性能检测步骤8）中，采用 X射线检测、超声波纵波和超声波横波检测焊缝性能。
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