CN106425297A - 一种外网格壁板数控加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种外网格壁板数控加工工艺方法，(1)铣加工平板的两平面，使得铣后平板的厚度为对应壳体壁板的最厚的厚度；(2)将上述平板进行弯曲成型，使平板弯曲后的曲率半径为壁板的最终半径；(3)将弯曲后的平板放置在一个带真空吸盘的弧胎上，找正并定位后启动真空吸盘；所述的带真空吸盘的弧胎与壳体壁板的弧度相匹配；(4)沿弯曲后平板外端的切向方向施加拉力；(5)在弯曲后平板的母线方向两端头施加两组均布压紧力；(6)在经过步骤(5)处理后的平板上铣加工网格下陷和焊接区厚度，完成一张壳体壁板的加工；(7)重复步骤(1)‑(6)完成壳体所有壁板的加工，将加工后的壁板焊接成筒段。

Description

一种外网格壁板数控加工工艺方法

技术领域

本发明涉及一种数控加工工艺方法，具体涉及运载火箭和导弹武器的重要组成部分外网格整体壁板加工所需工艺方法，即外网格整体壁板采用先滚弯后机械加工工艺方法。

背景技术

前后短壳是贮箱与其他部段连接的纽带需要承受较大的作用力，其加工质量直接影响整发箭的稳定性能。我国现役批产运载火箭的整体壁板制造主要采用“平板滚弯”—“化铣”的方案。目前新型号运载火箭整体壁板制造主要采用“平板机械铣”—“滚弯”的方案。

近年来随着我国北斗二代导航、载人航天、探月工程等航天科技专项的实施，形成了高强密度发射的格局，因此对火箭壁板需求量大大增加。另一方面，载人航天、探月工程等项目对火箭产品质量可靠性提出了更高要求，传统的壁板制造工艺已无法满足型号研制需要。主要体现在以下几点：

1.传统化铣方案存在的问题

工艺方法：平板滚弯——化铣网格——焊接成筒

(1)无法满足整体壁板精度需求

传统的化铣工艺，化学腐蚀速率控制难度大，易产生过腐蚀或不均匀腐蚀，要么造成壁板局部出现点蚀坑或腐蚀部位偏薄，要么造成壁板腐蚀不到位引起全面超正差，为了保证现役型号壁板要求，多数情况下壁板厚度均为超正差交付。加工精度低，剩余壁厚公差难以控制。

(2)无法满足火箭减重需求

传统的化铣工艺，在筋条根部总有一个半径与加工深度相当的圆角，腐蚀深度越大圆角也越大，因而大大增加了壁板的重量，不利于箭体减重。因此，化学铣切的深度一般限制在10mm以下，我国现有化铣整体壁板均为小厚度化铣结构。

(3)无法满足绿色制造需求

化铣工艺会造成大量的废液排放，大量有机胶的使用后带来的对环境危害大的有机物垃圾，能源浪费严重，环境污染压力大。

2.平板机械铣网格壁板方案存在的问题

工艺方法：平板铣加工网格——滚弯成型——焊接成筒

平板数铣网格壁板虽然解决了减重及无污染等问题，但依然存在如下质量问题。

(1)弯曲成型精度低

现役或在制运载火箭整体壁板网格形式主要有均匀网格、均匀网格加凸台、不均匀网格、不均匀网格加凸台、光筒加凸台等结构。

中间筋高与蒙皮及焊接边的壁厚差异较大，使薄蒙皮区刚性差，壁板弯曲变形时局部凹陷，母线直线度很差；

非均匀网格结构，壁板弯曲时各部位受力及变形不均，造成型面及直线度等尺寸精度差；导致壁板焊接完成后的壳体圆度较差，无法与其他部段正常连接；

光筒壁板实际上是中间蒙皮部位大面积无网格筋，但局部有交叉筋或凸台，同时蒙皮厚度与焊接边厚度有相对较小的差异。这类蒙皮因外形尺寸大、各部位壁厚不同及局部突变，成形更为困难，其直线度和型面精度更难控制。

(2)弯曲成型过程中容易断裂

数铣网格壁板的结构特点是：筋的根部转角R小、筋间交叉圆角小，应力容易集中，造成局部变形不充分及鼓包甚至开裂等问题；

对于网格区有凸台等突变结构的壁板，在弯曲局部刚性过高或过弱，造成变形不均或局部变形不够，凸台边缘部位容易出现鼓包甚至开裂等问题；

上述壁板制造存在的环境污染、生产效率低、产品精度底、应力容易集中等问题已成为制约我国二代导航、载人航天、探月工程等重大科技专项的瓶颈，无法满足我国高强密度发射任务需要和载人航天工程等对产品质量可靠性的要求。

采用先滚弯后机械铣代替传统的化铣和平板机械铣技术，实现整体壁板成型后机械铣减薄工艺方案，是运载火箭整体壁板理想的制造方法。并成功实现了在某新型号中的应用，大幅提升了壁板制造精度，为提升我国整体壁板制造水平奠定了技术保障。不仅可以在现有型号壁板数控加工中应用，而且，为预研型号整体壁板数控加工提供了重要的可行性方案。

发明内容

本发明的技术解决问题：提供一种运载火箭整体壁板数控加工的工艺方法，以实现高制造精度、低应力的运载火箭外网格整体壁板的工程化制造。

本发明的技术解决方案：一种外网格整体壁板数控加工工艺方法，步骤如下：

(1)铣加工平板的两平面，使得铣后平板的厚度为对应壳体壁板的最厚的厚度；

(2)将步骤(1)处理后的平板进行弯曲成型，使平板弯曲后的曲率半径为壁板的最终半径；

(3)将弯曲后的平板放置在一个带真空吸盘的弧胎上，找正并定位后启动真空吸盘；所述的带真空吸盘的弧胎与壳体壁板的弧度相匹配；

(4)沿弯曲后平板外端的切向方向施加拉力，以克服弯曲成形产生的误差和弯曲后回弹现象产生的与理论形面的误差，使弯曲后的平板圆弧方向与弧胎贴合；

(5)在弯曲后平板的母线方向两端头施加两组均布压紧力，以克服由于弯曲后平板母线不直度产生的与弧胎的间隙，使弯曲后平板的母线方向两端头与胎具贴合；

(6)在经过步骤(5)处理后的平板上铣加工网格下陷和焊接区厚度，完成一张壳体壁板的加工；

(7)重复步骤(1)-(6)完成壳体所有壁板的加工，将加工后的壁板焊接成筒段。

进一步的，弧胎的弧长比壳体壁板弧长长80-150mm。

进一步的，步骤(6)中铣加工网格下陷和焊接区厚度后裁切平板四端的余量，完成一张壳体壁板的加工。

进一步的，先裁切弯曲后壁板弧向两端余量，之后重新在裁切后的两端施加法向压紧力，再裁切壁板另外两端的余量。

进一步的，步骤(5)中施加两组均布压紧力对平板两端同时开始，且从弯曲后平板的最高处向两端左右对称施加。

进一步的，步骤(5)中力的施加间距满足150-300mm。

进一步的，步骤(1)中铣加工后平板的厚度精度±0.1；步骤(6)中铣加工后平板网格下陷剩余厚度精度和焊接区厚度精度±0.1。

进一步的，步骤(2)中弯曲后的平板母线直线度不大于1.5，内弧面与实际样板间隙不大于2mm。

进一步的，步骤(4)中施加切向方向拉力的切点最优为弧胎与弯曲后平板接触的最外点。

本发明与现有技术相比的优点在于：

弯曲成型不带网格下陷的等厚度平板，成形容易精度高，不会出现弯曲断裂、变形等现象。

由于外力作用使滚弯平板在与理论成形形状完全一致的状态下机械加工网格，加工精度更好。

采用此工艺方法加工壁板，壁板精度高、无污染。且机加工网格根部R由刀具底角大小决定，可按任意选定，而化铣网格根部R由网格深度决定，因此减重效果好优于化铣网格。

采用此工艺方法加工壁板，壁板成形精度高，材料残余应力小。板材各向异性影响因素小，其母线直线度及圆度控制精度较高。材料相对均匀形变，无应力集中，更有利于厚板弯曲成形。

附图说明

图1为外网格壁板结构示意图；

图2为本发明实施例Ф3338mm壳体结构示意图；

图3为本发明弯曲成形前平板示意图；

图4为平板滚弯后示意图

图5a、5b为本发明实施例裁切前三维及主视图；

图6a、6b为本发明实施例裁切后三维及主视图；

图7为本发明提供拉力装置示意图；

图8为图7剖视图；

图9为本发明提供压力装置示意图；

图10为滚弯平板受力示意图；

图11为本发明方法流程图。

具体实施方式

本发明整体采用先滚弯后机械铣网格方案，具体流程为：首先加工平板两面厚度，平板总厚度精铣到位；然后平板弯曲成形，保证弯曲后平板半径R为最终壳体半径；再机械铣外网格，使滚弯平板内表面与胎具完全贴合后，数控铣加工网格；最后焊接成壳体。

铣加工平板两平面，保证铣加工后的平板厚度为壳体壁板最厚的厚度。

将铣加工到所需厚度尺寸的平板，经滚床滚弯，保证滚弯后的平板内外表面半径与壁板内外表面半径一致。弯曲后的平板母线直线度不大于1.5，内弧面与实际样板间隙不大于2mm。

将弯曲后的平板放置在真空吸盘弧胎上，真空吸盘弧胎的圆弧半径与弯曲平板的内表面半径相同。真空吸盘的弧胎作为弯曲后壁板的胎具，一方面起支撑作用，一方面起吸附作用；

由于平板弯曲成形过程中，在塑性变形的同时还存在部分弹性变形，所以在去掉外力后壁板会产生一定的回弹现象。由于零件尺寸较大，经矫正后也会与实际要求存在误差。弯曲平板内表面半径与真空吸盘的圆弧半径存在误差。在弯曲平板两外端切向施加拉力，使弯曲平板的内表面与真空吸盘弧面在圆弧方向上贴合。

施加切向方向拉力的切点最优为弧胎与弯曲后平板接触的最外点，以保证施加的切向拉力对弯曲平板和胎具的贴合不会起到相反的作用。

弯曲成形后平板内弧面母线直线度误差较大，即使施加圆弧方向切向拉力，在母线方向上壁板与吸盘仍会有较大间隙，并且滚弯后的壁板母线方向的刚度要远远大于切向方向的刚度。仅仅依靠真空吸盘很难消除由于弯曲成形形状误差造成的间隙。在弯曲后平板的母线方向两端头施加两组均布压紧力。施加两组均布压紧力对平板两端同时开始，且从弯曲后平板的最高处向两端左右对称施加。

在母线两端压紧力和圆弧方向两端拉紧力的作用下，克服了大部分由于成形造成的误差，同时平板四边也能够与真空吸盘很好的贴合，使吸盘与平板中间形成一个相对密闭的空间，真空吸盘更容易吸附平板，使平板与胎具有良好的贴合度。

在平板与胎具贴合状态下铣加工网格下陷和焊接区厚度，保证铣加工精度±0.1。

铣加工网格下陷和焊接区厚度完成后，首先裁切平板弧向两端余量，在裁切后的弧向两端施加法向压紧力，保证吸盘与壁板中间相对密闭空间的形成。再裁切掉壁板母线方向两端余量，完成一张壳体壁板的加工。

弧胎的弧长比壳体壁板弧长长80-150mm。

实施例

下面以某型号内径为Ф3338mm壳体的单块壁板为阐述对象，详细介绍本发明。每个短壳(壳体)由四块壁板焊接而成。每块壁板高度510mm，壁板蒙皮厚度1.5mm，尺寸精度为±0.1mm，壁板筋条厚度20mm筋宽尺寸精度为±0.15mm，焊接区剩余厚度为7.7mm。具体结构见图1和图2。

本发明工艺方法的具体实施过程，如图11所示，具体如下：

(1)首先由数控壁板铣机床加工平板两面厚度，保证平板总厚度精度±0.1，平板总厚度20精铣到位。如图3所示

(2)由四轴滚床滚弯平板，滚弯时注意下压量，每次下压量20～40，前几次滚弯下压量取上限，后几次滚弯下压量取下限。滚弯后去除滚弯所需的两端余量。平板弯曲成100°内弧面半径R＝1669的弧板，母线直线度为1.5，内弧面与样板间隙不大于2.0mm。图4所示

(3)机械铣加工滚弯后平板的外网格，数控铣加工弯曲平板网格，网格剩余壁厚1.5±0.1，焊接区剩余厚度为7.7±0.1，网格筋条宽度精度±0.15。

滚弯平板置于圆弧半径为R1669的弧胎上。在弯曲平板的中间位置上下各设置两处定位销，用于弯曲平板定位且防止平板在加工过程中位置移动；在弯曲平板圆弧方向两端沿94°处的切线方向施加两组拉力以克服弯曲成形产生的误差和弯曲后回弹现象产生的与理论形面的误差，并且使弯曲平板圆弧方向两端头与胎具贴合；在弯曲平板母线方向两端头施加两组均布压紧力以克服由于成形弯曲平板母线不直度产生的与胎具的间隙，使弯曲平板母线方向两端头也与胎具贴合；图10所示。

其中切向拉力可以通过如图5a、5b所示的16组拉紧装置施加，该装置包括如图7、8所示，包括拉钩21、销钉22、铰链23、接头24、螺套25、螺杆26、旋臂27、锁紧螺母28、销轴29、底座210、螺钉211、拉紧螺钉212，

转动拉紧装置的旋臂27，使螺杆26沿螺套25向壁板侧移动，使拉紧装置的拉钩21能勾住壁板上预留长圆孔；拉钩21勾住孔后，转动旋臂27通过力矩的作用使螺杆26与螺套25的螺纹产生相对运动；螺杆26通过螺纹连接带动拉紧螺钉212运动，螺杆26外螺纹与螺钉212连接的内螺纹旋向相反，外螺纹为右旋内螺纹为左旋；拉紧螺钉212通过台阶带动接头24向外运动，接头24与螺钉212之间可以自由转动，以保证拉钩21保持在竖直状态；接头24通过螺纹与铰链23连接，接头24可以带动铰链23向外运动；铰链23与拉钩21通过销轴22连接从而拉紧壁板，拉钩21可以绕销轴22转动，方便不用拉紧装置时打开拉钩21，使拉紧装置远离壁板。

其中母线两端压紧力可以通过如图5a、5b所示的压板3施加。

弯曲成形后的平板置于真空吸盘弧胎4上；找正零件并插入两处定位销；启动真空吸盘；然后分别将16组拉紧装置拉紧。为了与上述拉紧装置2配合，如图4所示，弯曲前平板左右两侧加工圆孔，通过该圆孔与拉钩21配合实现切向方向拉紧。左右同时由中间向两端两个一组转动旋臂27，分4-6次旋紧拉紧装置；锁紧位于螺杆26上的锁紧螺母28；即可沿圆弧切线方向拉紧平板。然后前后排同时开始，由弯曲平板的最高处向两端左右对称压紧28组压板。

(4)裁切左右两侧余量，同时拉紧装置拉钩21勾住的16处长圆孔被一并裁切；壁板弧长方向圆弧对应圆心角90°。弧长方向两端各施加一组压紧力保证平板与弧胎贴合。

其中压紧力可以通过如图6a、6b所示的4组压紧装置施加。在裁切左右余量之前，四组压紧装置位于弧胎两侧并且在平板的下方与其他装置不干涉。裁切掉左右余量后，将压紧装置压紧平板。

如图9所示，该压紧装置包括手柄51、螺杆Ⅰ 52、螺帽53、支撑臂54、销钉Ⅰ 55、销钉Ⅱ 56、底座Ⅰ 57；

底座Ⅰ 57包括底板和两个侧板，通过底板与弧胎4的侧面连接，侧板上设置竖直方向的长圆孔，侧板上端设置半圆孔，支撑臂54底端设置销钉孔，支撑臂54一端通过穿过其销钉孔的销钉Ⅱ 56安装在两个侧板之间的间隙中，并可沿侧板上的长圆孔上下移动；支撑臂54上安装销钉Ⅰ 55，当销钉Ⅱ 56位于长圆孔的最底端时，支撑臂54通过进入上述半圆孔的销钉Ⅰ 55限位；支撑臂的另一端安装螺杆Ⅰ 52，螺杆Ⅰ 52的外端安装手柄51，另一端安装螺帽53，通过螺帽压紧在弯曲的平板上。

(6)裁切平板上下两侧余量，单块壁板加工完成，如图1所示。

(7)重复加工4块壁板

(8)如图2所示，将四张90°加工完成的壁板，由多功能焊接设备焊接成壳体

本发明不仅可以在现有型号外网格壁板数控加工中应用，而且，为预研型号外网格壁板数控加工提供了重要的可行性方案。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种外网格壁板数控加工工艺方法，其特征在于步骤如下：

(1)铣加工平板的两平面，使得铣后平板的厚度为对应壳体壁板的最厚的厚度；

(2)将步骤(1)处理后的平板进行弯曲成型，使平板弯曲后的曲率半径为壁板的最终半径；

(3)将弯曲后的平板放置在一个带真空吸盘的弧胎上，找正并定位后启动真空吸盘；所述的带真空吸盘的弧胎与壳体壁板的弧度相匹配；

(4)沿弯曲后平板外端的切向方向施加拉力，以克服弯曲成形产生的误差和弯曲后回弹现象产生的与理论形面的误差，使弯曲后的平板圆弧方向与弧胎贴合；

(5)在弯曲后平板的母线方向两端头施加两组均布压紧力，以克服由于弯曲后平板母线不直度产生的与弧胎的间隙，使弯曲后平板的母线方向两端头与胎具贴合；

(6)在经过步骤(5)处理后的平板上铣加工网格下陷和焊接区厚度，完成一张壳体壁板的加工；

(7)重复步骤(1)-(6)完成壳体所有壁板的加工，将加工后的壁板焊接成筒段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：弧胎的弧长比壳体壁板弧长长80-150mm。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(6)中铣加工网格下陷和焊接区厚度后裁切平板四端的余量，完成一张壳体壁板的加工。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：先裁切弯曲后壁板弧向两端余量，之后重新在裁切后的两端施加法向压紧力，再裁切壁板另外两端的余量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中施加两组均布压紧力对平板两端同时开始，且从弯曲后平板的最高处向两端左右对称施加。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：步骤(5)中力的施加间距满足150-300mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中铣加工后平板的厚度精度±0.1；步骤(6)中铣加工后平板网格下陷剩余厚度精度和焊接区厚度精度±0.1。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中弯曲后的平板母线直线度不大于1.5，内弧面与实际样板间隙不大于2mm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中施加切向方向拉力的切点最优为弧胎与弯曲后平板接触的最外点。