CN106694906A - 一种大直径薄壁叉形环加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械制造加工技术，具体公开了一种大直径薄壁叉形环加工方法，通过机械加工的方式，先加工大端再加工小端，热应力处理之后，确定基准面，再反复多次交叉去除形变余量，再释放内应力，再次交叉去除形变余量。由于毛料零件截面厚度较大，且留有加工余量，所以粗车内外形时，直接用压板压紧零件，装夹之后，进行加工，尺寸精确。粗车完后大端留压边，一方面为后续精加工提供装夹位置，另一方面，留压边增强零件径向强度,防止零件在热处理或搬运过程中产生过大扭曲变形。精车内外形采用交叉去除内外形余量的方法使内应力均匀释放，以防内应力释放导致已加工面变形引起超差。

Description

一种大直径薄壁叉形环加工方法
技术领域
本发明属于机械制造加工技术，具体涉及一种运载火箭贮箱叉形环的加工方法。
背景技术
贮箱是运载火箭和导弹武器的重要组成部分，需要承受燃料内压、轴向压力、扭曲抗力以及飞行过程中的过载冲击。其中叉形环与贮箱筒段、箱底、短壳三个部件焊接，起到了连接作用。叉形环属于外形准确度要求较高、尺寸较大、曲率半径较大的框类零件。叉形环传统制造工艺采用钣金成形，此工艺方法存在较多问题：残余应力较大，存在回弹现象，在成形过程中截面形状可能发生畸变和工件扭曲。采用机械加工代替钣金成形是解决上述问题的理想制造工艺方案。但是对于薄壁大直径(直径3000-4000mm，壁厚7-10mm)类零件，装夹定位和变形控制是影响机械加工精度的重要因素。
某型号运载火箭的贮箱的大直径薄壁叉形环大端内径为D，大端壁厚为δ1±0.1，小端壁厚为δ20 +0.5，高度为H，是典型的大直径薄壁零件。
传统工艺方法的工艺流程为下料、预拉、弯曲贴模、淬火、二次拉弯、修整校形、人工时效、总检。该工艺方法首先在成形中可能会出现壁厚减薄破裂、起皱、截面畸变成形缺陷，其次实际生产中拉弯模修正量及工艺参数的确定主要以实际经验或通过试错法来解决。有时还需要多次预拉弯及热处理，最终成形后还要进行人工校形。这种方法成本高，时间长，形状精度难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对大直径薄壁叉形环加工方法，利用机械加工的方式生产大直径薄壁叉形环，精度较高、畸变和工件扭曲程度较小。
本发明的技术方案如下：
一种大直径薄壁叉形环加工方法，该方法包括如下步骤：
1)粗车端面及内外径；
a.将4～8个压板均布在毛料底端，从压边外侧顶紧毛料外径底部，车平毛料两端面；
b.粗车毛料内外径，使得内外径见光即可，大端留压边厚度8～12mm；
2)粗车内外形；
粗车外形，使得零件的外形直径尺寸距零件目标值15-24mm余量；
粗车内形，使得零件的内形直径尺寸距零件目标值15-24mm余量；
大端内外径均留压边厚度8～12mm；
3)热处理
去掉压板，将粗车之后的零件进行热处理除内应力；
4)精车基准面；
将零件小端置于车床床面上，零件大端朝上，将压板均布在小端外侧，从小端外圆顶紧零件；
车床车加工车平大端端面作为基准面；
5)精车内外形
a.以大端端面为基准，将上述压板均匀分布在大端内外侧，并压紧大端底部的压边；
b.分3～5次轮流去除部分内外形余量，使零件内外形直径尺寸距零件目标值2-3mm余量；
c.松开内外侧压板，自由释放内应力；
d.压紧内外侧压板，去除内外形剩余2-3mm余量；
e.分2-3次轮流去除内外形剩余余量；
6)切下零件，保留零件高度为目标值。
在上述的一种大直径薄壁叉形环加工方法中：进行步骤2)的粗车加工时，车床主轴转速24-25r/min，切削量4-5mm，刀具进给速度0.2-0.4mm/r，选择焊接式车刀，刀片材料YG8。
在上述的一种大直径薄壁叉形环加工方法中：进行步骤5)的精车加工时，精加工车床主轴转速27-28r/min，刀具进给速度0.15-0.25mm/r，机夹式车刀，刀片材料YG3。
在上述的一种大直径薄壁叉形环加工方法中：所述步骤3)热处理的时效温度为140±5℃，时效时间为4～6小时，冷却方式为空气冷却。
本发明的显著效果在于：通过机械加工的方式，先粗加工内外形，热处理去除内应力之后，确定基准面，再多次去除内外形大量余量，自由状态释放内应力(也可通过热处理去除内应力)，再次精加工去除剩余余量。
由于毛料零件截面厚度较大，且留有加工余量，所以粗车内外形时，直接用压板压紧零件，装夹之后，进行加工，尺寸精确。粗车完后大端留压边，一方面为后续精加工提供装夹位置，另一方面，留压边增强零件径向强度,防止零件在热处理或搬运过程中产生过大扭曲变形。精车内外形采用交叉去除内外形余量的方法使内应力均匀释放，以防内应力释放导致已加工面的变形引起超差。
附图说明
图1为叉形环结构示意图；
图2为粗车内外形结构示意图；
图3为精车内外形结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的交叉环结构，其内壁的截面为椭球理论线，交叉环上端外壁为椭球面，下端的外壁为圆柱外表面。将下端称之为大端，上端称之为小端。
实施例1：
某型号成品的尺寸为大端内径为Φ3338mm，大端壁厚为8±0.1mm，小端壁厚为4.6+0.50，高度为160mm。
下面以该型号产品加工为例，说明加工具体工艺。
1)粗车端面及内外径
a.将4～8个压板(本实施例选择8个)均布在毛料底端，从压边外侧顶紧毛料外径底部，车平毛料两端面。
b.粗车毛料内外径，使得内径Φ3270±1，外径Φ3374±1，单位毫米，大端留压边厚度10mm。
2)粗车内外形
如图2所示，
粗车毛料上端，使得毛料的小端外径Φ3320.3mm；粗车内形，大端内外径均留压边厚度10mm；
车加工时，车床主轴转速24-25r/min，切削量4-5mm，刀具进给速度0.2～0.4mm/r，选择焊接式车刀，刀片材料YG8。
本实施例中，主轴转速255r/min，切削量5mm，刀具进给速度0.3mm/r。
3)热处理
去掉压板，将粗车之后的零件进行热处理除内应力。
时效温度：140±5℃，时效时间为4～6小时，冷却方式：空气冷却。
本实施例中时效时间为3小时温度选择140℃。
4)精车基准面
将零件小端置于车床床面上，零件大端朝上，将八组压板均布在小端外侧，从小端外圆顶紧零件；
车床车加工车平大端端面作为基准面。
5)精车内外形
如图3所示，
a.以大端端面为基准，将上述压板均匀分布在大端内外侧，并压紧大端底部的压边；
b.分3～5次轮流去除内外形余量8mm；
c.松开内外侧压板，自由释放内应力；
d.压紧内外侧压板，内形去除2mm，外形去除2mm；
e.分2-3次轮流去除内外形剩余2mm余量
车加工时，精加工车床主轴转速27-28r/min，刀具进给速度0.1～0.3mm/r，机夹式车刀，刀片材料YG3。
本实施例中选择车床主轴转速27r/min，刀具进给速度0.2mm/r。
6)切下零件，保留零件高度160mm。

Claims (4)

1.一种大直径薄壁叉形环加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)粗车端面及内外径；
a.将4～8个压板均布在毛料底端，从压边外侧顶紧毛料外径底部，车平毛料两端面；
b.粗车毛料内外径，使得内外径见光即可，大端留压边厚度8～12mm；
2)粗车内外形；
粗车外形，使得零件的外形直径尺寸距零件目标值15-24mm余量；
粗车内形，使得零件的内形直径尺寸距零件目标值15-24mm余量；
大端内外径均留压边厚度8～12mm；
3)热处理
去掉压板，将粗车之后的零件进行热处理除内应力；
4)精车基准面；
将零件小端置于车床床面上，零件大端朝上，将压板均布在小端外侧，从小端外圆顶紧零件；
车床车加工车平大端端面作为基准面；
5)精车内外形
a.以大端端面为基准，将上述压板均匀分布在大端内外侧，并压紧大端底部的压边；
b.分3～5次轮流去除部分内外形余量，使零件内外形直径尺寸距零件目标值2-3mm余量；
c.松开内外侧压板，自由释放内应力；
d.压紧内外侧压板，去除内外形剩余2-3mm余量；
e.分2-3次轮流去除内外形剩余余量；
6)切下零件，保留零件高度为目标值。
2.如权利要求1所述的一种大直径薄壁叉形环加工方法，其特征在于：进行步骤2)的粗车加工时，车床主轴转速24-25r/min，切削量4-5mm，刀具进给速度0.2-0.4mm/r，选择焊接式车刀，刀片材料YG8。
3.如权利要求1所述的一种大直径薄壁叉形环加工方法，其特征在于：进行步骤5)的精车加工时，精加工车床主轴转速27-28r/min，刀具进给速度0.15-0.25mm/r，机夹式车刀，刀片材料YG3。
4.如权利要求1所述的一种大直径薄壁叉形环加工方法，其特征在于：所述步骤3)热处理的时效温度为140±5℃，时效时间为4～6小时，冷却方式为空气冷却。
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