CN109500459A - 一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,包括如下步骤:(1)根据活门座三维模型,确定粗加工和半粗加工阶段刀具尺寸;(2)确定电弧粗加工路径到三维模型边界的粗加工最小距离,得到粗加工产品;(3)确定电弧半粗加工路径到三维模型边界的半粗加工最小距离,得到半粗加工产品;(4)确定电火花半精加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离,得到半精加工产品;(5)构建仿形电极并进行电火花精加工,得到精加工产品。本发明实现了活门座端面表面粗糙度达到Ra0.2,端面与基准面垂直度达到0.05mm,制造总时间较现有机械加工方法减少20‑40%,制造成本降低50‑70%。
Description
技术领域
本发明涉及一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,属于特种加工领域。
背景技术
活门壳体是航天发动机的核心部件之一,而活门座是其关键结构。其制造质量和加工效率影响整个型号发射的成败和型号研制的周期。活门座的现有加工方法是专用车刀加工。然而,超深孔活门座受空间结构限制,无法使用车削加工,且其材料为镍基高温合金,现有传统机械加工方法进行加工时存在加工方式受限、刀具损耗严重、加工成本高、加工效率低下等问题。电加工方法不受材料强度和硬度限制,被广泛应用于该类材料的加工。传统电火花加工表面质量好、加工影响层薄,但存在加工效率低下,能耗大等问题,而电弧加工方法加工效率高、加工成本低,但表面质量较差。
发明内容
本发明的技术解决问题:为克服现有技术的不足,提供一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,以提高加工精度及效率。
本发明的技术解决方案:
一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,具体步骤为:
(1)根据活门座三维模型,确定活门座被加工位置的最窄尺寸,根据活门座被加工位置的最窄尺寸,确定粗加工和半粗加工阶段刀具尺寸;
(2)确定电弧粗加工路径到三维模型边界的粗加工最小距离,粗加工过程中峰值电流范围为600A-800A,冲液压力为0.4-0.7MPa,电极旋转速度为1500-3000r/min,得到粗加工产品;
(3)确定电弧半粗加工路径到三维模型边界的半粗加工最小距离,半粗加工过程中峰值电流范围为100A-300A,冲液压力为0.1-0.3MPa,电极旋转速度为500-1000r/min,得到半粗加工产品;
(4)根据三维模型形状,构建仿形电极并进行电火花半精加工,确定电火花半精加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离,半精加工过程中峰值电流范围为2A-10A,击穿电压为150-310V,脉冲宽度为50-100μs,得到半精加工产品;
(5)根据三维模型形状,构建仿形电极并进行电火花精加工,精加工过程中峰值电流范围为0.02A-0.3A,浸液深度不低于50mm,得到精加工产品。
确定加工路径到三维模型边界的粗加工和半粗加工最小距离的方法为:在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、冲液压力、电极旋转速度不同参数组合进行正交实验,加工相同长度、宽度、深度的槽,记录加工时间和试验件加工前后质量,计算各组参数下加工效率,对获得最大加工效率参数组合形成的槽进行径向剖切,确定影响层厚度,最小距离不小于影响层厚度。
确定加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离的方法为:在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、击穿电压、脉冲宽度不同参数组合进行正交实验,加工相同尺寸的活门座,记录加工时间和试验件加工前后质量,计算各组参数下加工效率,对获得最大加工效率参数组合形成的槽进行径向剖切,确定影响层厚度,最小距离不小于影响层厚度。
粗加工路径到三维模型边界的最小距离0.4-0.6mm,粗加工过程中击穿电压220-310V,脉冲宽度5-8ms,脉冲间隔1-2ms,得到粗加工产品。
粗加工过程、半粗加工过程使用管状石墨电极对活门座进行电弧铣削加工,半精加工和精加工过程使用仿形紫铜电极对活门座进行电火花成型加工,精加工阶段紫铜电极内端面表面精磨到表面粗糙度Ra0.2。
半粗加工路径到三维模型边界的最小距离0.2-0.3mm,半粗加工过程中击穿电压100-220V,脉冲宽度1-3ms,脉冲间隔1-3ms,得到半粗加工产品。
半精加工路径到三维模型边界的最小距离0.1-0.2mm,半精加工过程中脉冲间隔50-100μs,得到半精加工产品。
精加工过程中击穿电压50-120V,脉冲宽度2-6μs,脉冲间隔2-6μs,得到精加工产品。
精加工过程中,通过主轴角度控制功能调整仿形电极安装角度,使仿形紫铜电极与基准面垂直度不大于0.05mm。
精加工过程中,仿形电极每次进给量不大于0.01mm,精加工产品与三维模型深度尺寸差距不大于0.05mm时,测量其表面粗糙度,如不大于Ra0.2则加工结束,如大于Ra0.2,则调低步骤5峰值电流进行加工,直至表面粗糙度不大于Ra0.2为止;再对精加工产品进行液压强度试验,内腔通入50MPa水压,保压5min,如无泄漏,则为合格,如有泄漏,则报废。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
(1)本发明通过对航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法进行设计,实现了活门座端面表面粗糙度达到Ra0.2,端面与基准面垂直度达到0.05mm,制造总时间较现有机械加工方法减少20-40%,制造成本降低50-70%;
(2)本发明进行液压强度试验,内腔通入50MPa水压,保压5min,无泄漏。
附图说明
图1为本发明加工过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,如图1所示,具体步骤为:
(1)根据活门座三维模型,确定活门座被加工位置的最窄尺寸,根据活门座被加工位置的最窄尺寸,确定粗加工和半粗加工阶段刀具尺寸,粗加工阶段刀具尺寸为Φ12-Φ20mm,半粗加工阶段刀具尺寸Φ6-Φ12mm;
(2)确定电弧粗加工路径到三维模型边界的粗加工最小距离,粗加工路径到三维模型边界的最小距离0.4-0.6mm,粗加工过程中峰值电流范围为600A-800A,冲液压力为0.4-0.7MPa,电极旋转速度为1500-3000r/min,粗加工过程中击穿电压220-310V,脉冲宽度5-8ms,脉冲间隔1-2ms,得到粗加工产品;
(3)确定电弧半粗加工路径到三维模型边界的半粗加工最小距离,半粗加工路径到三维模型边界的最小距离0.2-0.3mm,半粗加工过程中峰值电流范围为100A-300A,冲液压力为0.1-0.3MPa,电极旋转速度为500-1000r/min,半粗加工过程中击穿电压100-220V,脉冲宽度1-3ms,脉冲间隔1-3ms,得到半粗加工产品;
(4)根据三维模型形状,构建仿形电极并进行电火花半精加工,确定电火花半精加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离,半精加工路径到三维模型边界的最小距离0.1-0.2mm,半精加工过程中峰值电流范围为2A-10A,击穿电压为150-310V,脉冲宽度为50-100μs,半精加工过程中脉冲间隔50-100μs,得到半精加工产品;
(5)根据三维模型形状,构建仿形电极并进行电火花精加工,精加工过程中峰值电流范围为0.02A-0.3A,浸液深度不低于50mm,精加工过程中击穿电压50-120V,脉冲宽度2-6μs,脉冲间隔2-6μs,精加工过程中,通过主轴角度控制功能调整仿形电极安装角度,使仿形紫铜电极与基准面垂直度不大于0.05mm,得到精加工产品。
确定加工路径到三维模型边界的粗加工和半粗加工最小距离的方法为:在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、冲液压力、电极旋转速度不同参数组合进行正交实验,加工相同长度、宽度、深度的槽,记录加工时间和试验件加工前后质量,计算各组参数下加工效率,对获得最大加工效率参数组合形成的槽进行径向剖切,确定影响层厚度,最小距离不小于影响层厚度。
确定加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离的方法为:在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、击穿电压、脉冲宽度不同参数组合进行正交实验,加工相同尺寸的活门座,记录加工时间和试验件加工前后质量,计算各组参数下加工效率,对获得最大加工效率参数组合形成的槽进行径向剖切,确定影响层厚度,最小距离不小于影响层厚度。
半精加工和精加工过程使用仿形紫铜电极对活门座进行电火花成型加工,精加工阶段紫铜电极内端面表面精磨到表面粗糙度Ra0.2。
精加工过程中,仿形电极每次进给量不大于0.01mm,精加工产品与三维模型深度尺寸差距不大于0.05mm时,测量其表面粗糙度,如不大于Ra0.2则加工结束,如大于Ra0.2,则调低步骤(5)峰值电流进行加工,直至表面粗糙度不大于Ra0.2为止;再对精加工产品进行液压强度试验,内腔通入50MPa水压,保压5min,如无泄漏,则为合格,如有泄漏,则报废。
实施例
(1)根据活门座三维模型,确定活门座被加工位置的最窄尺寸为8mm,根据活门座被加工位置的最窄尺寸8mm,确定粗加工阶段刀具直径为Φ16mm和半粗加工阶段刀具直径为Φ6mm;
(2)在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、冲液压力、电极旋转速度不同参数组合进行粗加工正交实验,分别加工长度80mm、宽度16mm、深度2mm的槽(粗加工正交试验参数设置及结果如表1所示),可得最大加工效率参数组合为峰值电流800A,冲液压力0.7MPa,电极旋转速度2500r/min。该组参数组合的影响层厚度为0.47mm,确定电弧粗加工路径到三维模型边界的粗加工最小距离为0.5mm,使用管状石墨电极在该组参数下进行粗加工,加工中击穿电压选择310V,脉冲宽度选择8ms,脉冲间隔选择2ms,得到粗加工产品;
(3)在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、冲液压力、电极旋转速度不同参数组合进行半粗加工正交实验,分别加工长度100mm、宽度6mm、深度0.1mm的槽(半粗加工正交试验参数设置及结果如表2所示),可得最大加工效率参数组合为峰值电流300A,冲液压力0.2MPa,电极旋转速度500r/min。该组参数组合的影响层厚度为0.25mm,确定电弧半粗加工路径到三维模型边界的粗加工最小距离为0.3mm,使用管状石墨电极在该组参数下进行半粗加工,加工中击穿电压选择200V,脉冲宽度选择2ms,脉冲间隔选择2ms,得到半粗加工产品;
(4)在活门座相同材料试验件上,使用仿形紫铜电极,通过峰值电流、击穿电压、脉冲宽度不同参数组合进行半精加工正交实验,分别加工活门座(半精加工正交试验参数设置及结果如表3所示),可得最大加工效率参数组合为峰值电流10A,击穿电压为250V,脉冲宽度50μs。该组参数组合的影响层厚度为0.08mm,确定半精加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离为0.13mm,使用仿形紫铜电极在该组参数下进行半精加工,加工中脉冲间隔选择50μs,得到半精加工产品;
(5)根据三维模型形状,构建仿形电极进行电火花精加工,加工中峰值电流选择0.1A,浸液深度选择53mm,击穿电压选择100V,脉冲宽度选择2μs,脉冲间隔选择2μs,仿形电极每次进给量0.005mm,精加工产品与三维模型尺寸差距为0.05mm为止,测量其表面粗糙度为Ra0.2,得到精加工产品;再对精加工产品进行液压强度试验,内腔通入50MPa水压,保压5min,如无泄漏,则为合格,如有泄漏,则报废。
(6)汇总该产品加工时间为5.44小时,加工成本540元。使用传统机械加工方法加工该活门座用时8小时,加工成本1350元,计算可得该种电加工方法的制造总时间较现有机械加工方法减少32%,制造成本降低60%。
表1试验件粗加工正交试验参数设置及结果
表2试验件半粗加工正交试验参数设置及结果
表3试验件半精加工正交试验参数设置及结果
最后应当说明,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而不受上述实施例的限制,其其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,具体步骤为:
(1)根据活门座三维模型,确定活门座被加工位置的最窄尺寸,根据活门座被加工位置的最窄尺寸,确定粗加工和半粗加工阶段刀具尺寸;
(2)确定电弧粗加工路径到三维模型边界的粗加工最小距离,粗加工过程中峰值电流范围为600A-800A,冲液压力为0.4-0.7MPa,电极旋转速度为1500-3000r/min,得到粗加工产品;
(3)确定电弧半粗加工路径到三维模型边界的半粗加工最小距离,半粗加工过程中峰值电流范围为100A-300A,冲液压力为0.1-0.3MPa,电极旋转速度为500-1000r/min,得到半粗加工产品;
(4)根据三维模型形状,构建仿形电极并进行电火花半精加工,确定电火花半精加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离,半精加工过程中峰值电流范围为2A-10A,击穿电压为150-310V,脉冲宽度为50-100μs,得到半精加工产品;
(5)根据三维模型形状,构建仿形电极并进行电火花精加工,精加工过程中峰值电流范围为0.02A-0.3A,浸液深度不低于50mm,得到精加工产品。
2.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,确定加工路径到三维模型边界的粗加工和半粗加工最小距离的方法为:在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、冲液压力、电极旋转速度不同参数组合进行正交实验,加工相同长度、宽度、深度的槽,记录加工时间和试验件加工前后质量,计算各组参数下加工效率,对获得最大加工效率参数组合形成的槽进行径向剖切,确定影响层厚度,最小距离不小于影响层厚度。
3.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,确定加工路径到三维模型边界的半精加工最小距离的方法为:在活门座相同材料试验件上,通过峰值电流、击穿电压、脉冲宽度不同参数组合进行正交实验,加工相同尺寸的活门座,记录加工时间和试验件加工前后质量,计算各组参数下加工效率,对获得最大加工效率参数组合形成的槽进行径向剖切,确定影响层厚度,最小距离不小于影响层厚度。
4.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,粗加工路径到三维模型边界的最小距离0.4-0.6mm,粗加工过程中击穿电压220-310V,脉冲宽度5-8ms,脉冲间隔1-2ms,得到粗加工产品。
5.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,粗加工过程、半粗加工过程使用管状石墨电极对活门座进行电弧铣削加工,半精加工和精加工过程使用仿形紫铜电极对活门座进行电火花成型加工,精加工阶段紫铜电极内端面表面精磨到表面粗糙度Ra0.2。
6.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,半粗加工路径到三维模型边界的最小距离0.2-0.3mm,半粗加工过程中击穿电压100-220V,脉冲宽度1-3ms,脉冲间隔1-3ms,得到半粗加工产品。
7.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,半精加工路径到三维模型边界的最小距离0.1-0.2mm,半精加工过程中脉冲间隔50-100μs,得到半精加工产品。
8.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,精加工过程中击穿电压50-120V,脉冲宽度2-6μs,脉冲间隔2-6μs,得到精加工产品。
9.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,精加工过程中,通过主轴角度控制功能调整仿形电极安装角度,使仿形紫铜电极与基准面垂直度不大于0.05mm。
10.如权利要求1所述的一种航天发动机镍基高温合金超深孔活门座加工方法,其特征在于,精加工过程中,仿形电极每次进给量不大于0.01mm,精加工产品与三维模型深度尺寸差距不大于0.05mm时,测量其表面粗糙度,如不大于Ra0.2则加工结束,如大于Ra0.2,则调低步骤5峰值电流进行加工,直至表面粗糙度不大于Ra0.2为止;再对精加工产品进行液压强度试验,内腔通入50MPa水压,保压5min,如无泄漏,则为合格,如有泄漏,则报废。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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