CN110076259A - 机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，燃烧室壳体包括前封头和圆筒后接头组件；圆筒后接头组件加工包括圆筒后接头组件旋压坯料加工‑圆筒后接头组件旋压加工‑焊接成燃烧室壳体并去应力退火。取消了圆筒后接头组件的焊接及焊缝检测工序，减少了原材料消耗，加工效率较高、加工周期较短、加工成本较低。本发明的圆筒后接头组件的加工方法，不仅可用于小型火箭壳体圆筒后接头组件的加工，也可以用于其它类似产品零件的加工。

Description

机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法
技术领域
本发明涉及固体火箭燃烧室壳体加工技术领域，具体涉及一种机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法。
背景技术
随着无人机、直升机等技术的快速发展，机载的以固体火箭为动力的防务产品、环境探测产品应用越来越多，其特点是要求数量多、加工效率高、制造成本低。
中大型的固体火箭发动机作为战略导弹、战术导弹、军民用卫星的发射动力装置，其固体火箭燃烧室壳体的产品价值高，加工周期长。其传统的加工方法是采用强力旋压加工圆筒，采用冲压拉深加工椭球体，采用锻件坯料加工后接头，椭球体与后接头焊接成后封头，圆筒与前封头、后封头(或后接头)对接焊成燃烧室壳体。对接焊采用铜衬内撑具调圆撑紧焊接，焊接后取出铜衬内撑具后，操作者钻到壳体内打磨焊缝背面。这种燃烧室壳体的加工方法效率较低、周期较长、成本较高。对于机载小型火箭燃烧室壳体圆筒后接头组件，采用传统的中大型的固体火箭燃烧室壳体的加工方法，难于满足机载小型火箭壳体数量多、加工效率高、制造成本低的新要求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种制造效率高且制造成本低的机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法。
为实现上述目的，本发明所设计的机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，所述燃烧室壳体包括前封头和圆筒后接头组件；所述圆筒后接头组件加工步骤如下：
1)圆筒后接头组件旋压坯料加工
将圆管原材料粗加工成圆筒后接头组件旋压坯料，圆筒后接头组件旋压坯料包括后接头和圆筒旋压坯料，圆筒旋压坯料的后端设有旋压起始段，且旋压起始段的内径与圆筒旋压坯料的内径一致；
2)圆筒后接头组件旋压加工
采用旋压芯模正向强力旋压将圆筒后接头组件旋压坯料加工成圆筒后接头组件；
3)焊接成燃烧室壳体并去应力退火
在圆筒后接头组件与前封头焊接成燃烧室壳体后一起进行去应力退火。
进一步地，所述前封头的前焊接筒段长度L3为5～10mm。
进一步地，所述步骤1)中，后接头内孔内壁、后接头外圆面及后接头端面的单边留精加工余量0.5～1.5mm，旋压起始段不留余量加工到尺寸。
进一步地，所述步骤1)中，旋压起始段的长度L1为15～20mm；圆筒旋压坯料的长度L4按照圆筒旋压后相同体积的长度增加5～10mm。
进一步地，所述步骤1)中，圆筒旋压坯料、旋压起始段和后接头同轴加工，且圆筒旋压坯料外径D7、圆筒旋压坯料内径D4、旋压起始段外径D2、旋压起始段内径D4、后接头外径D1和后接头内径D3加工误差均不大于0.02mm；圆筒旋压坯料内孔的表面粗糙度值不大于3.2μm。
进一步地，所述步骤2)中，旋压芯模的外径与后接头内孔的内径相同，制造偏差为D3(-0.05，-0.10)mm；且旋压芯模的外径对轴线的全跳动误差不大于0.02mm，同时，旋压芯模的外径表面粗糙度值不大于1.6μm。
进一步地，所述步骤2)中，第一道次旋压减薄量不小于旋压前圆筒旋压坯料壁厚的30％/不大于旋压前圆筒旋压坯料壁厚的50％，且旋压轴向拉力在旋压起始段上产生的轴向拉应力不得大于材料屈服强度的80％。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，取消了圆筒后接头组件的焊接及焊缝检测工序，减少了原材料消耗，加工效率较高、加工周期较短、加工成本较低。本发明的圆筒后接头组件的加工方法，不仅可用于小型火箭壳体圆筒后接头组件的加工，也可以用于其它类似产品零件的加工。
附图说明
图1为机载小型火箭燃烧室壳体结构示意图；
图2为图1中圆筒后接头组件结构示意图；
图3为图2中圆筒旋压坯料结构示意图。
其中：前封头1、圆筒后接头组件2、圆筒旋压坯料3、旋压起始段4、旋压起始段5。
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。
如图1所示机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，壳体材料为30CrMnSiA低合金高强度钢，燃烧室壳体包括前封头1和圆筒后接头组件2，前封头1长度尽可能短，圆筒后接头组件2长度尽可能长，即前封头1的前焊接筒段长度L3为5～10mm，将圆筒段长度的绝大部分放在圆筒后接头组件2(如图2所示)上，既保证对接焊良好，又不增加前封头实体圆棒原材料消耗和加工成本，圆筒后接头组件2长度L2尽可能长，采用多台阶正向强力旋压加工，圆筒后接头组件既是产品结构件，也是正向强力旋压的承力工艺装备；圆筒后接头组件具体加工步骤如下：
1)圆筒后接头组件旋压坯料加工
按照GJB2608A-2008《航空用结构钢厚壁无缝钢管规范》选取厚壁钢管原材料，保证圆筒后接头组件的最大外圆和最小内孔的单边有1～2mm的加工余量；将圆管原材料粗加工成圆筒后接头组件旋压坯料，结合图3所示，圆筒后接头组件旋压坯料包括后接头4和圆筒旋压坯料3，圆筒旋压坯料3的后端设有旋压起始段5，且旋压起始段5的内径与圆筒旋压坯料3的内径一致；
后接头内孔内壁、后接头外圆面及后接头端面的单边留精加工余量0.5～1.5mm，旋压起始段不留余量加工到尺寸，保证壳体调质热处理后有合适的精加工余量和良好的精加工效率；
旋压起始段的长度L1为15～20mm，太长则浪费原材料，太短则影响旋轮旋压空间；圆筒旋压坯料的长度L4按照圆筒旋压后相同体积的长度增加5～10mm，以保证旋压后有足够的有效长度；圆筒旋压坯料外径D7按照GJB2608A-2008《航空用结构钢厚壁无缝钢管规范》选取厚壁钢管原材料，保证圆筒后接头组件圆筒旋压坯料的最大外圆的单边有1～2mm的加工余量，以减少坯料长度，减少原材料消耗；
圆筒旋压坯料、旋压起始段和后接头同轴加工，且圆筒旋压坯料外径D7、圆筒旋压坯料内径D4、旋压起始段外径D2、旋压起始段内径D4、后接头外径D1和后接头内径D3加工误差均不大于0.02mm；圆筒旋压坯料内孔的表面粗糙度值不大于3.2μm；
2)圆筒后接头组件旋压加工
采用旋压芯模正向强力旋压将圆筒后接头组件旋压坯料加工成圆筒后接头组件；
其中，旋压芯模的外径与后接头内孔的内径相同，制造偏差为D3(-0.05，-0.10)mm；且旋压芯模的外径对轴线的全跳动误差不大于0.02mm，同时，旋压芯模的外径表面粗糙度值不大于1.6μm；
第一道次旋压减薄量不小于旋压前圆筒旋压坯料壁厚的30％/不大于旋压前圆筒旋压坯料壁厚的50％(即≥0.3×(D7-D4)/2、≤0.5×(D7-D4)/2)，且旋压轴向拉力在旋压起始段上产生的轴向拉应力不得大于材料屈服强度的80％；
第二道次把整个圆筒旋压坯料旋压至旋压起始段的外径D2，保证壁厚t1；
第三道次把外径为D2筒段的前端旋压到外径为D6，保证壁厚t2，且D6小于D2、t2小于t1，并保证外径为D2的筒段长度尺寸L3；
第四道次把外径为D6的筒段的中间部分旋压至外径D5，保证壁厚t3，D5小于D6、t3小于t2，且并保证外径为D2筒段长度尺寸L3，外径为D5筒段长度尺寸L5；
3)焊接成燃烧室壳体并去应力退火
在圆筒后接头组件与前封头焊接成燃烧室壳体后一起进行去应力退火，以提高加工效率，降低加工成本，并保持焊接前圆筒后接头组件外径D6对应的对接筒段有较好的圆度。
本发明的机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，采用机械加工与正向强力旋压的组合方法加工机载小型火箭壳体圆筒后接头组件，避免了传统的反向强力旋压加工圆筒、锻件坯料加工后接头、圆筒与后接头焊接成圆筒后接头组件加工效率较低、加工周期较长、加工成本较高的问题。
实施例1
针对某型号低合金高强度钢小型壳体，其外形直径D2为143mm，D4为137mm，D5为141mm，D6为142mm，壳体长度为550mm，壁厚t1为3mm，壁厚t2为2.5mm，壁厚t3为2mm，前封头的前焊接筒段长度L3为5mm，圆筒后接头组件长度L2为500mm，其具体加工步骤如下：
1)圆筒后接头组件旋压坯料加工
将圆管原材料粗加工成圆筒后接头组件旋压坯料，圆筒后接头组件旋压坯料包括后接头和圆筒旋压坯料，圆筒旋压坯料的后端设有旋压起始段，且旋压起始段的内径与圆筒旋压坯料的内径一致；
后接头内孔内壁、后接头外圆面及后接头端面的单边留精加工余量0.5mm，旋压起始段不留余量加工到尺寸，保证壳体调质热处理后有合适的精加工余量和良好的精加工效率；
旋压起始段的长度L1为15mm，太长则浪费原材料，太短则影响旋轮旋压空间；圆筒旋压坯料的长度L4按照圆筒旋压后相同体积的长度增加5mm，以保证旋压后有足够的有效长度；圆筒旋压坯料外径D7为8mm，以减少坯料长度，减少原材料消耗；
圆筒旋压坯料、旋压起始段和后接头同轴加工，且圆筒旋压坯料外径D7、圆筒旋压坯料内径D4、旋压起始段外径D2、旋压起始段内径D4、后接头外径D1和后接头内径D3加工误差均不大于0.02mm；圆筒旋压坯料内孔的表面粗糙度值不大于3.2μm；
2)圆筒后接头组件旋压加工
采用旋压芯模正向强力旋压将圆筒后接头组件旋压坯料加工成圆筒后接头组件；
其中，旋压芯模的外径与后接头内孔的内径D3相同为137mm，制造偏差为D3(-0.05，-0.10)mm；且旋压芯模的外径对轴线的全跳动误差不大于0.02mm，同时，旋压芯模的外径表面粗糙度值不大于1.6μm；
第一道次旋压减薄量为旋压前圆筒壁厚的50％为4mm；
第二道次把整个筒段旋压到D2直径为143mm，保证壁厚t1为3mm；
第三道次把D2筒段的左端旋压到D6直径为142mm，保证壁厚t2为2.5mm，并保证D2筒段长度尺寸L3；
第四道次旋压D5直径为141mm，保证壁厚t3为2mm，并保证D2筒段长度尺寸L3，D5筒段长度尺寸L5；
3)焊接成燃烧室壳体并去应力退火
在圆筒后接头组件与前封头焊接成燃烧室壳体后一起进行去应力退火，以提高加工效率，降低加工成本，并保持焊接前圆筒后接头组件外径D6对应的对接筒段有较好的圆度。
实施例2
针对某型号低合金高强度钢小型壳体，其外形直径D2为182mm，D4为175mm，D5为180mm，D6为121mm，壳体长度为850mm，壁厚t1为3.5mm，壁厚t2为3mm，壁厚t3为2.5mm，前封头的前焊接筒段长度L3为7mm，圆筒后接头组件长度L2为800mm，其具体加工步骤如下：
1)圆筒后接头组件旋压坯料加工
将圆管原材料粗加工成圆筒后接头组件旋压坯料，圆筒后接头组件旋压坯料包括后接头和圆筒旋压坯料，圆筒旋压坯料的后端设有旋压起始段，且旋压起始段的内径与圆筒旋压坯料的内径一致；
后接头内孔内壁、后接头外圆面及后接头端面的单边留精加工余量1mm，旋压起始段不留余量加工到尺寸，保证壳体调质热处理后有合适的精加工余量和良好的精加工效率；
旋压起始段的长度L1为17mm，太长则浪费原材料，太短则影响旋轮旋压空间；圆筒旋压坯料的长度L4按照圆筒旋压后相同体积的长度增加7mm，以保证旋压后有足够的有效长度；圆筒旋压坯料外径D7为10mm，以减少坯料长度，减少原材料消耗；
圆筒旋压坯料、旋压起始段和后接头同轴加工，且圆筒旋压坯料外径D7、圆筒旋压坯料内径D4、旋压起始段外径D2、旋压起始段内径D4、后接头外径D1和后接头内径D3加工误差均不大于0.02mm；圆筒旋压坯料内孔的表面粗糙度值不大于3.2μm；
2)圆筒后接头组件旋压加工
采用旋压芯模正向强力旋压将圆筒后接头组件旋压坯料加工成圆筒后接头组件；
其中，旋压芯模的外径与后接头内孔的内径D3相同为175mm，制造偏差为D3(-0.05，-0.10)mm；且旋压芯模的外径对轴线的全跳动误差不大于0.02mm，同时，旋压芯模的外径表面粗糙度值不大于1.6μm；
第一道次旋压减薄量为旋压前圆筒壁厚的50％为5mm；
第二道次把整个筒段旋压到D2直径为182mm，保证壁厚t1为3.5mm；
第三道次把D2筒段的左端旋压到D6直径为181mm，保证壁厚t2为3mm，并保证D2筒段长度尺寸L3；
第四道次旋压D5直径为180mm，保证壁厚t3为2.5mm，并保证D2筒段长度尺寸L3，D5筒段长度尺寸L5；
3)焊接成燃烧室壳体并去应力退火
在圆筒后接头组件与前封头焊接成燃烧室壳体后一起进行去应力退火，以提高加工效率，降低加工成本，并保持焊接前圆筒后接头组件外径D6对应的对接筒段有较好的圆度。
实施例3
针对某型号低合金高强度钢小型壳体，其外形直径D2为222mm，D4为214mm，D5为220mm，D6为221mm，壳体长度为1150mm，壁厚t1为4mm，壁厚t2为3.5mm，壁厚t3为3mm，前封头的前焊接筒段长度L3为10mm，圆筒后接头组件长度L2为1100mm，其具体加工步骤如下：
1)圆筒后接头组件旋压坯料加工
将圆管原材料粗加工成圆筒后接头组件旋压坯料，圆筒后接头组件旋压坯料包括后接头和圆筒旋压坯料，圆筒旋压坯料的后端设有旋压起始段，且旋压起始段的内径与圆筒旋压坯料的内径一致；
后接头内孔内壁、后接头外圆面及后接头端面的单边留精加工余量1.5mm，旋压起始段不留余量加工到尺寸，保证壳体调质热处理后有合适的精加工余量和良好的精加工效率；
旋压起始段的长度L1为20mm，太长则浪费原材料，太短则影响旋轮旋压空间；圆筒旋压坯料的长度L4按照圆筒旋压后相同体积的长度增加10mm，以保证旋压后有足够的有效长度；圆筒旋压坯料外径D7为10mm，以减少坯料长度，减少原材料消耗；
圆筒旋压坯料、旋压起始段和后接头同轴加工，且圆筒旋压坯料外径D7、圆筒旋压坯料内径D4、旋压起始段外径D2、旋压起始段内径D4、后接头外径D1和后接头内径D3加工误差均不大于0.02mm；圆筒旋压坯料内孔的表面粗糙度值不大于3.2μm；
2)圆筒后接头组件旋压加工
采用旋压芯模正向强力旋压将圆筒后接头组件旋压坯料加工成圆筒后接头组件；
其中，旋压芯模的外径与后接头内孔的内径D3相同为214mm，制造偏差为D3(-0.05，-0.10)mm；且旋压芯模的外径对轴线的全跳动误差不大于0.02mm，同时，旋压芯模的外径表面粗糙度值不大于1.6μm；
第一道次旋压减薄量为旋压前圆筒壁厚的50％为6mm；
第二道次把整个筒段旋压到D2直径为222mm，保证壁厚t1为4mm；
第三道次把D2筒段的左端旋压到D6直径为221mm，保证壁厚t2为3.5mm，并保证D2筒段长度尺寸L3；
第四道次旋压D5直径为220mm，保证壁厚t3为3mm，并保证D2筒段长度尺寸L3，D5筒段长度尺寸L5；
3)焊接成燃烧室壳体并去应力退火
在圆筒后接头组件与前封头焊接成燃烧室壳体后一起进行去应力退火，以提高加工效率，降低加工成本，并保持焊接前圆筒后接头组件外径D6对应的对接筒段有较好的圆度。

Claims (7)

1.一种机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，所述燃烧室壳体包括前封头(1)和圆筒后接头组件(2)；其特征在于：所述圆筒后接头组件加工步骤如下：
1)圆筒后接头组件旋压坯料加工
将圆管原材料粗加工成圆筒后接头组件旋压坯料，圆筒后接头组件旋压坯料包括后接头(4)和圆筒旋压坯料(3)，圆筒旋压坯料(3)的后端设有旋压起始段(5)，且旋压起始段(5)的内径与圆筒旋压坯料(3)的内径一致；
2)圆筒后接头组件旋压加工
采用旋压芯模正向强力旋压将圆筒后接头组件旋压坯料加工成圆筒后接头组件；
3)焊接成燃烧室壳体并去应力退火
在圆筒后接头组件与前封头焊接成燃烧室壳体后一起进行去应力退火。
2.根据权利要求1所述机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，其特征在于：所述前封头(1)的前焊接筒段长度L3为5～10mm。
3.根据权利要求1所述机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，后接头内孔内壁、后接头外圆面及后接头端面的单边留精加工余量0.5～1.5mm，旋压起始段不留余量加工到尺寸。
4.根据权利要求1所述机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，旋压起始段的长度L1为15～20mm；圆筒旋压坯料的长度L4按照圆筒旋压后相同体积的长度增加5～10mm。
5.根据权利要求1所述机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，圆筒旋压坯料、旋压起始段和后接头同轴加工，且圆筒旋压坯料外径D7、圆筒旋压坯料内径D4、旋压起始段外径D2、旋压起始段内径D4、后接头外径D1和后接头内径D3加工误差均不大于0.02mm；圆筒旋压坯料内孔的表面粗糙度值不大于3.2μm。
6.根据权利要求1所述机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，旋压芯模的外径与后接头内孔的内径相同，制造偏差为D3(-0.05，-0.10)mm；且旋压芯模的外径对轴线的全跳动误差不大于0.02mm，同时，旋压芯模的外径表面粗糙度值不大于1.6μm。
7.根据权利要求1所述机载小型火箭燃烧室壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，第一道次旋压减薄量不小于旋压前圆筒旋压坯料壁厚的30％/不大于旋压前圆筒旋压坯料壁厚的50％，且旋压轴向拉力在旋压起始段上产生的轴向拉应力不得大于材料屈服强度的80％。
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