CN112658600B - 一种通用钣焊钛合金舱体加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种战术导弹钛合金钣焊结构舱体的通用加工方法，主要包括前端框粗加工，后端框粗加工，焊接蒙皮卷和前后端框，半精车舱体端面和内外圆，制舱体焊接工艺孔，焊接舱体内部零件，半精车舱体外圆，精车舱体内外圆，精加工舱体端面所有特征、精加工舱体周向所有特征，对舱体去毛刺，超声波清洗和总检、包装、入库等十余个步骤。在本发明中，采用先加工前后端框，再蒙皮焊接整体加工的方法保证产品最终精度。采用专用柔性夹具，实现对薄壁舱体零件的柔性装夹，有效控制装夹变形，解决零件车削过程中的振动问题。

Description

一种通用钣焊钛合金舱体加工方法

技术领域

本发明属于焊接薄壁件加工领域，涉及战术战术导弹舱体加工方法，特别涉及战术导弹钣焊钛合金舱体通用加工方法。

背景技术

舱体作为导弹结构件中的重要组成部分，是各零部件和精密设备的安装载体。为满足试验过程中飞行强度大、复杂环境的考验，舱体结构设计复杂，加工精度高。同时出于导弹轻量化的考虑，舱体多为薄壁弱刚性结构，制造难度大。随着战术武器使用要求的多样化和复杂化，铸造类舱体因铸造加工的局限性，许多结构特征无法通过铸造实现，而钣焊类舱体因加工方式广泛，涉及多专业(包括焊接、机加工、钣金、铆接等)，满足复杂结构设计要求，逐渐应用于高强度飞行试验的战术导弹中。

目前钣焊类舱体以钣焊钛合金舱体居多，应用于各型号的钣焊钛合金舱体，规格不同，加工方法也不同，工艺方法所需的工艺装备也不一致，提高了生产成本，同时工艺方法不同导致的工艺路线不同也对生产排产提高了更高的要求。

发明内容

针对现有钣焊类钛合金舱体仅有的专用工艺方法造成工艺装备投入成本高、生产排产难度大的缺陷，本发明的目的是提供一种通用钣焊类钛合金舱体加工方法，为多型号、多规格的钣焊钛合金舱体加工提供指导。

本发明是一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，粗加工的前、后端框，焊接蒙皮卷和前、后端框；

步骤2，利用闷头装夹，粗车舱体外圆；利用卧镗工装，粗加工舱体内腔和端面定位孔；利用柔性中心架支撑外圆，粗车舱体两端面和内圆；

步骤3，利用端面定位孔定位装夹，利用立镗工装钻周向各零件焊接工艺孔，通过焊接工艺孔电阻点焊内部垫片、凸台与舱体；

步骤4，利用闷头装夹，精车舱体外圆；利用卧镗工装，精加工舱体内腔和端面定位孔；利用中心架支撑外圆，精车舱体两端面和内圆；

步骤5，利用端面孔定位装夹，利用立镗工装加工舱体周向特征；

步骤6，钳工去毛刺、清洗、检验、油封和入库。

进一步，所述步骤1中，具体包括：

步骤1.1，前后端框均采用了粗车外圆、内孔，粗铣内轮廓，半精车外圆、内孔的工艺流程。其中，前后端框粗加工时应在外圆单边留有1.5mm精车余量，内轮廓单边留有2mm精铣余量；

步骤1.2，前后端框粗加工时需在距焊接端面15mm的范围内与蒙皮卷内孔配车端框内孔，与蒙皮卷外圆配车端框外圆，在前后端框上制做编号并与蒙皮卷编号一致。并在前端框外圆45°位置等分划线以规定纵缝焊位置；

步骤1.3，蒙皮与前后端框焊接时，前端框、后端框及蒙皮卷配对以编号相同为原则，箭头为前端框方向，蒙皮卷纵缝位置与前端框45°等分划线对齐，并要求在焊接过程中严格控制焊接舱体变形。

进一步，所述步骤2中，具体包括：

步骤2.1，使用舱体两端内轮廓用闷头进行装夹，按产品图尺寸精度校正外圆，半精车两端框外圆至尺寸(舱体产品图外径D+2)mm；

步骤2.2，使用软爪装夹舱体外圆再辅以中心架支撑的方式对舱体进行装夹，粗车舱体两端面及舱体内圆，保证舱体总长为(舱体总长L+2)mm，内径尺寸为(舱体产品图内径d-2)mm；

步骤2.3，制舱体周向定位孔，孔位置选择在舱体周向后续需加工处；

步骤2.4，利用步骤2.3所制定位孔定位装夹，卧镗工装装夹舱体，钻端面工艺孔，孔的位置选择舱体端面后续加工处；

进一步，所述步骤3中，具体包括：

步骤3.1，利用端面定位孔，立镗工装装夹舱体，加工周向各零件焊接工艺孔；

步骤3.2，利用步骤3.1所制焊接工艺孔、螺母、螺钉，将不易加工的小凸台安装在舱体内壁，再使用电阻点焊的方式连接各凸台与舱体；

步骤3.3，利用前端框底部、外圆和端面定位孔定位，立镗工装装夹舱体，加工大部件安装孔；

步骤3.4，利用步骤3.3制大部件安装孔，连接安装大部件至舱体内壁。

进一步，所述步骤4中，具体包括：

步骤4.1，两端用闷头装夹舱体内轮廓，按产品图按产品图尺寸精度校正外圆，半精车两端框外圆至尺寸(D+1)mm；

步骤4.2，使用软爪装夹舱体外圆再辅以中心架支撑的方式对舱体进行装夹，按舱体产品图尺寸精度校正外圆及圆心，精车舱体两端面至产品图尺寸，精车舱体内部对接处至产品图尺寸；

步骤4.3，使用舱体两端上闷头的方式进行装夹，按舱体产品图尺寸精度校正外圆，精车外圆至产品图尺寸，精车舱体外圆对接处至产品图尺寸；

步骤4.4，利用预制的周向定位孔，卧镗工装装夹舱体，端面特征加工至产品图尺寸；

进一步，舱体车削工序中，加工装夹采用软爪装夹舱体一端外圆，再辅以中心架支撑舱体另一端外圆。其中中心架采用专用柔性中心架，实现对薄壁舱体零件的柔性装夹，有效控制装夹变形，解决零件车削过程中的振动问题。

进一步，舱体切削加工完成后需去除舱体上所有毛刺、工艺螺钉等多余物；将舱体浸入超声波清洗槽进行清洗，清洗溶液为纯净水加碱性清洗剂；使用高温高压水喷淋的方式对舱体内外壁进行清洗，清洗干净舱体上可能残留的残渍；将舱体进行高温烘干。

进一步，所述的一种适用长筒易变形薄壁件的专用柔性中心架，包括：基座、挡板、前支承组件、旋转轴、滚动轴承、后支承组件。所述前支承组件设置于旋转轴上，用于薄壁件的支承；所述后支承组件设置于挡板上，用于薄壁件的支承和限位；所述基座和旋转轴分别和滚动轴承过盈配合，轴承外圈固定在基座上，内圈和旋转轴转动；所述挡板设置于旋转轴上，用于轴承内圈的支撑、固定。

进一步，所述的一种适用长筒易变形薄壁件的专用柔性中心架，具体包括：

①所述前支承组件包括：调节螺钉、拧紧螺母、前支承架和支承脚。所述拧紧螺母和调节螺钉螺纹连接，用于调节螺钉固定；所述调节螺钉和前支承架螺纹配合，所述调节螺钉通过尾部“T型槽”和支承脚通过凹槽连接，所述前支承脚可在支承架内滑动，所述支承脚螺接在旋转轴上；

②所述后支承组件包括：螺钉、拧紧螺帽和后支承架。所述拧紧螺帽和螺钉螺纹连接，所述螺钉螺接在后支承架上，所述后支承架螺接在挡板上；

③所述基座固定，和滚动轴承过盈配合；

④所述滚动轴承分别与基座、旋转轴过盈配合，外圈固定在基座上，内圈随旋转轴转动；

⑤所述旋转轴和滚动轴承过盈配合；

⑥所述挡板螺接在旋转轴上；

⑦所述前支承组件支承薄壁件，后支承组件支承、限位薄壁件，其中：支承脚用于支承的圆弧面随薄壁件的直径变化而变化；

⑧所述旋转轴、挡板、前后支承组件、滚动轴承作为一个整体随薄壁件转动而转动。

本发明的优点如下：

(1)本发明方法作为通用加工工艺方法，可指导多个型号、多种规格的钛合金钣焊结构弱刚性结构舱体加工；

(2)可降低工艺装备、刀具投入成本；

(3)可拓展适用于更多设备进行加工；

(4)可提高该类零件的加工效率及质量稳定性。

附图说明

通过详细附图进行介绍，本发明的其他优点和益处将会更加明了。

图1-图8是钣焊钛合金舱体加工工艺所需工艺图，图9-图10是一种适用长筒易变形薄壁件的专用柔性中心架相关视图；其中1是前支承组件，2是旋转轴，3是基座，4是后支承组件，5是挡板，6是滚动轴承。

具体实施方式

为体现本发明的先进性，将结合附图和实例对本发明的实施方式进行详细说明。值得注意的是，在本发明的设计框架上做出的若干细微改进，都属于本发明的保护范围内。

实施样例

以某型号钣焊类钛合金制导飞控舱为例，零件外径为300mm，总长度为698.4mm，工艺方法中所需中心架是一种适用长筒易变形薄壁件的专用柔性中心架，如附图9-10所示，可根据夹持零件外径调整前后支承脚悬伸长度，有力支撑舱体。改制中心架前支承组件1和旋转轴2螺接，后支承组件4和挡板5螺接，滚动轴承6分别和基座3、旋转轴2过盈配合，外圈固定，内圈旋转。舱体转动带动改制中心架内部滚动轴承一起转动。与传统中心架滚轮与舱体的滚动接触相比，改制中心架适用于任何外圆圆度舱体的车削加工，消除了外圆圆度不足引发的舱体与辅助支撑的“接触间隙”问题，避免了车削过程中刀具振动，减少了刀具磨损，提高了舱体的制造精度和表面质量。

下面将通过本实施样例对本发明做进一步描述。

步骤1，按图1，粗加工前端框零件，粗车外圆至

单边预留1.5mm焊后加工余量，粗铣内轮廓单边预留2mm焊后加工余量。在端框上焊接端与蒙皮配车

外圆和

内孔，车削长度保证15mm。

步骤2，按图2，粗加工后端框零件，粗车外圆至

单边预留1.5mm焊后加工余量，粗车内孔至

单边预留1mm焊后加工余量。在端框上焊接端与蒙皮配车

外圆和

内孔，车削长度保证15mm。

步骤3，将前后端框和蒙皮卷按附图3进行焊接，焊接时注意：前后端框外圆尺寸仅留有1.5mm余量供焊接后机加工用，余量小，请严格控制焊接舱体变形；前端框、后端框及蒙皮卷配对以编号相同为原则，箭头为前端框方向；蒙皮卷纵缝位置与前端框45°等分划线对齐。

步骤4，用闷头夹持两内轮廓，校正外形，跳动量不大于0.1，车外圆至

步骤5，按附图4，左端用软爪卡盘装夹外圆，右端用中心架辅助支撑，根据外圆尺寸调节前后支承脚悬伸长度，校正外圆跳动量不大于0.05，右端面端面跳动量不大于0.1，车右端端面至尺寸701.4±0.1(698.4+3)，保证粗糙度3.2，垂直度0.1；车右端内孔至Φ287±0.1(289-2)，保证粗糙度3.2，同轴度0.1；按附图5，调头装夹，左端用软爪卡盘装夹外圆，右端用中心架辅助支撑，校正外圆跳动量不大于0.05，右端面端面跳动量不大于0.1，车右端端面至尺寸700.4±0.1(698.4+2)，保证粗糙度3.2，垂直度0.1；

步骤6，按附图6，钻舱体周向定位孔

步骤7，以步骤6预制工艺孔

定位，卧镗工装装夹零件，按附图7钻端面定位孔

步骤8，按附图8，参照产品图、附图7，加工内部不易加工凸台的焊接工艺孔

通孔；

步骤9，对舱体及需焊接的所有凸块进行酸洗以作焊接前预处理，参照工艺图7，使用螺钉、螺母和步骤8预制工艺孔将凸台定位安装在舱体内部，再使用电阻点焊的方式连接舱体与凸台；

步骤10，立镗工装装夹舱体，以的端框底部、外圆和步骤7预制

定位，钻大部件工艺孔，并用沉头铆钉将大部件安装在舱体内部。

步骤11，用闷头装夹轮廓，两端微调整校正零件外形，跳动量不大于0.05，车外圆至尺寸

步骤12，左端用软爪卡盘装夹前端框外圆，右端用中心架辅助支撑，根据外圆尺寸调节前后支承脚悬伸长度，校正外圆跳动量不大于0.05，右端面跳动量不大于0.05，车后端框端面，保证尺寸699.4±0.1，兼顾尺寸43.4(40+3.4)：车内圆至

保证尺寸40.6(37.2+3.4)、38.7(35.3+3.4)、同轴度

车内部对接处至产品图尺寸：

步骤13，左端用软爪卡盘装夹后端框外圆，右端用中心架辅助支撑，根据外圆尺寸调节前后支承脚悬伸长度，校正外圆跳动量不大于0.05，右端面跳动量不大于0.05，车总长至产品图尺寸：

步骤14，用两闷头装夹内轮廓，校正外形，跳动量不大于0.05，车外圆至产品图尺寸，车外圆台阶面、密封槽至产品图尺寸：

步骤15，卧镗工装装夹零件，用步骤6预制周向定位孔定位，加工舱体所有端面特征：

步骤16，立铣工装装夹零件，用前端框底部、外圆和

定位，加工舱体所有周向特征；

步骤17，去除舱体上所有毛刺，将舱体浸入超声波清洗槽进行清洗，清洗溶液为纯净水加碱性清洗剂，使用高温高压水喷淋的方式对舱体内外壁进行清洗，消洗干净舱体上可能残留的残渍，最后将舱体进行高温烘干。

步骤15，检验、包装、入库。

如图9，10所示，一种适用长筒易变形薄壁件的专用柔性中心架，包括：基座3、挡板5、前支承组件1、旋转轴2、滚动轴承6、后支承组件4。所述前支承组件设置于旋转轴上，用于薄壁件的支承；所述后支承组件设置于挡板上，用于薄壁件的支承和限位；所述基座和旋转轴分别和滚动轴承过盈配合，轴承外圈固定在基座上，内圈和旋转轴转动；所述挡板设置于旋转轴上，用于轴承内圈的支撑、固定。

进一步，所述的一种适用长筒易变形薄壁件的专用柔性中心架，具体包括：

①所述前支承组件包括：如图10所示，调节螺钉、拧紧螺母、前支承架和支承脚。所述拧紧螺母和调节螺钉螺纹连接，用于调节螺钉固定；所述调节螺钉和前支承架螺纹配合，所述调节螺钉通过尾部“T形槽”和支承脚通过凹槽连接，所述前支承脚可在支承架内滑动，所述支承脚螺接在旋转轴上。钣焊结构钛合金舱体经过前后端框焊接后，焊接热变形导致前、后端框圆度较低，外圆变形成椭圆。在车削过程中，通过将外圆变形最大位置与前支承架支撑，实现了舱体与柔性中心架的无缝接触，避免因舱体圆度低与传统中心架存在接触间隙引发车削振动，提高了加工表面质量，适用任何圆度薄壁舱体的车削。并且，可根据加工舱体外径适配相应的前支承架，适用多种规格的舱体车削。

②所述后支承组件包括：

螺钉、拧紧螺帽和后支承架。所述拧紧螺帽和螺钉螺纹连接，所述螺钉螺接在后支承架上，所述后支承架螺接在挡板上，用于舱体的辅助支承；

③所述基座固定，和滚动轴承过盈配合；

④所述滚动轴承分别与基座、旋转轴过盈配合，外圈固定在基座上，内圈随旋转轴转动；

⑤所述旋转轴和滚动轴承过盈配合；

⑥所述挡板螺接在旋转轴上；

⑦所述前支承组件支承薄壁件，后支承组件支承、限位薄壁件，其中：支承脚用于支承的圆弧面随薄壁件的直径变化而变化；

⑧所述旋转轴、挡板、前后支承组件、滚动轴承作为一个整体随薄壁件转动而转动。

本发明的优点如下：(1)本发明方法作为通用加工工艺方法，可指导多个型号、多种规格的钛合金钣焊结构弱刚性结构舱体加工；(2)可降低工艺装备、刀具投入成本；(3)可拓展适用于更多设备进行加工；(4)可提高该类零件的加工效率及质量稳定性。

Claims (9)

1.一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，粗加工前、后端框，焊接蒙皮卷和前、后端框；

步骤2，粗车舱体外圆；粗加工舱体内腔和端面定位孔；粗车舱体两端面和内圆；

步骤3，利用端面定位孔定位装夹，利用立镗工装钻周向各零件焊接工艺孔，通过焊接工艺孔电阻点焊内部垫片、凸台与舱体；

步骤4，利用闷头装夹，精车舱体外圆；利用卧镗工装，精加工舱体内腔和端面定位孔；利用中心架支撑外圆，精车舱体两端面和内圆；

步骤5，利用端面定位孔定位装夹，利用立铣工装加工舱体周向特征；

步骤6，钳工去毛刺、清洗、检验、油封和入库。

2.根据权利要求1所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，所述步骤1中，具体包括：

步骤1.1，前后端框均采用了粗车外圆、内孔，粗铣内轮廓，半精车外圆、内孔的工艺流程；其中，前后端框粗加工时应在外圆单边留有1.5mm精车余量，内轮廓单边留有2mm精铣余量；

步骤1.2，前后端框粗加工时需在距焊接端面15mm的范围内与蒙皮卷内孔配车端框外圆，与蒙皮卷外圆配车端框内孔，在前后端框上制做编号并与蒙皮卷编号一致，并在前端框外圆45°位置等分划线以规定纵缝焊位置；

步骤1.3，蒙皮与前后端框焊接时，前端框、后端框及蒙皮卷配对以编号相同为原则，箭头为前端框方向，蒙皮卷纵缝位置与前端框45°等分划线对齐，并要求在焊接过程中严格控制焊接舱体变形。

3.根据权利要求1所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，所述步骤2中，具体包括：

步骤2.1，使用舱体两端内轮廓用闷头进行装夹，按产品图尺寸精度校正外圆，半精车两端框外圆直径为舱体产品图外径D+2mm；

步骤2.2，使用软爪装夹舱体外圆再辅以中心架支撑的方式对舱体进行装夹，粗车舱体两端面及舱体内圆，保证舱体总长为舱体总长L+2mm，内径尺寸为舱体产品图内径d-2mm；

步骤2.3，制舱体周向定位孔，孔位置选择在舱体周向后续需加工处；

步骤2.4，利用步骤2.3所制定位孔定位装夹，卧镗工装装夹舱体，钻端面定位孔，孔的位置选择舱体端面后续加工处。

4.根据权利要求3所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，所述步骤3中，具体包括：

步骤3.1，利用步骤2.4钻的端面定位孔，立镗工装装夹舱体，加工周向各零件焊接工艺孔；

步骤3.2，利用步骤3.1所制焊接工艺孔、螺母、螺钉，将不易加工的小凸台安装在舱体内壁，再使用电阻点焊的方式连接各凸台与舱体；

步骤3.3，利用前端框底部、外圆和步骤2.4钻的端面定位孔定位，立镗工装装夹舱体，加工大部件工艺孔；

步骤3.4，利用步骤3.3制大部件工艺孔，连接安装大部件至舱体内壁。

5.根据权利要求3所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，所述步骤4中，具体包括：

步骤4.1，两端用闷头装夹舱体内轮廓，按产品图尺寸精度校正外圆，半精车两端框外圆至尺寸舱体产品图外径D+1mm；

步骤4.2，使用软爪装夹舱体外圆再辅以中心架支撑的方式对舱体进行装夹，按舱体产品图尺寸精度校正外圆及圆心，精车舱体两端面至产品图尺寸，精车舱体内部对接处至产品图尺寸；

步骤4.3，使用舱体两端上闷头的方式进行装夹，按舱体产品图尺寸精度校正外圆，精车外圆至产品图尺寸，精车舱体外圆对接处至产品图尺寸；

步骤4.4，利用步骤2.3预制周向定位孔，卧镗工装装夹舱体，端面特征加工至产品图尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，舱体车削工序中，加工装夹采用软爪装夹舱体一端外圆，再辅以中心架支撑舱体另一端外圆；其中中心架采用专用柔性中心架，实现对舱体的柔性装夹。

7.根据权利要求1所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，舱体切削加工完成后需去除舱体上所有毛刺、工艺螺钉；将舱体浸入超声波清洗槽进行清洗，清洗溶液为纯净水加碱性清洗剂；使用高温高压水喷淋的方式对舱体内外壁进行清洗，清洗干净舱体上可能残留的残渍；将舱体进行高温烘干。

8.根据权利要求6所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，所述柔性中心架包括：基座、挡板、前支承组件、旋转轴、滚动轴承、后支承组件；所述前支承组件设置于旋转轴上，用于薄壁件的支承；所述后支承组件设置于挡板上，用于薄壁件的支承和限位；所述基座和旋转轴分别和滚动轴承过盈配合，轴承外圈固定在基座上，内圈和旋转轴转动；所述挡板设置于旋转轴上，用于轴承内圈的支撑、固定。

9.根据权利要求8所述的一种钣焊钛合金舱体通用加工方法，其特征在于，具体包括：前支承组件包括调节螺钉、拧紧螺母、前支承架和支承脚；所述拧紧螺母和调节螺钉螺纹连接，用于调节螺钉固定；所述调节螺钉和前支承架螺纹配合，所述调节螺钉通过尾部“T形槽”和支承脚通过凹槽连接，所述前支承脚可在前支承架内滑动，所述支承脚螺接在旋转轴上；所述后支承组件包括螺钉、拧紧螺帽和后支承架；所述拧紧螺帽和螺钉螺纹连接，所述螺钉螺接在后支承架上，所述后支承架螺接在挡板上；所述滚动轴承分别与基座、旋转轴过盈配合，外圈固定在基座上，内圈随旋转轴转动；所述挡板螺接在旋转轴上；所述前支承组件支承舱体，后支承组件支承、限位舱体，其中：支承脚用于支承的圆弧面随舱体的直径变化而变化；所述旋转轴、挡板、前后支承组件、滚动轴承作为一个整体随舱体转动而转动。

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