CN114178800A - 钛合金薄壁半球体加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种钛合金薄壁半球体加工的技术，具体是一种钛合金薄壁半球体加工方法，所述加工方法包括：获取半球体毛坯；以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工；获取法兰块，将所述法兰块焊接于经粗加工后的所述法兰边；以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸。通过以法兰边做为粗加工基准，对所述半球体毛坯的型面粗加工，通过获取法兰块，将所述法兰块焊接于所述半球体法兰边位置，将法兰块作为精加工的基准，对半球体毛坯进行精加工，能够精准的控制半球体的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸，以满足钛合金薄壁半球体的设计要求，保证钛合金薄壁半球体的使用性能，和组件的装配精度。

Description

钛合金薄壁半球体加工方法

技术领域

本发明涉及的是一种钛合金薄壁半球体加工的技术，具体是一种钛合金薄壁半球体加工方法。

背景技术

半球体类零件是航天产品的关键结构件组成部分，主要用于组焊成型气瓶、贮箱等部件，是姿控动力系统用来贮存高压氮气、推进剂的部件。气瓶、贮箱类结构件因贮存使用要求较高，一般需要半球体零件质量轻、强度高，能承受较高的压力，以确保强度爆破及压力试验要求。

而钛合金材料的加工难度大，难以控制薄壁件的尺寸精度。因此，有必要提出一种钛合金薄壁半球体加工方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的目的在于提供一种钛合金薄壁半球体加工方法。

为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案提供了一种钛合金薄壁半球体加工方法，包括：

获取半球体毛坯；

以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工；

获取法兰块，将所述法兰块焊接于经粗加工后的所述法兰边；

以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸。

另外，本发明实施例提供的上述技术方案中钛合金薄壁半球体加工方法还可以具有如下附加技术特征：

在本发明实施例的一个技术方案中，所述获取半球体毛坯的步骤包括：

获取板材；通过旋压成型的方式获取所述半球体毛坯。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工的步骤包括：

顶撑所述半球体毛坯的内型面，车加工所述法兰边的端面，去除所述法兰边的端面的高点和棱圆；

以所述法兰边端面做基准加工所述半球体毛坯顶端，以保证所述半球体毛坯顶端平面度不超过0.02毫米。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工的步骤还包括：

加工所述法兰边外圆，保证所述法兰边外圆尺寸和所述半球体毛坯底部外圆尺寸一致。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述获取法兰块，将所述法兰块焊接于经粗加工后的所述法兰边的步骤包括：

对焊接后的所述法兰块校平处理。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述法兰块的数量至少6个。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸的步骤包括：

顶撑所述内型面，以所述内型面为基准，加工所述法兰块的端面；

加工所述法兰块的外圆，保证所述法兰块的平面度不超过0.02毫米，平行度不超过0.02毫米。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸的步骤还包括：

将夹具固定在车床上；

以所述法兰边的端面和外圆作为基准，将所述半球体毛坯的内型面朝上固定在所述夹具上，精加工所述内型面至最终尺寸；

以所述法兰边的另一端面和外圆作为基准，将所述半球体毛坯的外型面朝上固定在所述夹具上，精加工所述外型面至最终尺寸；

采用钻孔的加工方式钻取所述半球体毛坯中心位置通孔。

在本发明实施例的一个技术方案中，所述以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸的步骤还包括：

线切割所述半球体毛坯中心位置通孔至最终尺寸；

线切割所述法兰边，将所述半球体毛坯加工至最终尺寸。

在本发明实施例的一个技术方案中，对所述半球体的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸进行检测。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供了一种钛合金薄壁半球体加工方法，该方法通过获取半球体毛坯，半球体毛坯的底部包括法兰边，以法兰边做为粗加工基准，对所述半球体毛坯的型面粗加工，通过获取法兰块，将所述法兰块焊接于所述半球体法兰边位置，将法兰块作为精加工的基准，并方便将半球体毛坯固定安装于车床，以此对半球体毛坯进行精加工，加工至最终尺寸为止。能够精准的控制半球体的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸，以满足钛合金薄壁半球体的设计要求，保证钛合金薄壁半球体的使用性能，和组件的装配精度。

本发明所述的钛合金薄壁半球体加工方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的钛合金薄壁半球体加工方法的步骤流程图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的半球体毛坯的结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的钛合金薄壁半球体的结构示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的法兰边和经粗加工后的半球体毛坯的焊接示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的经焊接法兰块300后的半球体毛坯装夹示意图。

其中，图2至图5中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

200半球体毛坯，210法兰边，300法兰块，400夹具，500半球体。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的一个实施例中，提供了一种圆柱型蒙皮加工方法实施过程可如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，获取半球体毛坯200；

步骤S102，以半球体毛坯200的法兰边210为基准，对半球体毛坯200粗加工；

步骤S103，获取法兰块300，将法兰块300焊接于经粗加工后的法兰边210；

步骤S104，以法兰块300为基准，对半球体毛坯200精加工至最终尺寸。

在该实施例中，通过获取半球体毛坯200，半球体毛坯200的底部包括法兰边210，以法兰边210做为粗加工基准，对所述半球体毛坯200的型面粗加工，通过获取法兰块300，将所述法兰块300焊接于所述半球体500法兰边210位置，将法兰块300作为精加工的基准，并方便将半球体毛坯200固定安装于车床，以此对半球体毛坯200进行精加工，加工至最终尺寸为止。能够精准的控制半球体500的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸，以满足钛合金薄壁半球体500的设计要求，保证钛合金薄壁半球体500的使用性能，和组件的装配精度。

在本发明的一个实施例中，获取半球体毛坯200的步骤包括：获取板材；通过旋压成型的方式获取半球体毛坯200。

在该实施例中，半球体毛坯200如图2所示，获取半球体毛坯200的步骤为获取钛合金板材，通过旋压成型的加工方式将板材加工为半球体毛坯200，并且毛坯的底端设置有法兰边210，通过以法兰边210为粗加工基准，进行后续加工工序。在考虑到钛合金材料的成本高且加工难度大，通过将板材旋压成半球体500的加工方式使得毛坯的变形量较低，使得后续工序去除的余量较少，节约了加工成本和加工时间。避免采用钛合金铸件为毛坯，变形量大的问题，避免选用钛合金棒料作为毛坯，去除余量较大，成本高的问题。

在本发明的一个实施例中，以半球体毛坯200的法兰边210为基准，对半球体毛坯200粗加工的步骤包括：顶撑半球体毛坯200的内型面，车加工法兰边210的端面，去除法兰边210的端面的高点和棱圆；以法兰边210端面做基准加工半球体毛坯200顶端，以保证半球体毛坯200顶端平面度不超过0.02毫米。

在该实施例中，对半球体毛坯200粗加工的步骤为：用工装顶撑半球体毛坯200的内型面，通过涨紧的方式将半球体500固定于车床上，通过车加工的方式对法兰边210的上下端面进行加工，加工至法兰边210端面见光，以此去除法兰边210上下端面的高点和棱圆，并以加工后的法兰边210的端面作为粗加工基准，车加工半球体毛坯200的顶端，使得半球体毛坯200顶部见光，并保证半球体毛坯200顶端的平面度不超过0.02毫米。使得半球体毛坯200顶端适配后续加工内型面的工装，并能通过半球体毛坯200顶端对零件定位找正准确。通过对法兰边210端面的车加工，保证了法兰边210的平面度，以加工后的法兰边210端面作为粗加工的基准，能够精准的去除余量，减少零件后续加工的变形量。

在本发明的一个实施例中，以半球体毛坯200的法兰边210为基准，对半球体毛坯200粗加工的步骤还包括：加工法兰边210外圆，保证法兰边210外圆尺寸和半球体毛坯200底部外圆尺寸一致。

在该实施例中，在完成对半球体毛坯200顶端的粗加工后，继续保持顶撑半球体毛坯200的内型面，通过车加工的方式加工法兰边210的外圆，直至法兰边210外圆尺寸和半球体毛坯200底部外圆的尺寸一致为止。将法兰边210去掉，减少了后续的半球体毛坯200精加工工序的加工余量，进一步地减少了半球体500的变形量，保证了零件的尺寸精度。

在本发明的一个实施例中，获取法兰块300，将法兰块300焊接于经粗加工后的法兰边210的步骤包括：对焊接后的法兰块300校平处理。

在该实施例中，如图4所示，为了保证后续精加工对零件的夹紧和精加工时有较好的加工基准，在去除法兰边210后，在法兰边210原有位置焊接法兰块300，后续精加工时通过工装夹具400法兰块300即可固定半球体毛坯200的位置。可以理解的是，由于焊接的变形量较大，会影响法兰块300的平面度，在焊接后，对法兰块300进行校平处理，初步控制法兰块300的平面度，保证后续加工的精准。

在本发明的一个实施例中，法兰块300的数量至少6个。

在该实施例中，焊接的法兰块300数量为6个，可以理解的是，法兰块300的数量为偶数个，且每相邻的两个法兰块300之间的夹角相同。焊接足够多的法兰块300以保证对半球体毛坯200装夹的稳定性，减少加工时的晃动。并且每相邻的两个法兰块300之间的夹角相同，保证了法兰块300沿半球体500底部均匀分布，使得后续加工过程中，半球体毛坯200的受力均匀，减少加工的变形量，保证加工尺寸精度。

在本发明的一个实施例中，以法兰块300为基准，对半球体毛坯200精加工至最终尺寸的步骤包括：顶撑内型面，以内型面为基准，加工法兰块300的端面；加工法兰块300的外圆；保证法兰块300的平面度不超过0.02毫米，平行度不超过0.02毫米。

在该实施例中，对半球体毛坯200进行精加工，通过夹角涨紧内型面来顶撑内型面，以内型面作为加工基准，车加工法兰块300的上下端面，以使法兰块300上下两个端面见光，并保留焊缝的位置，保证焊接强度，避免法兰块300从半球体毛坯200脱落。对法兰块300的外圆进行车加工，加工后的法兰块300外圆应适配后续加工工序的工装。加工后的法兰块300的平面度不超过0.02毫米，平行度不超过0.02毫米，具有良好的平面度和平行度，以加工后的法兰块300作为后续加工基准能够保证加工的精度。

在本发明的一个实施例中，以法兰块300为基准，对半球体毛坯200精加工至最终尺寸的步骤还包括：将夹具400固定在车床上；以法兰边210的端面和外圆作为基准，将半球体毛坯200的内型面朝上固定在夹具400上，精加工内型面至最终尺寸；以法兰边210的另一端面和外圆作为基准，将半球体毛坯200的外型面朝上固定在夹具400上，精加工外型面至最终尺寸；采用钻孔的加工方式钻取半球体毛坯200中心位置通孔。

在该实施例中，如图5所示，对半球体毛坯200精加工的步骤还包括：对半球体毛坯200的内型面进行精加工至最终尺寸，在加工前，将此工序的夹具400找正并固定在车床上，可以理解的是，夹具400的内型面和半球体毛坯200的外型面间隙配合，并且夹具400设置有槽体，槽体和法兰块300间隙配合，通过将半球体毛坯200内型面朝上放置在夹具400中，根据半球体毛坯200的法兰上端面和法兰外圆定位，固定半球体毛坯200后，通过车加工的方式对内型面进行加工，直至将内型面加工至最终尺寸为止。

将加工好内型面的半球体毛坯200从夹具400上卸下，外型面朝上，通过法兰块300坐落在槽体中，通过法兰块300的下端面和法兰块300的外圆定位并固定半球体毛坯200，通过车加工的方式对外型面进行加工，直至将外型面加工至最终尺寸，并且保证内型面和外型面的圆心位置一致。根据设计要求，通过钻孔的方式对加工好内外型面的半球体毛坯200的中心位置钻取通孔，可以理解的是，通孔的精度高，需要进一步地加工才能达到设计要求，在此工序中，仅通过钻头钻取通孔的基准孔，后续工序对基准孔进行扩孔作业。通过以法兰块300为精加工基准精准的加工半球体500的内外型面，保证了尺寸精度。

在本发明的一个实施例中，以法兰块300为基准，对半球体毛坯200精加工至最终尺寸的步骤还包括：线切割半球体毛坯200中心位置通孔至最终尺寸；线切割法兰边210，将半球体毛坯200加工至最终尺寸。

在该实施例中，如图3所示，在将半球体毛坯200的内型面和外型面均加工至最终尺寸后，夹紧法兰块300，将半球体毛坯200固定，通过线切割的方式，对通孔进行扩孔作业，直至通孔尺寸符合设计要求为止。再通过线切割的方式去除法兰边210，以得到符合设计尺寸要求的半球体500。采用线切割的方式，加工精度高，零件的变形量较少。

在本发明的一个实施例中，钛合金薄壁半球体500加工方法还包括：对半球体500的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸进行检测。

在完成加工工序后，需要对半球体500的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸进行检测，以确定半球体500的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸是否达到设计要求，如均符合，则说明零件合格，如有至少一项尺寸不合格，则需要进行补加工。以保证零件的质量。

示例性的，半球体500的加工步骤为：板材的材料可选用TC4，板材的厚度8毫米，固溶处理δb≥980Mpa，经过旋压成型加工为半球体毛坯200的高度为138毫米。半球体500的最终设计尺寸要求为半球体500的底部外圆直径为207毫米，高度为93毫米，壁厚1毫米。

顶撑内型面，加工法兰边210的上下两个端面至见光，去除端面的高点和棱圆，确保半球体毛坯200的总高度不小于135毫米。

压紧半球体毛坯200的法兰边210，车加工半球体毛坯200顶端，使得顶端见光，并保证顶端加工位置的最大直径不小于50毫米，顶端平面度不超过0.05毫米。

车加工法兰边210外圆，使得法兰边210剩余的外圆尺寸和半球体毛坯200底部外圆尺寸一致，半球体毛坯200的底部外圆直径为212毫米。

焊接的法兰块300的数量为6个，每个法兰块300的厚度为20毫米，每相邻两个法兰块300的夹角为60度，并在法兰边210焊接后进行校平处理。

顶撑内型面，以内型面为基准，加工法兰块300的两个端面至见光，加工后的法兰块300厚度为15毫米，平面度不超过0.02毫米，平行度不超过0.02毫米，保留焊缝位置。

将夹具400找正并固定于车床，以半球体毛坯200的上端面和外圆进行定位，夹紧零件后，加工外型面至最终尺寸。

将零件从夹具400上卸下并翻面，以半球体毛坯200的下端面和外圆进行定位，夹紧零件后，加工内型面至最终尺寸，保证内外型面的圆心位置一致。

对加工好内外型面的半球体毛坯200的中心位置钻取基准孔，基准孔的尺寸为20毫米。

通过线切割的方式对基准孔扩孔至最终尺寸，通孔尺寸为

通过线切割的方式切除法兰边210。

半球体500的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸进行检测。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，包括：

获取半球体毛坯；

以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工；

获取法兰块，将所述法兰块焊接于经粗加工后的所述法兰边；

以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸。

2.根据权利要求1所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述获取半球体毛坯的步骤包括：

获取板材；

通过旋压成型的方式获取所述半球体毛坯。

3.根据权利要求2所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工的步骤包括：

顶撑所述半球体毛坯的内型面，车加工所述法兰边的端面，去除所述法兰边的端面的高点和棱圆；

以所述法兰边端面做基准加工所述半球体毛坯顶端，以保证所述半球体毛坯顶端平面度不超过0.02毫米。

4.根据权利要求3所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述以所述半球体毛坯的法兰边为基准，对所述半球体毛坯粗加工的步骤还包括：

加工所述法兰边外圆，保证所述法兰边外圆尺寸和所述半球体毛坯底部外圆尺寸一致。

5.根据权利要求2所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述获取法兰块，将所述法兰块焊接于经粗加工后的所述法兰边的步骤包括：

对焊接后的所述法兰块校平处理。

6.根据权利要求5所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，

所述法兰块的数量至少6个。

7.根据权利要求5所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸的步骤包括：

顶撑所述内型面，以所述内型面为基准，加工所述法兰块的端面；

加工所述法兰块的外圆，保证所述法兰块的平面度不超过0.02毫米，平行度不超过0.02毫米。

8.根据权利要求7所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸的步骤还包括：

将夹具固定在车床上；

以所述法兰边的端面和外圆作为基准，将所述半球体毛坯的内型面朝上固定在所述夹具上，精加工所述内型面至最终尺寸；

以所述法兰边的另一端面和外圆作为基准，将所述半球体毛坯的外型面朝上固定在所述夹具上，精加工所述外型面至最终尺寸；

采用钻孔的加工方式钻取所述半球体毛坯中心位置通孔。

9.根据权利要求8所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，所述以所述法兰块为基准，对所述半球体毛坯精加工至最终尺寸的步骤还包括：

线切割所述半球体毛坯中心位置通孔至最终尺寸；

线切割所述法兰边，将所述半球体毛坯加工至最终尺寸。

10.根据权利要求8所述的钛合金薄壁半球体加工方法，其特征在于，还包括：

对所述半球体的壁厚尺寸、高度尺寸、内孔尺寸和外圆尺寸进行检测。

Images