CN115889826B - 一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，包括以下步骤：将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积大致相同的环形分区，各环形分区之间设置凹槽，凹槽内设置密封胶条；每个环形分区单独配置负压吸附装置箱，设置在各环形分区的气孔中的至少一个靠近内胎工装内表面的一端和与其对应的负压吸附装置箱连接；将箱底圆环安装于内胎工装外表面，预压紧后密封间隙；启动控制系统和各负压吸附装置箱，各负压吸附装置箱通过气孔对箱底圆环与内胎工装之间的空间进行抽气，使箱底圆环与内胎工装逐渐贴合；检测箱底圆环的贴胎率，当贴胎率符合检测要求后，压紧箱底圆环，开始车削外型面。

Description

一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法

技术领域

本发明涉及火箭贮箱加工技术领域，特别是一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法。

背景技术

运载火箭贮箱一般采用可热处理强化铝合金薄板焊接成型，其两端箱底部位多为大直径薄壁椭球壳体结构。目前，我国现役运载火箭贮箱箱底大多采用“瓜瓣拼焊”的工艺进行制造，效率低、精度差。随着大型旋压技术的发展，箱底整体成型工艺成为趋势。

然而，上述方法所得到的仅为整体箱底圆环毛坯，且表面凹凸不平、侧壁厚薄不均，精度无法满足贮箱制造及使用要求，因此必须对整体箱底圆环毛坯进行精密加工。箱底圆环外型面加工作为精密加工的最后一道工序，一般采用“内胎支撑+数控车削/铣削”精密加工工艺，然而该工艺易引起已加工的内型面不规则变形，降低装夹时的贴胎率，造成外型面车削后型面壁厚不均。

因此，亟需一种可以防止外型面加工变形的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供了一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法。该方法具有流程简单、易实施、产品形变小、可以保证型面壁厚质量一致性的优点。本发明从工艺流程、工装设计、质量控制等过程入手，解决了型面壁厚精度低的难题。

本发明提供了一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，包括以下步骤：

将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积大致相同的环形分区，各环形分区之间设置凹槽，凹槽内设置密封胶条；在各环形分区内设置多个贯穿内胎工装内、外表面的气孔，并利用通气槽将该环形分区内的气孔连通；给每个环形分区单独配置负压吸附装置箱，将各环形分区的气孔中的至少一个靠近内胎工装内表面的一端和与其对应的负压吸附装置箱连接；将箱底圆环安装于内胎工装外表面，利用压紧装置预压紧后，密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙；启动控制系统和各负压吸附装置箱，利用控制系统控制各负压吸附装置箱通过气孔完成对箱底圆环与内胎工装之间的空间进行抽气工作，使箱底圆环与内胎工装逐渐贴合；检测箱底圆环与内胎工装外表面的贴胎率，当贴胎率符合检测要求后，压紧压紧装置，开始车削外型面。

进一步地，将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积大致相同的环形分区的方法为：

已知：箱底圆环截面曲线方程y＝f(x)＝(1669²-x²)^1/2/1.6,其中y为箱底圆环轴向单位，x为箱底圆环径向单位；箱底圆环的外表面为S_总；

通过公式：S＝∫2πf(x)×(1+y′^²)dx，计算第一负压区域x₀～x₁的表面积S1、第二负压区域x_1～x₂的表面积S2、…以及第n负压区域x_n-1～x_n的表面积Sn；S_总＝S1+S2+…+Sn，其中n根据实际情况确定；

使S1＝S2＝…＝Sn，即

计算得到第一负压区域x₀～x₁的范围、第二负压区域x₁～x₂的范围、…以及第n负压区域x_n-1～x_n的范围。

在上述实施例中，n≤6。

在一个实施例中，所述凹槽内设置密封胶条的方法为：将密封胶条嵌入内胎工装凹槽内并压实，拼接处连接紧密，无目视可见缝隙。

在一个实施例中，各所述环形分区内的所述通气槽开设在所述内胎工装外表面。

在一个实施例中，所述将箱底圆环安装于内胎工装外表面，利用压紧装置预压紧后，密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙的方法为：吊装箱底圆环，轻轻放置于内胎工装外表面上方，保证箱底圆环底部的端面平面度≤0.5mm；箱底圆环底部采用“Z”型压板预紧，顶部采用顶部压板预紧；使用真空封泥密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙。

在一个实施例中，所述负压吸附装置箱包括通过真空软管依次连接的真空泵、真空负压罐以及过滤器，所述过滤器的另一端通过真空软管与对应的气孔连接。

在一个实施例中，所述检测箱底圆环的贴胎率的方法为：使用木榔头逐点敲击检测箱底圆环的贴胎情况，每个测量点之间的间距不超过100mm；若贴胎率较低，则关闭各负压吸附装置箱，拆除压紧装置后将箱底圆环吊起重新装夹；重新装夹后再次利用各负压吸附装置箱分别完成对应所述环形分区的吸附，并使用木榔头进行贴胎率检测，当贴胎率大于90％且每个环形分区内连续不合格点少于5个时，贴胎率符合检测要求。

进一步地，如果贴胎率检测结果为某区域未完全吸附，采用外部重物挤压方式实现箱底圆环贴胎。

在一个实施例中，所述车削外型面之后还包括：采用超声测厚仪测量箱底圆环壁厚；采用3D扫描法测量椭球外型面；测量结果均符合要求后切断箱底圆环顶部、底部余量，关闭各负压吸附装置箱并拆卸，箱底圆环的外型加工完成。

本发明实施例的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，采用分区式等压力吸附的方式，利用气压差实现型面均匀受力，克服了椭球面曲率变化的影响，有效解决了箱底圆环车削时贴胎率低的难题，

在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法的流程图。

图2是本发明实施例的内胎工装的结构示意图。

图3是本发明实施例的箱底圆环被安装于内胎工装的结构示意图。

图4是本发明实施例的负压吸附装置箱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

以φ3350箱底圆环为例，其内型面表面面积较大。若采取整体吸附方案，存在以下弊端：1、大面积整体吸附，管路连结复杂，不易快速形成负压区域。2、箱底圆环存在局部变形，整体吸附时无法调节负压区域的局部压力值，如果整面积增大真空度会造成真空吸附系统运转功率增大，资源浪费。

结合箱底圆环旋转体结构特点，本发明设计了环向负压分区。即将箱底圆环划分为多个环带，每个环带分别与相互独立的真空吸附装置箱连结，但可以利用同一套控制系统进行控制。当箱底圆环半成品与内胎工装装夹到位后，启动真空吸附系统，各环带分区独立运转。若某区域贴胎率不符合装夹要求，仅需对该区域真空度进行调整即可，避免了大面积真空度提高造成的能源浪费。

参见图1，本发明提供了一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，这种方法先通过对箱底圆环分区后进行负压吸附，并进行车削，至少包括以下步骤：

S100、将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积大致相同的环形分区，各环形分区之间设置凹槽，凹槽内设置密封胶条；

S200、在各环形分区内设置多个贯穿内胎工装内、外表面的气孔，并利用通气槽将该环形分区内的气孔连通；

S300、给每个环形分区单独配置负压吸附装置箱，将各环形分区的气孔中的至少一个靠近内胎工装内表面的一端和与其对应的负压吸附装置箱连接；

S400、将箱底圆环安装于内胎工装外表面，利用压紧装置预压紧后，密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙；

S500、启动控制系统和各负压吸附装置箱，利用控制系统控制各负压吸附装置箱通过气孔完成对箱底圆环与内胎工装之间的空间进行抽气工作，使箱底圆环与内胎工装逐渐贴合；

S600、检测箱底圆环与内胎工装外表面的贴胎率，当贴胎率符合检测要求后，压紧压紧装置，开始车削外型面。

例如，当各环形分区的表面积相同时，可以保持各环形分区的压力一致，则各环形分区所受到的压紧力也完全一致。

本发明实施例的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，利用大气压的各向同性原理，合理设计内胎工装，在箱底圆环内型面与内胎工装之间形成真空区域，利用压力差使箱底圆环紧贴内胎工装，达到提高贴胎率的目的。

在上述实施例中，控制器包括单独设置在各环形分区内的独立控制器，每个环形分区内的独立控制器分别用于控制对应环形分区内的气孔与负压吸附装置箱的连通情况，使各气孔附近区域的压力均可独立调控。

参见图2，通过将内胎工装用于与箱底圆环安装贴合的外表面平均划分成了多个表面积相同的环形分区，各环形分区的分布如图2所示。各环形分区的表面积相同，因此采用负压吸附装置箱进行等压力吸附时，各环形分区压力值一致，且压紧力F相同。即箱底圆环各区域受到的压力相同，避免了区域之间压力差导致内应力，更有利于切向过程中变形控制。

其中，每个环形分区单独配置有负压吸附装置箱，各负压吸附装置箱可以与设置在对应环形分区的所有气孔分别连接，利用负压吸附装置箱通过各气孔对内胎工装和箱底圆环之间的区域进行抽气，能够单独调控各气孔附近区域的吸附调整工作，保证各环形分区的各区域压力均稳定在某适当范围内。

鉴于通气槽能够将每个环形分区内的气孔连通，因此，各负压吸附装置箱也可以与设置在对应环形分区的部分气孔分别连接，能够实现箱底圆环与内胎工装之间的等压力紧密吸附即可。

进一步地，S100中将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积相同的环形分区的方法为：

已知：箱底圆环截面曲线方程y＝f(x)＝(1669²-x²)^1/2/1.6,其中y为箱底圆环轴向单位，x为箱底圆环径向单位；箱底圆环的外表面为S_总；

通过公式：S＝∫2πf(x)×(1+y′^²)dx，计算第一负压区域x_0～x₁的表面积S1、第二负压区域x_1～x₂的表面积S2、…以及第n负压区域x_n-1～x_n的表面积Sn；S_总＝S1+S2+…+Sn，其中n根据实际情况确定；

使S1＝S2＝…＝Sn，即

其中n根据实际情况确定为某个数值后，S1、S2、…以及Sn的值可以确定，通过联立上述公式可以计算得到第一负压区域x₀～x₁的范围、第二负压区域x₁～x₂的范围、…以及第n负压区域x_n-1～x_n的范围。

由于箱底圆环为椭球面结构，若采取简单的轴向等高分区的方式，则箱底圆环顶部与底部真空区域面积差异较大，不利于真空吸附装置箱的协调控制，因此本发明实施例提出了环形分区等压力吸附。利用数学公式计算得到各环形分区的轴向范围区域，能够保证各环形分区的表面积完成相等。

假设大气压为P0，负压区域的气压为P1，则负压区域压紧力为F＝(P0-P1)×S。因此，采取等压力吸附设计，各分区压力值P1一致时，压紧力F也相同，即箱底圆环各区域受到的压力相同，避免了区域之间压力差异导致的内应力，更有利于切向过程中变形控制。为保证箱底圆环紧密贴胎，仅需合理控制负压区域压力值P1，使压紧力F大于箱底圆环变形阻力。

在上述实施例中，基于工程经验，等压力分区一般不超过6处，即n≤6。如此设置，可以保证各环形分区的箱底圆环能够很好地完成紧密贴胎，同时也可以避免配置过多的负压吸附装置箱。

参见图2，内胎工装1的外表面等面积设置了多个环形分区2，各环形分区之间设置凹槽3，凹槽3内还设有密封胶条。各环形分区内均设有多个贯穿内胎工装内外表面的气孔4，气孔之间间距不小于300mm，并利用通气槽将该环形分区内的气孔4连通。每个环形分区均单独配置有负压吸附装置箱，各环形分区中的气孔至少一个通过靠近内胎工装内表面的一端与其对应的负压吸附装置箱连接。

在一个实施例中，凹槽内设置密封胶条的方法为：将密封胶条嵌入内胎工装凹槽内并压实，拼接处连接紧密，无目视可见缝隙。其中密封胶条采用手工压实，保证密封胶条全部被压实在内胎工装的凹槽内。

本发明实施例的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，通过在各环形分区之间设置凹槽，并在凹槽内设置密封胶条。当箱底圆环安装在内胎工装外表面后，箱底圆环内壁与密封胶条接触并将其压紧，因此，可以使各环形分区彼此密封，互不通气。

在上述实施例中，各环形分区内的通气槽均开设在内胎工装的外表面。也就是说，当箱底圆环安装在内胎工装外表面后，通气槽位于箱底圆环与内胎工装之间的空间内，通过通气槽仍能实现同一环形分区内各气孔之间的通气。

同时参见图1和图3，在一个实施例中，S400将箱底圆环安装于内胎工装外表面，利用压紧装置预压紧后，密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙的方法为：吊装箱底圆环9，轻轻放置于内胎工装1外表面上方，保证箱底圆环9底部的端面平面度≤0.5mm。箱底圆环底部采用“Z”型压板5预紧，顶部采用顶部压板6预紧后，使用真空封泥密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙。

本发明实施例的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，通过采用“上压紧下支撑”的微强迫变形装夹方式将箱底圆环预压紧在内胎工装。为了增加箱底圆环与内胎工装之间各环形分区的密封性，可以采用真空封泥将箱底圆环与内胎工装之间的间隙进行密封，无目视可见缝隙。保证在利用各负压吸附装置箱对各环形分区进行抽气时，能够不漏气，避免出现压力分布不均引起的内应力。

参见图4，在一个实施例中，负压吸附装置箱包括通过真空软管71依次连接的真空泵72、真空负压罐73以及过滤器74。过滤器74的另一端通过真空软管与内胎工装1对应的气孔连接。真空泵72主要用于将对应环形分区内的空气抽出，为整套负压吸附装置箱提供工作动力，使箱底圆环在抽气产生的压力下吸附在内胎工装外表面。真空负压罐73用于稳定和平衡气路压力，消除气压波动，实现负压吸附装置箱的平稳工作。过滤器74用于过滤气路中的水分和油污，净化空气，减小对真空泵72的损坏。

负压吸附装置箱还包括接头。真空软管及接头主要是将各部分进行连结，外部再用真空封泥进行密封，确保整个气路系统的气密性。

本发明实施例的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，通过控制器调控负压吸附装置箱的工作。控制器主要用来调控各环形分区的负压，当负压高于设定值时，控制该环形分区的气路与对应的负压吸附装置箱连通，进行抽气，使压力降低。当负压达到设定值时，控制该环形分区的气路断开，保证各环形分区的压力稳定在某适当范围内。

在一个实施例中，S600检测箱底圆环的贴胎率的方法为：

使用木榔头逐点敲击检测箱底圆环的贴胎情况，每个测量点之间的间距不超过100mm。若贴胎率较低，则关闭各负压吸附装置箱，拆除压紧装置后将箱底圆环吊起重新装夹。当箱底圆环重新装夹后再次利用各负压吸附装置箱分别完成对应环形分区的吸附，并使用木榔头进行贴胎率检测，当贴胎率大于90％且每个环形分区内连续不合格点少于5个时，贴胎率符合检测要求。

在上述实施例中，如果贴胎率检测结果为某区域未完全吸附，可以采用外部重物挤压的方式挤压该区域，进而实现半成品箱底圆环完全贴胎。当箱底圆环满足吸附状态后，开始外型面的精密车削。

在车削外型面之后还包括：采用超声测厚仪测量箱底圆环壁厚，采用3D扫描法测量椭球外型面，测量结果均符合要求后切断箱底圆环顶部、底部余量，关闭各负压吸附装置箱并拆卸。最后按需进行钳工打磨和去毛刺等，进而完成箱底圆环的外型加工。

在上述实施例中，外型面加工方法是本发明的重要保护对象，先加工内型面再采用本发明提出的外型面加工方法对毛坯圆环的外型面进行加工的，同样属于本发明的保护范围。

以上实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。

本发明提供的一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，采用了负压吸附方式，使薄壁弱刚性壳体(箱底圆环)与内胎工装紧密贴合，攻克了椭球外型面难装夹、难压紧和难固定的难题，实现了箱底圆环高精度、高质量的精密加工，实现了箱底圆环的高效率、高精度、高质量制造。通过等面积环形分区式等压力吸附内胎工装，克服了精密加工过程中应力释放造成的反弹变形，提高了箱底圆环外型面加工的质量稳定性和壁厚精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积大致相同的环形分区，各环形分区之间设置凹槽，凹槽内设置密封胶条；

在各环形分区内设置多个贯穿内胎工装内、外表面的气孔，并利用通气槽将该环形分区内的气孔连通；

给每个环形分区单独配置负压吸附装置箱，将各环形分区的气孔中的至少一个靠近内胎工装内表面的一端和与其对应的负压吸附装置箱连接；

将箱底圆环安装于内胎工装外表面，利用压紧装置预压紧后，密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙；

启动控制系统和各负压吸附装置箱，利用控制系统控制各负压吸附装置箱通过气孔对箱底圆环与内胎工装之间的空间进行抽气，使箱底圆环与内胎工装逐渐贴合；

检测箱底圆环与内胎工装外表面的贴胎率，当贴胎率符合检测要求后，压紧压紧装置，开始车削外型面。

2.根据权利要求1所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，将内胎工装用于与箱底圆环贴合的外表面划分多个表面积大致相同的环形分区的方法为：

已知：箱底圆环截面曲线方程y＝f(x)＝(1669²-x²)^1/2/1.6,其中y为箱底圆环轴向单位，x为箱底圆环径向单位；箱底圆环的外表面为S_总；

通过公式：S＝∫2πf(x)×(1+y′^{^2})dx，计算第一负压区域x₀～x₁的表面积S1、第二负压区域x₁～x₂的表面积S2、…以及第n负压区域x_n-1～x_n的表面积Sn；S_总＝S1+S2+…+Sn，其中n根据实际情况确定；

使S1＝S2＝…＝Sn，即

计算得到第一负压区域x₀～x₁的范围、第二负压区域x₁～x₂的范围、…以及第n负压区域x_n-1～x_n的范围。

3.根据权利要求2所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，n≤6。

4.根据权利要求2所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，所述凹槽内设置密封胶条的方法为：将密封胶条嵌入内胎工装凹槽内并压实，拼接处连接紧密，无目视可见缝隙。

5.根据权利要求2所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，各所述环形分区内的所述通气槽开设在所述内胎工装外表面。

6.根据权利要求1所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，所述将箱底圆环安装于内胎工装外表面，利用压紧装置预压紧后，密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙的方法为：

吊装箱底圆环，轻轻放置于内胎工装外表面上方，保证箱底圆环底部的端面平面度≤0.5mm；

箱底圆环底部采用“Z”型压板预紧，顶部采用顶部压板预紧；

使用真空封泥密封箱底圆环与内胎工装之间的间隙。

7.根据权利要求1所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，所述负压吸附装置箱包括通过真空软管依次连接的真空泵、真空负压罐以及过滤器，所述过滤器的另一端通过真空软管与对应的气孔连接。

8.根据权利要求1所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，所述检测箱底圆环的贴胎率的方法为：

使用木榔头逐点敲击检测箱底圆环的贴胎情况，每个测量点之间的间距不超过100mm；

若贴胎率较低，则关闭各负压吸附装置箱，拆除压紧装置后将箱底圆环吊起重新装夹；

重新装夹后再次利用各负压吸附装置箱分别完成对应所述环形分区的吸附，并使用木榔头进行贴胎率检测，当贴胎率大于90％且每个环形分区内连续不合格点少于5个时，贴胎率符合检测要求。

9.根据权利要求8所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，如果贴胎率检测结果为某区域未完全吸附，采用外部重物挤压方式实现箱底圆环贴胎。

10.根据权利要求1所述的火箭贮箱椭球箱底圆环外型加工方法，其特征在于，所述车削外型面之后还包括：

采用超声测厚仪测量箱底圆环壁厚；

采用3D扫描法测量椭球外型面；

测量结果均符合要求后切断箱底圆环顶部、底部余量，关闭各负压吸附装置箱并拆卸，箱底圆环的外型加工完成。