一种薄壁多肋钛合金零件的加工方法和装置与流程

本发明涉及焊接技术及机械加工领域，特别是薄壁板材焊接件表面的加工变形控制方法和壁厚及肋板厚度尺寸控制的加工方法。

背景技术：

如图1所示是某型航空发动机混合器机匣重要零件——壳体壁前段，该零件为回转结构，零件材料为TC2，在零件的外圆有180条薄壁肋板，零件两端内圆直径为Φ845.5H11(+0.56 0)、Φ805H11(+0.56 0)，大端壁厚1.8+0.2-0.1，小端壁厚1.6+0.2-0.1，180条肋厚1.6+0.15-0.10，控制两肋间槽壁厚0.9+0.25-0.10，长度165mm，内圆及180条肋上表面粗糙度为非加工表面，Ⅲ级焊缝，允许沿母线用两条焊缝对接焊成。

该壳体壁前段属典型的薄壁零件，刚性差，易变形，在装夹中受压紧易变形，不易保证零件的加工质量。在工艺设计时，首先应解决变形对精度的影响问题，这里特别强调要注意焊接变形和切削变形对精度的影响。

零件采用板材焊接后进行表面加工，现有的加工方法为：领料→激光下料→铣坡口→酸洗→氩弧焊→X射线检验→钳工→滚圆→校圆→车加工→铣加工槽→打毛刺→标印→终检。现行加工方法对于大口径薄壁板材加工焊接变形及车、铣机械加工工艺产生的变形量难以控制，其主要机械加工部分无法满足设计要求。该类零件机械加工时产生轴向压紧力，产生压紧变形，因重复定位而引起零件表面余量分配不均容易产生的加工误差,对于高精度薄壁零件,现行加工工艺无法满足加工要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种薄壁多肋钛合金零件的加工方法和装置，零件装卸方便、可靠，能够很好地控制零件的焊接变形，保证零件与模具贴合间隙，直接满足后续机加部分的要求，解决大直径薄壁钣金零件车加工尺寸问题，降低工人的劳动强度，提高零件的生产效率，提高企业的效率。

本发明的技术方案如下：

一种薄壁多肋钛合金零件的加工方法，包括滚圆和校圆，校圆后的板材加工包含以下工序：热胀形→吹砂→酸洗→车大端边→车小端边。

进一步所述滚圆和校圆之间还包括以下工序：酸洗→氩弧焊→X射线检验。

更进一步，所述车小端边后包括以下工序：精车上下端外型面→精铣槽→切边。

一种用于薄壁多肋钛合金零件加工方法的热胀形夹具，包括底板，底板上方有胀瓣，胀瓣内侧为胀芯，胀瓣上端面设置有上限位环，胀芯下端面与底板之间且位于底板上有下限位环，胀芯上端面与压板相连。

采用上述热胀形夹具的热胀形加工方法时，热胀形的胀形温度为700～730℃，主缸压力为5～10MPa，液压缸下行速度为60mm/min，到达胀形温度后，保温30min后将压头下压，按每隔5min压头下压20mm，下压完成后保温保压1h后随炉冷却。

完成上述工序后，采用校形模具对热胀形后的零件校形，要求零件与校形模具贴合间隙≤0.2mm。校正模具为一型胎，检测并校正零件与型胎贴合间隙，型胎表面强化处理。

一种用于上述薄壁多肋钛合金零件加工方法的车大端边夹具，包括型芯和压紧板。

采用上述车大端边夹具的车大端边加工方法：胀紧并找正夹具后，将零件套入夹具，打表找正零件，将压紧板压零件上端面，保证零件与夹具型面压实后车大端边。

一种用于上述薄壁多肋钛合金零件加工方法的车小端边夹具，包括带底座型芯，带底座型芯外侧周向有压紧套圈，带底座型芯上端依次为压板和盖板。

采用上述车小端边夹具的车小端边加工方法：将零件放入带底座型芯上，用压紧套圈压紧零件大端，找正零件，车小端，然后盖上压板和盖板并压紧。

本发明设计的热胀型夹具中包含胀芯、胀瓣、限位零件的上限位环、下限位环、压板及底板。将零件安装在热胀型夹具中，调整胀型参数。零件热胀型完成后，将零件固定在校形模具上，检查零件与模具贴合间隙≤0.2，再利用车加工夹具可直接满足后续加工的要求。本发明采用上述夹具的具体实施方法可概述为：钳工→校圆→热胀型→吹砂→酸洗→车大端边→车小端边→测量→精车上下端外型面→精铣槽→切边→钳工。

本发明可解决大直径薄壁钣金零件的焊接变形，同时降低了工人的劳动强度，减少了零件的加工周期，提高零件的生产效率；本发明解决了薄壁钣金零件装夹中受压紧易变形，有效控制了大、小端内外圆直径、槽处壁厚及肋板壁厚尺寸要求，保证了零件加工质量。

附图说明

图1为本发明的零件示意图；

图2为图1中A-A截面示意图；

图3为本发明的热胀型夹具示意图；

图4为本发明的校形模具示意图；

图5为本发明的车大端夹具示意图；

图6为本发明的车小端夹具示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，为待加工零件的结构示意图，零件为回转结构，零件材料为TC2，在零件的外圆有180条薄壁肋板，零件两端内圆直径为Φ845.5H11(+0.56 0)、Φ805H11(+0.56 0)，大端壁厚1.8+0.2-0.1，小端壁厚1.6+0.2-0.1，180条肋厚1.6+0.15-0.10，控制两肋间槽壁厚0.9+0.25-0.10，长度165mm，内圆及180条肋上表面粗糙度为非加工表面，Ⅲ级焊缝。壳体壁前段加工分焊接和机加两个阶段，本发明通过分析该零件的加工工艺性、材料性能特点，制定出了满足加工精度要求的夹具及方法，解决了该钛合金高精度薄壁零件加工瓶颈。

首先必须控制焊接变形，保证焊接质量，无尖头或凹陷产生。对于主要表面的加工，内圆尺寸、壁厚及肋板厚度尺寸要求，在加工过程中很容易变形，加工过程中壁厚及肋板壁厚尺寸控制，必须控制夹紧力、切削力的大小，需设计合理的工装支持，满足设计要求。

为达到上述目的，设计加工方法如下：

领料→激光下料→铣坡口→酸洗→氩弧焊→X射线检验→滚弯→酸洗→氩弧焊→X射线检验→钳工→校圆→热胀型→吹砂→酸洗→车大端边→车小端边→测量→精车上下端外型面→精铣槽→切边→钳工→标印→终检→包装入库。

为配合上述加工方法，设计了如图3～6所示的专用夹具。

如图3所示的热胀形夹具，包括底板1，底板1上方有胀瓣3，胀瓣3内侧为胀芯5，胀瓣3上端面设置有上限位环4，胀芯5下端面与底板1之间且位于底板1上有下限位环6，胀芯5上端面与压板7相连。调整夹具中胀芯5轴向移动，通过上限位环4和下限位环6进行限位，扇形胀瓣3胀紧零件，调整胀芯5的作用，热校正零件焊接变形。零件热胀形完成后，将零件固定在校形模具上，如图4所示，检查零件与模具贴合间隙≤0.2mm，对贴合间隙不合格处进行校正。调用车削夹具，如图5所示，车大端时将工件套入工装夹具后，用压紧板压工件上端面，车小端调用图6所示工装夹具，确保加工时不产生轴向压紧力，避免产生压紧变形。既有利于零件找正，又采用沿轴线方向压紧。再利用校正装夹的方法，避免定位误差而引起零件表面余量分配不均产生的加工误差，消除复映误差。

现对本发明的关键工序说明如下：

1)热胀形

①涂涂料，清洗毛料表面及模具；②安装模具，正确安装模具及固定零件，将模具放在设备底座中心并插好热电偶；③热胀形，胀形参数：温度700～730℃，主缸压力5～10MPa，液压缸下行速度60mm/min，到达胀形温度后，保温30min后将压头下压按每隔5min压头下压20mm至设备显示高度为指定高度，保温保压1h后随炉冷却；④检验，零件表面与超过板材负差之半的划伤，压坑等缺陷，将零件固定在校形模具上，零件与模具贴合间隙≤0.2mm，如图3所示。

2)车大端边

①调用车削夹具，按照图5所示装夹夹具与零件，夹具找正端面与外圆跳动在0.05mm内，套入零件后再打表零件将其找正到0.1mm内；②将零件套入夹具型芯后，用压紧板压零件上端面，将零件与夹具型芯型面压实，保证圆周面不滑动，车大端内径Φ849.8+0.5 0尺寸到位(留余量)。

3)车小端边

①调用夹具，按照图6所示装夹夹具与零件，夹具找正端面跳动与外圆跳动在0.05mm内，套入零件后再打表零件将其找正到0.1mm内；②将零件套入夹具后，将零件与夹具型面压实，再用压紧套圈9压紧工件外表面；③切边，保证尺寸Φ799.6+0.56 0；④装上盖板工装。

4)精车上下端外型面，精铣槽

按图6所示装夹进行精车上下端外型面及精铣槽工序，达到最终设计尺寸。