复杂网格薄壁壳体加工方法与流程

本发明属于薄壁壳体的数控加工技术领域，尤其涉及一种复杂网格薄壁壳体加工方法。

背景技术：

薄壁壳体传统加工方法存在的问题：

1、壳体变形导致圆度无法满足要求

壳体毛坯采用铝合金铸造工艺，铸造成形工艺导致壳体毛坯内部存在较大的铸造内应力。加工过程中，壳体多余金属材料被不断的去除，壳体残余应力得到释放，且壳体刚性也随着金属材料的去除而逐渐减弱，加工后的壳体极易变形。传统的加工方法不能有效地释放壳体残余应力，无法有效地控制壳体变形，加工后的壳体圆度无法满足2mm要求。

2、环向凹槽导致壳体网格结构加工装夹困难

环向凹槽处的壳体厚度仅为2mm，环向凹槽结构极大地削弱了壳体环向凹槽部位的刚性。壳体加工过程中，传统的加工方法采用若干个压板压紧壳体大端面将壳体固定在机床平台上，装夹后的壳体大端面承受压板压紧带来的轴向压力，环向凹槽处的壳体刚性不足以承受壳体装夹传递过来的轴向压力，传统的加工方法不能避免壳体环向凹槽承受轴向压力，极易导致壳体环向凹槽处产生裂纹导致壳体报废，并且裂纹不易发现，壳体质量隐患非常大。

3、壳体网格腹板厚度加工精度差

壳体轮廓尺寸较大，网格横筋和纵筋厚度为9mm，网格腹板厚度为1.5mm，属于弱刚性壳体。壳体网格腹板位置的金属材料去除率为六分之五，随着多余金属材料的去除，产品结构刚性变得更弱。加工过程中的壳体变形，导致实际表面与理论表面存在偏差，变形量越大，偏差量也越大，壳体网格腹板厚度加工精度也越差。

上述问题严重影响壳体制造精度和生产质量稳定性。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种复杂网格薄壁壳体加工方法，控制了壳体加工过程的变形量，以确保壳体最终满足加工精度要求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种复杂网格薄壁壳体加工方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：将铸件毛坯通过车削方式得到壳体；步骤二：通过振动或冷热循环处理降低步骤一中的壳体的内应力；步骤三：将步骤二中的降低了内应力的壳体进一步通过车削方式去得到新壳体；步骤四：将步骤三中的新壳体通过铣削方式得到带网格的壳体；步骤五：通过振动或冷热循环处理降低步骤四中带网格的壳体的内应力；步骤六：将步骤五中的降低了内应力的带网格的壳体的第一道环向凹槽中心位置以下的外表面采用车削方式去除2-3mm的厚度；步骤七：将步骤六中加工后的带网格的壳体大端第一道横筋以下的内表面去除2-3mm厚；步骤八：将步骤七中加工后的带网格的壳体的外表面顶端车削出若干个环向凹槽。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤一中，壳体的厚度为17-21mm。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤二中，通过振动降低步骤一中的壳体的内应力包括：通过激振器振动壳体消除壳体的内应力，处理过程不少于40分钟。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤二中，通过冷热循环处理降低步骤一中的壳体的内应力包括如下步骤：(1)将壳体降温至-80℃保温1小时，然后降温至-180℃保温2小时，然后升温至20℃保温1小时，然后升温至130℃保温2小时；(2)重复步骤(1)。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤三中，新壳体的厚度为13-17mm。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤四中，所述网格包括横筋和纵筋，其中，横筋和纵筋交叉排列。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤四中，带网格的壳体的网格腹板厚度为5.5-7.5mm。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤五中，通过振动降低步骤四中带网格的壳体的内应力包括：通过激振器振动壳体消除壳体的内应力，处理过程不少于40分钟。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤五中，通过冷热循环处理降低步骤四中带网格的壳体的内应力包括如下步骤：(11)将壳体降温至-80℃保温1小时，然后降温至-180℃保温2小时，然后升温至20℃保温1小时，然后升温至130℃保温2小时；(12)重复步骤(11)。

上述复杂网格薄壁壳体加工方法中，在步骤一中，壳体的厚度为20mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)本发明通过步骤三、步骤四尽可能地去除壳体多余金属材料，达到效果为提前释放壳体内应力，提高了壳体网格腹板厚度加工精度；

2)本发明通过合理安排步骤二、步骤五降低壳体的内应力，达到效果为提高了壳体加工过程尺寸稳定性，控制了壳体加工过程的变形；

3)本发明通过步骤六至步骤八调整了壳体环向凹槽的加工流程，达到效果为壳体环向凹槽无需承受壳体装夹传递的轴向压力，避免了壳体环向凹槽被压裂的加工风险，避免了壳体报废的隐患，提高了壳体加工质量稳定性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的复杂网格薄壁壳体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的壳体加工工艺流程图；

图3是本发明实施例提供的壳体外形面加工后结构示意图；

图4是本发明实施例提供的壳体锥面贴合装夹状态示意图；

图5是本发明实施例提供的壳体内形面加工后结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例以薄壁锥形壳体为阐述对象，壳体锥角为7°，小端直径为ф1600mm，高度为691mm，加工后的壳体圆度要求为2mm。壳体外形面为锥面，靠近壳体大端的外锥面存在三处剩余厚度为2mm的环向凹槽，凹槽处壳体厚度公差为0～-0.2mm；壳体内形面为横筋和纵筋交叉排列形成的网格结构，网格横筋和纵筋厚度为9mm，网格腹板厚度为1.5mm，网格腹板处壳体厚度公差为0～+0.2mm，具体结构见图1。

图2是本发明实施例提供的壳体加工工艺流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤一：将铸件毛坯采用车削方式去除多余金属材料得到壳体，壳体的厚度为17-21mm；

步骤二：通过激振器振动壳体消除壳体应力，处理频率不少于5个，至少保证2个频率最大加速度在30-70m/s²，处理过程实际不少于40分钟；采用冷热循环处理壳体消除应力，降温至-80℃保温1小时，降温至-180℃保温2小时，升温至20℃保温1小时，升温至130℃保温2小时，重复进行两个循环；降低步骤一中的壳体的内应力；

步骤三：将步骤二中的降低了内应力的壳体进一步采用车削方式去除多余金属材料得到新壳体，新壳体的厚度为13-17mm；

步骤四：将步骤三中的新壳体采用铣削方式去除多余金属材料得到带网格的壳体，网格包括横筋和纵筋，横筋和纵筋交叉排列，带网格的壳体的网格腹板厚度为5.5-7.5mm；

步骤五：通过激振器振动壳体消除壳体应力，处理频率不少于5个，至少保证2个频率最大加速度在30-70m/s²，处理过程实际不少于40分钟；采用冷热循环处理壳体消除应力，降温至-80℃保温1小时，降温至-180℃保温2小时，升温至20℃保温1小时，升温至130℃保温2小时，重复进行两个循环；降低步骤四中的带网格的壳体的内应力；

步骤六：将步骤五中的降低了内应力的带网格的壳体大端第一道环向凹槽22中心以下的外形面部分采用车削方式去除2-3mm厚的多余金属材料达到壳体尺寸要求；带网格的壳体大端第一道环向凹槽中心以上的外形面部分不加工，壳体厚度保持不变；

步骤七：将步骤六中加工后的带网格的壳体大端第一道横筋23以下部分的内形面采用车削和铣削方式去除2-3mm厚的多余金属材料达到壳体尺寸要求；

步骤八：将步骤七中加工后的带网格的壳体大端未加工部分采用车削方式去除多余金属材料达到壳体尺寸要求，并在壳体外形面大端车削出若干个环向凹槽2。

具体的，对本实施例的复杂网格薄壁壳体加工方法具体描述：

(1)、将壳体铸件毛坯粗车加工至两侧留4～6mm余量的壳体；

(2)、通过振动、冷热循环等方式降低壳体内应力；

(3)、将壳体半精车加工至两侧留2～3mm余量的壳体；

(4)、将壳体粗铣网格至留2～3mm余量的带网格的壳体；

(5)、通过振动、冷热循环等方式降低壳体内应力；

(6)、壳体外形面大端如图3所示位置不加工，其余部分精车至壳体尺寸；

(7)、按照图4所示状态进行壳体装夹约束；

(8)、壳体内形面大端如图5所示位置不加工，其余部分精车至壳体尺寸；

(9)、精铣壳体网格结构至壳体尺寸；

(10)、精车大端内外形面至壳体尺寸，精车凹槽槽结构至图1壳体。

本实施例通过步骤三、步骤四尽可能地去除壳体多余金属材料，达到效果为提前释放壳体内应力，提高了壳体网格腹板厚度加工精度；本实施例通过合理安排步骤二、步骤五降低壳体的内应力，达到效果为提高了壳体加工过程尺寸稳定性，控制了壳体加工过程的变形；本实施例通过步骤六至步骤八调整了壳体环向凹槽的加工流程，达到效果为壳体环向凹槽无需承受壳体装夹传递的轴向压力，避免了壳体环向凹槽被压裂的加工风险，避免了壳体报废的隐患，提高了壳体加工质量稳定性。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。