一种六刃交汇刻痕刀具的加工方法与流程

本发明涉及一种六刃交汇刻痕刀具的加工方法，属于液体火箭发动机制造领域。

背景技术：

膜片是液体火箭发动机实现二次起动的关键零件，其在发动机第一次起动后要隔离来自涡轮泵的高温燃气，确保起动器壳体内腔中的火药不被一次起动后涡轮泵内的高温燃气引爆；在发动机再次起动时，二次起动器内腔的火药爆燃产生的高温燃气作用于膜片刻痕部位挤破膜片，燃气推动涡轮完成二次启动。因此，膜片产品反向需具备一定承压能力，而正向在预定压力下能够可靠切破导通，将高温燃气吹向涡轮泵转子。本文所述的“*”形刻痕膜片的刻痕均匀分布在圆周360°范围内，其刻痕截面为30°角度。考虑到系统安全性和工作可靠性，膜片的正向破裂压力精度较高，反向承压能力较高。由于膜片是一次性工作零件，其破裂压力只能抽检，主要由剩余厚度和刻痕交汇点状态保证。一字刻痕刀机械冷冲压是最常见的刻痕加工方式，为使用“一”字冲头分三次刻制“*”形刻痕，每次刻痕完后冲头旋转60°，六条刻痕剩余厚度散差大、刻痕交汇处状态不一致，通常导致膜片刻痕交汇点刻漏、撕裂、同批破裂压力散差大、破裂压力不合格，这给膜片的工作可靠性带来很大隐患。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统刻痕加工方式多采用一字型冲头分三次加工容易造成的刻痕厚度散差大、刻痕交汇处状态不一致、刻痕交汇点结构易刻漏等问题，提出了一种六刃交汇刻痕刀具的加工方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种六刃交汇刻痕刀具的加工方法，步骤如下：

(1)选取适当刻痕刀具材料，并对刻痕刀具整体进行热处理及加工，其中，所述刻痕刀具包括上垫块、下垫块、支撑块、底座、冲头、芯轴；

(2)对刻痕刀具的冲头进行精密丝线切割加工，使冲头形成特定形状；

(3)对步骤(2)所得冲头形状进行进一步调整，并获取特定形状加工完成后刀刃与尖锥尖点等高的切削刃冲头；

(4)调整冲头上端面平面度直至满足要求，对刻痕刀具进行装配，利用装配完成的刻痕刀具对膜片产品进行刻痕。

所述步骤(1)中，选取高强度模具钢cr12mov作为上垫块、下垫块、支撑块、底座、冲头、芯轴材料，所述热处理具体为淬火处理，所述装配加工为定位面、运动面磨削处理。

所述步骤(2)中精密丝线切割加工具体步骤如下：

(2-1)将待加工冲头按装夹角度β装夹后找正，于冲头端面设置六方分度刻线，并于垂直投影方向利用定位线按切割夹角α进行线切割；其中，所述线切割每次切割部分均为顶角为α的等边三角形；

(2-2)沿六方分度刻线将定位线旋转60°继续进行切割，重复步骤(2-1)操作直至冲头端面上留有6条刀刃线为止。

所述步骤(3)中，对步骤(2)所得冲头形状进行进一步调整的具体方法为：对步骤(2-2)所得6条刀刃线交汇处结构进行加工，直至所述交汇处结构加工为六棱尖锥为止，完成冲头加工。

所述步骤(3)中，对6条刀刃线交汇处结构进行加工的具体做法为：

于6条刀刃线加工完成后，利用电极丝紧贴刀刃线沿x轴负方向继续进刀切割直至交汇处结构过切并形成六棱尖锥，此时六棱尖锥尖点与6条刀刃线等高且六棱尖锥过切处形成切削刃。

所述冲头上端面平面度要求为不大于0.004mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种六刃交汇刻痕刀具的加工方法，通过直接设计“*”形刻痕冲头的方式，避免了“一”字冲头分三次刻制“*”形刻痕容易出现的刻痕厚度散差大、刻痕交汇处状态不一致、刻痕交汇点结构易刻漏等问题，同时采用精密慢走丝线切割加工工艺加工冲头六刃及其交汇处，将六刃交汇处过切形成一六棱尖锥，且尖锥尖点与六条刃等高，实现了“*”形刻痕冲头的精加工；

(2)本发明采用高强度模具钢作为刀具材料，并进行淬火热处理，保证刀具有足够的刚度，将膜片冷压刻痕时刀具的弹性变形影响降低到最小，同时于刀具各零件热处理后精磨加工，保证各零件定位面的形位公差均满足要求。

附图说明

图1为发明提供的刻痕刀具线切割前的结构示意图；

图2为发明提供的刀具冲头精密丝线切割加工后刀刃结构示意图；

图3为发明提供的刀具冲头精密丝线切割加工后交汇处结构示意图；

图4为发明提供的刀具冲头刀刃与刀刃交汇处尖锥加工状态图；

图5为发明提供的刻痕刀具加工膜片产品状态图；

具体实施方式

一种六刃交汇刻痕刀具的加工方法，针对现有技术多采用一字型刀具刻痕容易造成刻痕剩余厚度散差大、刻痕交汇处状态不一致的问题，为达到“*”形刻痕膜片的刻痕均匀分布的效果，采用如下步骤对刻痕刀具进行加工处理：

(1)如图1所示，选取适当刻痕刀具材料，并对刻痕刀具整体进行热处理及装配加工，其中，所述刻痕刀具包括上垫块、下垫块、支撑块、底座、冲头、芯轴；

针对膜片冷冲压加工、刻痕力较大的特点，将整套刀具所有零件的材料选择为高强度模具钢，并进行淬火处理，淬火硬度hrc60～65，使整套刀具的刚度足够大，则其在＞10000n的刻痕力作用下，刀具的弹性变形足够小，其相对膜片的剩余厚度值可忽略不计；

针对刀具的材料特点及装配关系，将六种零件于淬火后进行精磨加工，保证热处理后所有定位面、运动面精磨，且所有定位面形位公差均满足设计要求；

(2)对刻痕刀具的冲头进行精密丝线切割加工，如图2所示，使冲头形成特定形状；

具体加工步骤为：

为保证六条刀刃夹角为30°，将冲头按角度β装夹后找正，于冲头端面设置六方分度刻线，在垂直投影方向上按夹角α线切割掉一等边三角形，即可加工出两个刀刃的一个侧面；然后依次沿六方分度刻线将定位线旋转60°继续进行切割，最终即可将六条刀刃线切割出来；此时由于线切割电极丝径的存在，其六刃交汇处为一小六角“梅花瓣”平面，因此处不存在切削刃，故在冲头冷压刻痕时会产生很大阻力，导致膜片的变形增大，稳定性变差；

(3)对步骤(2)所得冲头形状进行进一步调整，如图3、图4所示，并获取特定形状加工完成后刀刃与尖锥尖点等高的切削刃冲头；

其中，对步骤(2-2)所得6条刀刃线交汇处结构进行加工，于6条刀刃线加工完成后，利用电极丝紧贴刀刃线沿x轴负方向继续进刀切割直至交汇处结构过切并形成六棱尖锥，此时六棱尖锥尖点与6条刀刃线等高且六棱尖锥过切处形成切削刃；

(4)调整冲头上端面平面度直至满足要求，对刻痕刀具进行装配，利用装配完成的刻痕刀具对膜片产品进行刻痕；为避免零件的加工误差在装配时发生积累造成影响，将整套刀具完成装配后，以底座下端面为基准，使用千分表测量并调整冲头上端面的平面度，需满足≤0.004mm的要求，并使用激光刻线标记各零件的相对位置，并在膜片刻制过程中固定此位置。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，将整套刀具所有零件的材料选择为高强度模具钢cr12mov，并淬火到硬度hrc60～65，保证整套刀具有足够的刚度，在淬火后，将支撑块内孔和冲头刀杆外圆精磨，保证二者径向间隙≤0.02mm，使冲头在刻痕运动时有良好的导向作用；将上垫块、下垫块、支撑块、底座的上、下平面精磨，保证其上、下表面的平行度≤0.002mm；将冲头上、下、小端平面精磨，保证其三表面的平行度≤0.002mm；将芯轴内孔精磨，保证与膜片产品外径间隙0.10～0.15mm，将芯轴底面精磨，保证底面和内孔的垂直度≤0.002mm；将冲头端面铣加工为六方分度刻线，用于线切割时分度装夹定位使用；

对刻痕刀具冲头刃部进行精密线切割加工，将冲头按角度β≈28°装夹后找正，在垂直投影方向上按夹角为α≈66.4°线切割掉一等边三角形，即可加工出两个刀刃的一个侧面；然后依次使用冲头端面六方分度60°装夹定位线切割，最终即可将六条刀刃线切割出来；将线切割电极丝沿x轴负方向继续进刀一定距离，进刀距离将六刃交汇处结构过切，形成一六棱尖锥，尖锥尖点与六条刃等高，且六刃过切相交处形成切削刃。

加工完成后，将底座、芯轴、下垫块、支撑块、上垫块、冲头依次装配，膜片产品放置于下垫块上、芯轴内孔中，各零件相对位置按激光刻线标记对齐，然后将整套刀具置于压力机上，施加一定的压力进行刻痕，获得如图4所示的刻痕。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。