一种超大直径薄壁的制作方法

一种超大直径薄壁y形环加工方法
技术领域
1.本发明涉及一种超大直径薄壁y形环加工方法，属于装夹定位及变形技术领域
。


背景技术：

2.贮箱是运载火箭和导弹武器的重要组成部分，需要承受燃料内压
、
轴向压力
、
扭曲抗力以及飞行过程中的过载冲击
。
其中y形环与贮箱筒段
、
箱底
、
短壳三个部件焊接，起到了连接作用
。y
形环属于外形准确度要求较高
、
尺寸较大
、
曲率半径较大的框类y形环
。
3.运载火箭的y形环传统制造工艺采用钣金成形，此工艺方法存在较多问题：残余应力较大，存在回弹现象，在成形过程中截面形状会发生畸变和工件扭曲
。
新一代运载火箭
ф5m
级y形环制造工艺采用精加工时用内形支撑胎的装夹方法，此方法针对
ф10m
级过渡环支撑难度大，无法实现变形控制
。
对于薄壁大直径类y形环，装夹定位和变形控制是影响机械加工精度的重要因素，现有技术并无解决办法
。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超大直径薄壁y形环加工方法，有效实现变形控制
。
5.本发明解决技术的方案是：
6.一种超大直径薄壁y形环为y形回转体加工方法，y形环为y形回转体，直径为
10m
级，内部为空腔结构，在端部无封口，包括：
7.粗车y形环基准面：
8.y
形环与工作台贴合面的间隙不大于
3mm
，采用内外挤压的方式装夹y形环；车削上端面至表面粗糙度不大于
25
μm，将上端面作为基准面；
9.粗车y形环内外圆：
10.将基准面贴合工作台；对y形环进行找正，内压上端面，粗车y形环外表面至表面粗糙度不大于
25
μm后记录外圆直径值；
11.外压上端面，粗车y形环内表面至表面粗糙度不大于
25
μm后记录内圆直径值；
12.对粗车后的y形环进行去除内应力振动，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
13.进一步粗车y形环内外形：
14.在y形环底部连接螺杆以拉紧y形环，在y形环内外形上车出工艺压边；
15.通过压板压制内形工艺压边，车削y形环的外形；倒换压板压制外形工艺压边，车削y形环的内形；加工过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，每次车削去除余量
2-3mm
，直至剩余单边余量
8-10mm
；
16.对进一步粗车后的y形环进行去除内应力振动，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
17.半精车y形环内外形：
18.通过压板压制内形工艺压边，半精车过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，每次车削去除余量
2-3mm
，直至剩余单
边余量
4-5mm
；
19.对半精车加工后的y形环进行去除内应力振动，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
20.精车y形环内外形至最终尺寸：
21.通过压板压制内形工艺压边，精车过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，每次车削去除余量
0.5-1mm
，精车机床主轴转速
3-4r/min
，刀具进给速度
0.2-0.3mm/r
，每刀进给量
0.5-1mm。
22.进一步的，y形环内外侧各用
30-50
个与工作台连接的压板顶紧y形环内外圆
。
23.进一步的，对y形环进行找正时，调整y形环与机床工作台回转中心重合，具体为：选在工作台对称四点处安装导向定位块，四个导向定位块内表面距离相应位置处的y形环基准圆距离一致，沿着四个定位块将y形环放置于位于工作台的垫板上
。
24.进一步的，粗车内外圆时，车床主轴转速
4-6r/min
，刀具进给速度
0.3-0.5mm/r
，每刀进给量
2-3mm。
25.进一步的，对粗车后的y形环进行去除内应力振动时，控制振动频率在
20-40hz
，y形环振动幅度
2-4mm。
26.进一步的，进一步粗车y形环内外形时，机床主轴转速
4-6r/min
，刀具进给速度
0.4-0.5mm/r
，每刀进给量
2-3mm。
27.进一步的，进一步粗车y形环内外形时，在y形环底部钻制不少于
16-24
个深
30-40mm
的螺纹孔，将螺杆拧至螺纹孔中拉紧y形环
。
28.进一步的，对进一步粗车后的y形环进行去除内应力振动时，控制振动频率在
40-70hz
，y形环振动幅度
3-5mm。
29.进一步的，半精车y形环内外形时，机床主轴转速
3-4r/min
，刀具进给速度
0.3-0.4mm/r
，每刀进给量
1-1.5mm。
30.进一步的，对半精车加工后的y形环进行去除内应力振动时，控制振动频率在
70-100hz
，y形环振动幅度
4-7mm。
31.本发明与现有技术相比的有益效果是：
32.(1)
本发明加工过程中多次采用振动时效处理方法，能够使应力得到有效释放；
33.(2)
本发明采用两次粗加工，一次半精加工逐步去除加工余量，有效控制加工变形，实现高精度加工
。
附图说明
34.图1为本发明y形环结构示意图；
35.图2为本发明y形环加工工艺流程图；
36.图3为本发明粗车内外形结构示意图；
37.图4为本发明半精加工结构示意图
。
具体实施方式
38.下面结合实施例对本发明作进一步阐述
。
39.一种超大直径薄壁y形环为y形回转体加工方法，y形环为y形回转体，直径为
10m
级，内部为空腔结构，在端部无封口，包括：
40.粗车y形环基准面：
41.y
形环与工作台贴合面的间隙不大于
3mm
，采用内外挤压的方式装夹y形环；车削上端面至表面粗糙度不大于
25
μm，将上端面作为基准面；
42.粗车y形环内外圆：
43.将基准面贴合工作台；对y形环进行找正，内压上端面，粗车y形环外表面至表面粗糙度不大于
25
μm后记录外圆直径值；
44.外压上端面，粗车y形环内表面至表面粗糙度不大于
25
μm后记录内圆直径值；
45.对粗车后的y形环进行去除内应力振动，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
46.进一步粗车y形环内外形：
47.在y形环底部连接螺杆以拉紧y形环，在y形环内外形上车出工艺压边；
48.通过压板1压制内形工艺压边，车削y形环的外形；倒换压板压制外形工艺压边，车削y形环的内形；加工过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，每次车削去除余量
2-3mm
，直至剩余单边余量
8-10mm
；
49.对进一步粗车后的y形环进行去除内应力振动，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
50.半精车y形环内外形：
51.通过压板压制内形工艺压边，半精车过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，每次车削去除余量
2-3mm
，直至剩余单边余量
4-5mm
；
52.对半精车加工后的y形环进行去除内应力振动，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
53.精车y形环内外形至最终尺寸：
54.通过压板压制内形工艺压边，精车过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，每次车削去除余量
0.5-1mm
，精车机床主轴转速
3-4r/min
，刀具进给速度
0.2-0.3mm/r
，每刀进给量
0.5-1mm。
55.y
形环内外侧各用
30-50
个与工作台连接的压板顶紧y形环内外圆
。
56.对y形环进行找正时，调整y形环与机床工作台回转中心重合，具体为：选在工作台对称四点处安装导向定位块，四个导向定位块内表面距离相应位置处的y形环基准圆距离一致，沿着四个定位块将y形环放置于位于工作台的垫板2上
。
57.粗车内外圆时，车床主轴转速
4-6r/min
，刀具进给速度
0.3-0.5mm/r
，每刀进给量
2-3mm。
58.对粗车后的y形环进行去除内应力振动时，控制振动频率在
20-40hz
，y形环振动幅度
2-4mm。
59.进一步粗车y形环内外形时，机床主轴转速
4-6r/min
，刀具进给速度
0.4-0.5mm/r
，每刀进给量
2-3mm。
60.进一步粗车y形环内外形时，在y形环底部钻制不少于
16-24
个深
30-40mm
的螺纹孔，将螺杆3拧至螺纹孔中拉紧y形环
。
61.对进一步粗车后的y形环进行去除内应力振动时，控制振动频率在
40-70hz
，y形环振动幅度
3-5mm。
62.半精车y形环内外形时，机床主轴转速
3-4r/min
，刀具进给速度
0.3-0.4mm/r
，每刀进给量
1-1.5mm。
63.对半精车加工后的y形环进行去除内应力振动时，控制振动频率在
70-100hz
，y形环振动幅度
4-7mm。
64.实施例
65.本发明提供了一种超大直径薄壁y形环加工方法，采用两次粗加工，一次半精加工逐步去除加工余量，整个加工过程中不用专用内撑胎具，采用夹持工艺边和底面螺钉拉制的方式进行装夹，采用内外循环车削去余量保证壁厚精度，精加工后切断零件保证相应的高度尺寸，粗加工及半精加工过程中采用振动时效来减小内应力控制变形，是超大直径薄壁y形环理想的制造方法
。
工艺流程如图2所示
。
66.下面以
ф10m
级y形环为实施例对本发明进行阐述，y形环采用整体环轧后再机械加工得到大端内圆直径
ф9500mm
，高度
570mm
，理论内形面为模数是
1.33
的椭球面，大小端焊接边厚度
18mm
，具体结构见图
1。
67.本发明提供的一种超大直径薄壁y形环加工方法，步骤如下：
68.(1)
粗车基准面见光；
69.采用内外挤压的方式装夹，轴向不受力，避免轴向受力加大变形，内外侧各用
48
个压板顶紧零件内外圆，压紧前用塞尺检查零件下平面与工作台之间的间隙
。
车削上端面见光即可
。
70.(2)
粗车内外圆见光；
71.找正方法：由于锻件毛坯较重，产品放于工作台上后无法进行整体径向移动，无法按照传统的找正方法进行找正
。
此工序的找正方法是选在工作台对称四点处放置安装导向定位块，四个导向定位块内表面距离相应位置处的产品基准圆距离一致
。
沿着四个定位块将零件放置于垫板上
。
72.内压上端面，粗车外圆基准，见光后记录外圆直径值
。
73.外压上端面，粗车外圆基准，见光后记录内圆直径值
。
74.车床主轴转速
4-6r/min
，，刀具进给速度
0.3-0.5mm/r
，每刀进给量
2-3mm。
75.(3)
振动时效去除内应力，控制振动频率在
20-40hz
，y形环振动幅度
2-4mm
，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
76.(4)
粗车内外形，单边留余量
10mm
；
77.为了确保装夹牢靠
、
受力均匀，利用高度方向余量，在产品底部钻制
16-m24
，深
40mm
的螺纹孔，用螺杆拉紧零件
。
粗车内外形，加工过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量，使内外形均匀去量，以减小加工变形
。
粗车机床主轴转速
4-6r/min
，，刀具进给速度
0.4-0.5mm/r
，每刀进给量
2-3mm
，剩余单边余量
15mm
，见图
3。
78.(5)
振动时效去除内应力，控制振动频率在
40-70hz
，y形环振动幅度
3-5mm
，y形环加速度控制在
30-70m/s2；
79.(6)
半精车内外形，单边留余量
5mm
；
80.装夹方式同
(4)
，半精车内外形，半精车过程中多次内外倒换压板的装夹方式，内外形分层车削，多次交叉去除余量
5mm
，使内外形均匀去量，以减小加工变形
。
半精车机床主轴转速
3-4r/min
，，刀具进给速度
0.3-0.4mm/r
，每刀进给量
1-1.5mm
，剩余单边余量
5mm
，见图
4。
81.(7)
振动时效去除内应力，控制振动频率在
70-100hz
，y形环振动幅度
4-7mm
，y形环
加速度控制在
30-70m/s2；
82.(8)
精车内外形到最终尺寸；
83.装夹方式同
(4)
，精车内外形，内外形分层车削，多次交叉去除剩余余量
5mm
，保证大端内圆直径
ф9500mm
，大小端焊接区厚度
18mm。
精车机床主轴转速
3-4r/min
，刀具进给速度
0.2-0.3mm/r
，每刀进给量
0.5-1mm。
84.(9)
切断零件，保证高度
570mm。
85.本发明采用整体锻环机械铣的方法，避免了钣金成形方法中发生的畸变和工件扭曲问题；
86.本发明采用工艺压边压制和底部螺纹孔拉制的装夹方法，相比
ф5m
级用整体内支撑装夹方法，降低了因模具投入及修正带来的生产成本；
87.本发明加工过程中多次采用振动时效处理方法，能够使应力得到有效释放；
88.本发明采用两次粗加工，一次半精加工逐步去除加工余量，有效控制加工变形，实现高精度加工；
89.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改
、
等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围
。