CN104439968A - 一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其包括如下步骤：(1)采用数控壁板铣机床，平板机械铣贮箱壁板上下两面；(2)采用填料滚弯成形方法将壁板弯曲成形；(3)将若干张弯曲成形的壁板，采用搅拌摩擦焊焊接成筒段；(4)对筒段整体机械铣，采用数控镜像铣加工筒段壁板网格。本发明采用筒段整体镜像铣代替传统的化铣、平板机械铣以及单张弯曲壁板数控铣网格技术，实现网格贮箱筒段先成筒后铣削制造方法，满足需求，提高贮箱筒段加工精度、加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造工艺方法，具体涉及一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法。
背景技术
贮箱是运载火箭重要组成部分，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，使用环境恶劣。它具有薄壁、弱刚性、一次成型无加工余量等特点。
贮箱筒段主要采用壁板滚弯、化铣网格、焊接成筒工艺方法。但是，传统化铣方案，如图1所示，存在的问题：(1)针对传统的化铣工艺，化学腐蚀速率控制难度大，较易产生过腐蚀或不均匀腐蚀，要么造成壁板局部出现点蚀坑或腐蚀部位偏薄，要么造成壁板腐蚀不到位引起全面超正差，加工精度低，剩余壁厚公差难以控制。(2)传统的化铣工艺必须要求圆角过渡，且过渡圆角R大，造成废重过多，且壁厚均为超正差交付，这样就使贮箱的总体重量大大增加，严重影响壁板重量。不利于箭体减重。(3)化铣工艺会造成大量的废液排放，大量有机胶的使用后带来的对环境危害大的有机物垃圾，能源浪费严重，环境污染压力大。
贮箱筒段还可以采用平板数铣网格壁板方案，如图2所示，存在的问题：(1)板材弯曲成形后实际型面与理论型面存在允差，且各部位形位误差不一致，且板材成型后存在同板差或称壁厚差，差值在0.2-0.5mm范围不等，且分布位置存在差别。不能满足壁厚±0.1的设计精度要求。(2)对于网格区有凸台等突变结构的壁板，在弯曲局部刚性过高或过弱，造成变形不均或局部变形不够，凸台边缘部位容易出现开裂等问题。(3)加工效率低，远远不能满足型号需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，以实现高制造精度、高生产效率、低应力的运载火箭贮箱筒段的工程化制造。
实现本发明目的的技术方案：一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其包括如下步骤：
(1)采用数控壁板铣机床，平板机械铣贮箱壁板上下两面，保证壁板总厚度精度±0.15mm；
(2)采用填料滚弯成形方法将步骤(1)所得壁板弯曲成形，母线直线度为1～1.5mm，母线对端面的不垂直度1～1.5mm；滚弯成形参数为卷板速度4～7m/min，下辊中心距500～700mm，每道次下压量20～30mm，总下压量120～150mm；
(3)将步骤(2)所得若干张弯曲成形的壁板，采用搅拌摩擦焊焊接成筒段，母线对端面的不垂直度允差1～3mm，母线不直度允差1～1.5mm，焊缝两侧300mm范围内母线不直度1～3.5mm；
(4)对步骤(3)所得筒段整体机械铣，采用数控镜像铣加工筒段壁板网格，网格剩余壁厚精度±0.1mm，网格筋条宽度精度±0.15mm；加工采用螺旋铣削刀路，切削速度＞1000m/min、转速15000～20000rpm，切深控制为粗加工切深1～2mm、精加工切深0.2～0.5mm。
如上所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其步骤(4)采用数控镜像铣加工筒段壁板网格，加工过程中每5～10个网格为一个加工区，隔区域对称加工；为防颤振采用HSK63A精密热缩刀柄，聚晶金刚石刀具。
如上所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其步骤(2)壁板两侧采用橡胶填料滚弯方法，通过填充，保证壁板整体厚度的一致性；壁板中间区域也采用填料，在中间区域填充1～2mm的橡胶垫。
本发明的效果在于：
本发明采用筒段整体镜像铣代替传统的化铣、平板机械铣以及单张弯曲壁板数控铣网格技术，实现网格贮箱筒段先成筒后铣削制造方法，满足型号需求，提高贮箱筒段加工精度、加工效率。
本发明方法与化铣壁板、单块壁板铣加工相比较，整体筒段加工具有以下优势：(1)整体筒段加工相比化铣网格方案加工效率高、精度高、减重效果好、无环境污染；(2)整体筒段加工相比平板数控铣网格方案加工效率成倍提高，成型精度高，低应力；(3)整体筒段加工的装卡方便、本身刚度比单块壁板高，不需要真空吸附式卡具，工装成本大大降低；(4)本发明的整体筒段加工方式，整体筒段原位放置，具备镜像铣加工条件，可以采用实时激光跟踪壁厚测量，加工精度很高，比单块弯曲壁板加工采用超声测量再补偿的工艺无论在测量精度及效率上都有很大提高。
附图说明
图1为现有一种贮箱筒段制造方法示意图；
图2为现有另一种贮箱筒段制造方法示意图；
图3为本发明所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法示意图。
图4为弯曲成形示意图；
图5为焊接成筒段示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法作进一步描述。
本发明所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，如图3所示，其包括如下步骤：
(1)采用数控壁板铣机床，平板机械铣贮箱壁板上下两面，保证壁板总厚度精度±0.15mm；
(2)如图4所示，采用填料滚弯成形方法将步骤(1)所得壁板弯曲成形，母线直线度为1～1.5mm(例如：1mm、1.2mm或1.5mm)，母线对端面的不垂直度1～1.5mm(例如：1mm、1.2mm或1.5mm)；
滚弯成形参数为卷板速度4～7m/min(例如：4m/min、5m/min或7m/min)，下辊中心距500～700mm(例如：500mm、600mm或700mm)，每道次下压量20～30mm(例如：20mm、25mm或30mm)，总下压量120～150mm(例如：120mm、130mm或150mm)；
壁板两侧采用橡胶填料滚弯方法，通过填充，保证壁板整体厚度的一致性；壁板中间区域也采用填料，在中间区域填充1～2mm(例如：1mm、1.5mm或2mm)的橡胶垫，从而消除中间“鼓心”的问题。
(3)如图5所示，将步骤(2)所得三张120°的弯曲成形的壁板，采用搅拌摩擦焊焊接成筒段，母线对端面的不垂直度允差1～3mm(例如：1mm、2mm或3mm)，母线不直度允差1～1.5mm(例如：1mm、1.2mm或1.5mm)，焊缝两侧300mm范围内母线不直度1～3.5mm(例如：1mm、2.0mm或3.5mm)。
采用搅拌头和焊接参数如下表1所示。
表1
(4)对步骤(3)所得筒段整体机械铣，采用数控镜像铣加工筒段壁板网格，网格剩余壁厚精度±0.1mm，网格筋条宽度精度±0.15mm；
低曲率的顺滑刀轨实现高速切削：加工采用螺旋铣削刀路，切削速度＞1000m/min、转速15000～20000rpm(例如：15000rpm、18000rpm或20000rpm)；
切深控制：切深控制为粗加工切深1～2mm(例如：1mm、1.5mm或2mm)、精加工切深0.2～0.5mm(0.2mm、0.4mm或0.5mm)。
加工顺序控制：加工过程中每5～10个(例如：5个、6个或10个)网格为一个加工区，隔区域对称加工；
防颤振：采用高速精密主轴，采用HSK63A精密热缩刀柄，提高动平衡精度，减少振动；采用聚晶金刚石(PCD)刀具，提高刀具耐用度。
本发明方法整体筒段机械铣，制造精度高，效率高，加工相比单块壁板加工效率成几倍提高，无网格壁板成形和焊接质量较高，且整体筒段机械加工方式可采用实时激光跟踪变形，超声壁厚测量等镜像测量手段。
采用“筒段整体镜像铣网格方案”较“化铣网格方案”加工精度高、效率高、无污染。且机加工网格根部R由刀具底角大小决定，可按设计要求选定，而化铣网格根部R由网格深度决定，因此减重效果好优于化铣网格。
采用“筒段整体镜像铣网格方案”较“平板数控铣网格方案”加工效率更高，壁板弯曲成形精度高，材料残余应力小。
采用“筒段整体多头镜像铣网格方案”较“壁板弯曲成形后单张壁板数控铣网格方案”铣加工网格精度高，加工效率高，焊接质量高。
Claims (3)
1.一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)采用数控壁板铣机床，平板机械铣贮箱壁板上下两面，保证壁板总厚度精度±0.15mm；
(2)采用填料滚弯成形方法将步骤(1)所得壁板弯曲成形，母线直线度为1～1.5mm，母线对端面的不垂直度1～1.5mm；滚弯成形参数为卷板速度4～7m/min，下辊中心距500～700mm，每道次下压量20～30mm，总下压量120～150mm；
(3)将步骤(2)所得若干张弯曲成形的壁板，采用搅拌摩擦焊焊接成筒段，母线对端面的不垂直度允差1～3mm，母线不直度允差1～1.5mm，焊缝两侧300mm范围内母线不直度1～3.5mm；
(4)对步骤(3)所得筒段整体机械铣，采用数控镜像铣加工筒段壁板网格，网格剩余壁厚精度±0.1mm，网格筋条宽度精度±0.15mm；加工采用螺旋铣削刀路，切削速度＞1000m/min、转速15000～20000rpm，切深控制为粗加工切深1～2mm、精加工切深0.2～0.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其特征在于：步骤(4)采用数控镜像铣加工筒段壁板网格，加工过程中每5～10个网格为一个加工区，隔区域对称加工；为防颤振采用HSK63A精密热缩刀柄、聚晶金刚石刀具。
3.根据权利要求1所述的一种基于数控镜像铣削的大型贮箱筒段整体制造方法，其特征在于：步骤(2)壁板两侧采用橡胶填料滚弯方法，通过填充，保证壁板整体厚度的一致性；壁板中间区域也采用填料，在中间区域填充1～2mm的橡胶垫。
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