薄壁圆筒直径及形状精度控制方法及其专用工具技术

本发明专利技术公开了一种火箭燃烧室壳体薄壁圆筒的直径尺寸及形状精度的控制方法。它包括以下步骤：1）校形前薄壁圆筒直径设计；?2）薄壁圆筒预热；3）专用热胀形芯模安装；4）薄壁圆筒热胀形；5）出炉冷却；6）薄壁圆筒外形检测；7）重复校形处理。本发明专利技术通过专用热胀形芯模对薄壁圆筒进行具有适量塑性拉伸的定量热胀形，直径尺寸控制准确，形状校正效果良好。所得到的薄壁圆筒直径尺寸和形状精度较高，完全满足产品设计精度要求。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄壁圆筒的加 工方法，具体地指一种火箭燃烧室壳体薄壁圆筒直径及形状精度控制方法及其专用工具。
技术介绍
薄壁壳体具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，可以满足固体火箭冲压发动机补燃室的圆筒壳体要求。固体火箭发动机是航天飞行器的动力装置，由燃烧室、推进剂药柱、喷管、点火器等主要部分组成。燃烧室壳体是固体火箭发动机系统中的关键件，通过推进剂的燃烧为飞行器提供动力。燃烧室壳体的圆柱段由2 4个薄壁圆筒对接焊合而成，在推进剂燃烧后要承受燃气产生的高压，一般在60个大气压以上。因此，要求薄壁圆筒的直径尺寸尽可能一致，以此减小焊接错位，提高燃烧室壳体的安全系数。另外，燃烧室壳体一般是航天飞行器中最大的结构件，要求其圆度及直线度误差尽可能小，以便有良好的飞行气动特性。因此，对组焊成燃烧室壳体圆柱段的薄壁圆筒的圆度及直线度误差也有严格的要求。采用钢板卷圆后焊接的燃烧室壳体薄壁圆筒的工艺流程一般为钢板下料一镗纵焊缝坡口一卷圆一纵缝焊接一退火一X射线探伤一校形一Il加工两端对接坡口一检验一油封包装入库(待焊接成燃烧室壳体圆柱段)。校形工艺的目的就是要控制薄壁圆筒的直径尺寸和形状精度。现有的薄壁圆筒直径尺寸控制的常规方法是提高钢板的加工精度和焊接精度。但是，提高大型薄壁钢板的加工精度是困难的；而且，焊缝收缩量的波动，常常造成薄壁圆筒直径尺寸超差。现有的薄壁圆筒形状精度控制的常规方法是采用三轴辊床校正后增加机械锤击的方式等进行冷校形。但是，这种方法费时、费力，校形精度较差，常常不能满足设计规定的精度要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种火箭燃烧室壳体薄壁圆筒直径及形状精度控制方法。本专利技术的另一目的是提供实现该方法而设计的薄壁圆筒直径及形状精度控制专用工具。为实现上述目的，本专利技术所提供的火箭燃烧室壳体薄壁圆筒直径及形状精度的控制方法，该方法包括以下步骤I)校形前薄壁圆筒直径设计为了控制薄壁圆筒的周向塑性变形和壁厚减薄量，按照公式d2 = Cl1Xt1A2设计校形前薄壁圆筒外径尺寸d2，其中，Ci1为校形后的薄壁圆筒外径，为校形后的薄壁圆筒壁厚，t2为校形前的薄壁圆筒壁厚；2)薄壁圆筒预热将薄壁圆筒定位安放在专用吊具的底座上，启动专用吊具，将薄壁圆筒吊装到井式电炉中预热，保温，使薄壁圆筒的内孔增大，以保证与薄壁圆筒内孔尺寸相匹配的专用热胀形芯模能方便装入该内孔中；3)专用热胀形芯模安装打开井式电炉的炉门，将专用热胀形芯模吊装对正放置到薄壁圆筒的内孔中，使专用热胀形芯模的芯模圆筒轴心线与薄壁圆筒的轴心线重合，然后关闭炉11 ;4)薄壁圆筒热胀形在井式电炉中，将专用热胀形芯模、薄壁圆筒和专用吊具一起加热到设定的温度，保温，利用专用热胀形芯模对薄壁圆筒进行热胀形；5)出炉冷却打开井式电炉炉门，将专用热胀形芯模、薄壁圆筒和专用吊具一起吊出井式电炉，空冷至室温后吊出专用热胀形芯模；6)薄壁圆筒外形检测检测薄壁圆筒的外圆平均直径、母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录； 7)重复校形处理如果薄壁圆筒的外圆平均直径检测结果不符合设计要求，则调整薄壁圆筒热胀形温度，重复步骤2)至步骤6)的方法，直至薄壁圆筒的外圆平均直径达到设计要求。上述方案所述步骤I)中，控制校形后薄壁圆筒壁厚减薄量为0. Olmm 0. 03mm。上述方案所述步骤2)中，所述薄壁圆筒预热后的内径比专用热胀形芯模的外径大6 IOmm0上述方案所述步骤2)中，所述薄壁圆筒的预热温度T1满足公式T1 = (d+b-Di)/(D1 a P+T2,预热保温时间为20min 40min,其中，d为专用热胀形芯模的外径，b为薄壁圆筒预热后的内径与专用热胀形芯模的外径的差值，D1为热胀形前薄壁圆筒的内径，a工为薄壁圆筒在预热温度时的线性膨胀系数，T2为工作环境温度。上述方案所述步骤3)中，专用热胀形芯模的芯模圆筒4. 3的壁厚a为3(T40mm，芯模圆筒4. 3底部的圆角R为5 8mm,芯模圆筒4. 3外圆柱面的圆柱度误差不大于0. 3mm ;专用热胀形芯模的外径d满足公式d = D /，其中，D为热胀形后薄壁圆筒的内径，T3为热胀形设定温度，T2为工作环境温度，a 3为薄壁圆筒在胀形温度时的线性膨胀系数，a 2为专用热胀形芯模在胀形温度时的线性膨胀系数。上述方案所述步骤4)中，热胀形设定温度T3满足公式T3 = (D-d)/ (d a 2_D a 3) +T2,热胀形保温时间为60min 120min,其中，D为热胀形后薄壁圆筒的内径，d为专用热胀形芯模的外径，T2为工作环境温度，a 3为薄壁圆筒在胀形温度时的线性膨胀系数，a 2为专用热胀形芯模在胀形温度时的线性膨胀系数。上述方案所述步骤6)中，沿薄壁圆筒轴向每间隔300mm检测一个横截面，每个截面沿周向均分检测6条直径并检测每个截面的外圆平均直径，同时检测6条直径两端所对应的12条母线的直线度。 上述方案所述步骤7 )中，热胀形调整温度T4的计算公式为T4=T3+ A，A = T3- T/，或写成 T4=2T3 - T/，其中，T3为步骤4)中所述热胀形设定温度，T/为按照公式T/ =(D^d)/(d a 2-D" a 3) +T2 = (cT _2t「d) / +T2 计算的实际热胀形温度，其中，D'为热胀形后实测的薄壁圆筒内径，cT为热胀形后实测的薄壁圆筒的外圆平均直径，为校形后的薄壁圆筒壁厚，d为专用热胀形芯模的外径，T2为工作环境温度，a 3为薄壁圆筒在胀形温度时的线性膨胀系数，a 2为专用热胀形芯模在胀形温度时的线性膨胀系数。本专利技术所设计的实现上述方法的薄壁圆筒直径及形状精度控制专用工具，包括专用吊具和专用热胀形芯模，所述专用吊具包括吊具吊环和底座，所述吊具吊环与底座之间通过支撑杆相连，所述底座上沿周向设置有多个便于薄壁圆筒底部定位安放的定位销；所述专用热胀形芯模包括与薄壁圆筒内孔尺寸相匹配的芯模圆筒，所述芯模圆筒的内壁沿轴向间隔设置有环形加强筋，其中最上面的一道环形加强筋上设置有芯模吊耳。优选地，所述专用吊具的定位销形成的圆直径D2比校形后的薄壁圆筒的外径Cl1大40 50mm。本专利技术中，所述专用吊具采用ICrlSNiOTi等耐热不锈钢材料，专用热胀形芯模采用具有大线性膨胀系数的lCrl8Ni9Ti等耐热不锈钢材料。本专利技术的有益效果在于通过专用热胀形芯模对薄壁圆筒适量塑性拉伸变形的定量热胀形，直径尺寸控制准确，形状校正效果良好。所得到的薄壁圆筒直径尺寸和形状精度·较高，完全满足产品设计精度要求设计要求平均直径误差不大于±0. 4mm，直线度误差不大于I. 5mm，大小直径差不大于2mm。实际校形后平均直径误差不大于±0. 3mm，直线度误差不大于I. Omm,大小直径差不大于I. 5mmo本专利技术的处理方法可用于火箭燃烧室壳体薄壁圆筒的直径尺寸及形状精度控制，也可以用于其他类似产品的直径尺寸及形状精度控制。附图说明图I为本专利技术中薄壁圆筒热胀形的结构示意图。图2为图I中专用吊具的结构示意图。图3为图I中专用热胀形芯模的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。图2所不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄壁圆筒直径及形状精度控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1）校形前薄壁圆筒（3）直径设计：为了控制薄壁圆筒（3）的周向塑性变形和壁厚减薄量，按照公式d2＝d1×t1/t2设计校形前薄壁圆筒（3）外径尺寸d2，其中，d1为校形后的薄壁圆筒（3）外径，t1为校形后的薄壁圆筒（3）壁厚，t2为校形前的薄壁圆筒（3）壁厚；2）薄壁圆筒（3）预热：将薄壁圆筒（3）定位安放在专用吊具（2）的底座（2.3）上，启动专用吊具（2），将薄壁圆筒（3）吊装到井式电炉（1）中预热，保温，使薄壁圆筒（3）的内孔增大，以保证与薄壁圆筒（3）内孔尺寸相匹配的专用热胀形芯模（4）能方便装入该内孔中；3）专用热胀形芯模（4）安装：打开井式电炉（1）的炉门，将专用热胀形芯模（4）吊装对正放置到薄壁圆筒（3）的内孔中，使专用热胀形芯模（4）的芯模圆筒（4.3）轴心线与薄壁圆筒（3）的轴心线重合，然后关闭炉门；4）薄壁圆筒（3）热胀形：在井式电炉（1）中，将专用热胀形芯模（4）、薄壁圆筒（3）和专用吊具（2）一起加热到设定的温度，保温，利用专用热胀形芯模（4）对薄壁圆筒（3）进行热胀形；5）出炉冷却：打开井式电炉（1）炉门，将专用热胀形芯模（4）、薄壁圆筒（3）和专用吊具（2）一起吊出井式电炉（1），空冷至室温后吊出专用热胀形芯模（4）；6）薄壁圆筒（3）外形检测：检测薄壁圆筒（3）的外圆平均直径、母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；7）重复校形处理：如果薄壁圆筒（3）的外圆平均直径检测结果不符合设计要求，则调整薄壁圆筒（3）热胀形温度，重复步骤2）至步骤6）的方法，直至薄壁圆筒（3）的外圆平均直径达到设计要 求。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩庆波，张朔，王华东，余天雄，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：