[发明专利]超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄壁圆筒的加工方法，具体地指一种超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法。

背景技术

超高强度钢具有很高的强度和足够的韧性，能够承受很高的载荷，具有很高的比强度，可以显著减轻制件的质量。因此，超高强度钢的应用对象主要是航空工业，例如用其制作航天固体火箭发动机的薄壁壳体。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。

固体火箭冲压发动机利用大气中的氧气作为氧化剂，其比冲是固体火箭发动机的4～6倍。冲压发动机的另一个优点是工作速度范围宽，在1.5～6.0马赫的范围内都能有效地工作，即使在空气密度很高的海平面，其工作速度也可达到3马赫。另外，冲压发动机驱动的导弹(或飞行器)以巡航飞行状态实现全程有动力飞行，大大提高了导弹的突防能力及其末端轨道姿态修正能力。因此，大气层内超音速的飞行器优先选用固体火箭冲压发动机。

固体火箭冲压发动机有多种形式，如整体式固体火箭冲压发动机、非整体式固体火箭冲压发动机、固体燃料冲压发动机等。整体式固体火箭冲压发动机主要由燃气发生器、进气道、补燃室和喷管组成。其中，补燃室圆筒壳体是固体火箭冲压发动机系统的关键部件，通过由燃气发生器产生的贫氧燃气在补燃室中的燃烧为飞行器提供动力。补燃室在大气环境中以高于2马赫的速度高速飞行，为了使飞行器具有良好的飞行气动特性，要求补燃室圆筒壳体具有较高的形状精度，如圆度、直线度等。补燃室要承受高压燃气产生的内压力，并且自身重量要轻，要求补燃室圆筒壳体具有超高强度且壁厚较薄。

制造补燃室圆筒壳体的现有工艺流程为：锻造制坯→机械加工→圆筒旋压等零件加工→壳体组焊→退火→射线探伤→淬火+低温回火→冷校形→车前后裙基准→镗加工→水压试验→形位公差检测→油封包装入库。

现有薄壁件的加工比较棘手，在加工中极容易变形，不易保证零件的加工质量。例如上述补燃室圆筒壳体在淬火+低温回火的工序中强化热处理后变形较大：直线度误差设计要求不大于3mm，但实际超过6mm；大小直径差(代替圆度误差)的设计要求不大于2mm，但实际超过5mm。而且，采用机械锤击的方式进行冷校形，由于壳体强度高(超过1600MPa)而收效甚微，制得的产品只能用于地面试验。

综上所述，如何提高超高强度钢薄壁圆筒的形状精度是业界越来越关心的问题。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法。

为实现上述目的，本发明所设计的超高强度钢薄壁圆筒形状精度的控制方法，包括以下步骤：

1)筒体外形检测：圆筒壳体淬火后，按设计要求检测圆筒壳体的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；

2)专用校形夹具的安装：将专用校形夹具安装在圆筒壳体的外圆柱面上，所述专用校形夹具包括一对半圆弧压环和设置在一对半圆弧压环两端的螺栓和螺母紧固件，所述一对半圆弧压环的正中夹紧点A对准圆筒壳体需要校形横截面的最大直径两端，通过螺栓和螺母夹紧校正并固定；

3)形状稳定回火处理：将专用校形夹具及圆筒壳体一起吊装到回火炉中加热保温，稳定校形的形状；

4)出炉冷却：将专用校形夹具及圆筒壳体一起吊出回火炉，空冷至室温；

5)拆卸专用校形夹具及外形检测：拆卸圆筒壳体上的专用校形夹具，重新检测圆筒壳体的母线直线度和横截面大小直径差，并作出标记和记录；

6)重复校形处理：如果检测结果不符合设计要求，则重复步骤2)至步骤5)的方法，直至圆筒壳体的形状精度达到设计要求。

进一步地，所说的步骤1)中，沿圆筒壳体的轴向每间隔300mm检测一个横截面，每个截面沿周向均分检测6条直径，同时检测6条直径两端所对应的12条母线的直线度。

进一步地，所说的步骤2)中，对应于一对半圆弧压环的正中夹紧点A处的直径比圆筒壳体的平均外径小1～2mm。并且，一对半圆弧压环组成的圆形直径D比圆筒壳体的平均外径大0～0.5mm，一对半圆弧压环的正中夹紧点A处的弦高H比其圆弧半径R小1～1.5mm。

进一步地，所说的步骤3)中，多个专用校形夹具之间用铁丝绑牢并与吊具连接，圆筒壳体通过固定在其上的吊装环与吊具连接。并且，最好将圆筒壳体及专用校形夹具保持垂直状态吊装到回火炉中。圆筒壳体及专用校形夹具的加热温度控制在260～300℃，保温时间控制在60～120min。

进一步地，所说的步骤4)中，最好将圆筒壳体及专用校形夹具垂直悬挂在地坑中空冷。