[发明专利]一种大直径铝合金非均匀截面框环精确加工方法

说明书

技术领域

本发明属于薄壁零件机械加工技术领域，尤其是涉及一种大直径铝合金非均匀截面框环精确加工方法。

背景技术

γ槽框环是运载火箭贮箱的重要组成零件，由于零件尺寸大、壁厚小、非均匀截面结构，属于大型弱刚性薄壁件。γ槽框环壁厚精度要求为0-0.3mm，直径精度要求为Φ4992±0.1mm，径厚比达1248:2，γ型槽深144mm，采用铝合金锻环整体机械加工而成，现有3.35m框环，采用型材拉弯后拼焊成整圆的制造工艺；由于采用型材拉弯的成型工艺，产品型面、壁厚等线性尺寸及行为公差精度较低，对后续装配工作带来了较大的难度；由于采用焊接拼接工艺，因此产品整体性能受到限制，同时焊接带来了产品缺陷风险；而传统的小直径环类零件的加工多为采用通用压板螺栓进行紧固装夹，压紧位置少，零件支撑不足，在加工过程中易发生震颤，导致零件表面产生振纹，无法保证零件壁厚0.3mm的精度要求；5m直径γ槽框环的整体加工在中国航天制造领域尚属首次，与现役运载火箭3.35m框环采用型材拉弯后拼焊成整圆的工艺方法相比，整体加工提高了产品的结构强度，降低了产品缺陷风险；由于结构壁厚薄、槽深、精度高，加工中存在较大的技术难度，存在易变形、刚性差、易振动等加工难题，且无同类型、规格整体零件的加工案例。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种大直径铝合金非均匀截面框环精确加工方法，通过本发明可实现大直径铝合金非均匀截面框环的精确装夹及精确加工，解决加工中存在难装夹、易变形、刚性差、易振动等加工难题，弥补了大直径铝合金非均匀截面的框环结构零件精加工的空白。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大直径铝合金非均匀截面框环精确加工方法，主要加工步骤为：

S1、将大直径铝合金非均匀截面框环件自上而下压紧在装夹装置上，框环件与装夹装置的胎具为柱面配合；其中，所述装夹装置主要由基座和八块内型胎具组成，在底座外圆及胎具顶部各留有若干组安装孔用于安装压紧的压板及螺栓；

S2、在胎具顶部压紧由内侧悬伸出若干个长压板压紧框环件，加工框环件外圆；

S3、拆下长压板，在胎具顶部压紧若干个上压板；在外圆底部设置若干小压板，限制框环件的径向移动；检测装夹装置与框环件配合间隙及形位公差；

S4、采用层切方法加工框环件上的γ槽，工艺方法主要步骤为：粗加工，半精加工，精加工；完成框环件的精确加工。

进一步的，装夹装置采用内撑式结构,主要由基座和八块内型胎具组成，通过在基座上增加定位下陷结构设计，使得八块内型胎能够在径向上精确定位，内型胎通过螺纹连接到基座上，完成装夹定位，在底座外圆及胎具顶部各留有若干组安装孔用于安装压紧的压板及螺栓，优选一百二十组安装孔，提高框环件的稳定性；

进一步的，柱面配合的摩擦力较大，在不影响内型胎具型面径向限位的前提下，在内型胎具型面直线段位置设计三条环槽，以减少配合时的接触面积从而减小阻力，解决了框环件在装配内型胎具和卸下内型胎具过程中装配阻力大的问题；

进一步的，针对加工中可能出现框环件内形面尺寸不满足配合要求的情 况，通过在八块内型胎具底面上设计相互平行的长圆槽，使得工装在直径方向上存在调整余量，当零件的内型尺寸发生变化时，通过长圆槽结构可以确保将胎具向外移动，对工装外形面留出相应的加工余量，然后对工装型面进行适应性修整，使新工装满足当前框环件的装夹需求；

进一步的，加工框环外圆时，在胎具顶部压紧三十二个长压板；加工γ槽时，胎具顶部压紧在底座外圆压紧六十个小压板，内形顶部压紧六十个上压板；

进一步的，所述粗加工，采用阶梯型层切方法；由于粗加工材料去除量大，γ槽深144mm，为了提高刀具的结构强度和耐用度，增加刀具结构刀体厚度及宽度，提升了刀具的整体刚性，为满足粗加工大切削的要求，刀具刃宽为15mm，相比常用10mm刃宽，可有效提升加工效率；

进一步的，所述半精加工，采用仿形层切方法，由于γ槽的深度较大，设计刀具在拐角位置以15°斜度平缓过渡，使得刀体整体刚性增强，避免刀具截面突变对整体刚性削弱过多；设计刀具20°后角，避免加工中与框环件干涉；