CN111203689B - 一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤。本申请大型薄壁贮箱半球体直径φ925，壁厚为
且椭圆度为φ0.3，该膜片式贮箱尺寸要求高，数控加工难度很大，尤其是所用材料为铝合金，强度刚度不足，加工变形大，加工难度大，而且因膜片式贮箱为大直径半球形，表面线速度随零件高度变化而变化，在车加工时，需针对不同环带选取不同的主轴转速，进一步提高了加工难度；本申请探索采用超声波测量和设计制作专用工装胀紧装夹进行数控加工，贮箱上、下半球壁厚公差
椭圆度Φ0.3，热处理后抗拉强度σb≥340MPa，延伸率大于10％。
Description
技术领域
本发明属于贮箱制造技术领域，尤其涉及一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺。
背景技术
贮箱作为航天动力***的主要压力容器，用于液体介质(如推进剂等)的贮存，承载一定的压力，实现压力供给等功能，其性能的优劣直接影响了航天器的使用寿命和可靠性。根据结构和工作原理的不同，贮箱主要分为表面张力贮箱、膜片式贮箱、胶囊式贮箱、膜盒式贮箱等，而不论哪种贮箱，壳体作为主要承力件，其结构和性能都直接影响了贮箱的性能。目前国内加工的大型薄壁回转体零件直径大多数不超过φ600，壁厚不小于5。
目前，以美国、俄罗斯为主的发达国家在贮箱设计制造和试验等方面处于领先地位，由于采用了先进的贮箱技术对液体推进剂进行全过程有效管理致使国外姿轨控动力***实现一次加注15年长期贮存要求，大大提高了各类航天器在轨飞行的可靠性。而国内由于受到金属膜片贮箱设计制造技术瓶颈的制约，尚不能满足姿轨控动力***发展需求。因此，作为航天器动力***重要组成部分的金属膜片贮箱，该技术的发展对航天动力***的总体性能的提高起到了至关重要的作用，亟待研究解决。
空间飞行器的姿控发动机需要在失重环境频繁的启动和关机，以前国内外主要采用橡胶囊式贮箱，但橡胶囊与推进剂的相容性无法保证推进剂的长期贮存和使用，近期国内外开展了全管理贮箱(也称金属膜片贮箱)对推进剂实行全过程管理的研制。金属膜片贮箱主要采用有色金属中的钛合金、铝合金等轻金属材料研制而成。贮箱金属膜片和壳体制造已成为贮箱研制的主攻方向。
现有技术中贮箱上、下半球材料为铝合金(5A06)，其延伸率较小且加工硬化现象严重，在拉伸成形时极易破裂；该上、下半球直径达930mm，在拉深时，其凸缘部分极易失稳起皱，严重影响内腔成形性能。贮箱上、下半球高精度薄壁球体零件
直径大于φ925在加工过程中控制壁厚和形状难度较大，采用普通方法很难实现测量和装夹。
为了掌握贮箱上、下半球体的关键制造技术，解决液体姿轨控动力***的技术瓶颈，也为顺利完成液体姿轨控动力***提供研制参考，对大型薄壁半球体精密成形及加工进行研究尤为重要。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺。本申请大型薄壁贮箱半球体直径φ925，壁厚为δ3.90+0.3且椭圆度为φ0.3，该膜片式贮箱尺寸要求高，数控加工难度很大，尤其是所用材料为铝合金，强度刚度不足，加工变形大，加工难度大，而且因膜片式贮箱为大直径半球形，表面线速度随零件高度变化而变化，在车加工时，需针对不同环带选取不同的主轴转速，进一步提高了加工难度；本申请探索采用超声波测量和设计制作专用工装胀紧装夹进行数控加工，贮箱上、下半球壁厚公差
椭圆度Φ0.3，热处理后抗拉强度σb≥340MPa，延伸率大于10％。
为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤。
进一步地，所述的一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割设备切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球内球面进行精车加工；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体。
进一步地，在步骤(2)，采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，四次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为377℃～383℃。
进一步地，在步骤(2)，第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位，再进行拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫一定厚度的垫块。
进一步地，在步骤(4)，精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50的环带一个转速，逐步提高。
进一步地，在步骤(5)，精车外球面时，采用机加后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好。
进一步地，在步骤(5)，精车外球面时，先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，下一刀的加工余量为总余量的1/3，采用不断逼近的方法保证零件厚度。
进一步地，在步骤(6)，修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨。
进一步地，在步骤(6)，整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面。
进一步地，在步骤(6)，在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为30s～50s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
本申请采用板料冲压形成半球半成品，然后进行内、外表面车加工以满足设计技术要求。
本申请退火温度控制为377℃～383℃，以便恢复晶粒，提高延伸率和拉伸极限，防止第二次拉伸时破裂。
本申请中，精车外球面时，工装胎膜表面必须加工成为小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好，防止损伤零件内表面。
本申请拉延成形工序主要目的是将板料拉延成形为半球形半成品，因材料延伸率及拉伸极限问题，采用一套模具分步拉伸并辅以中间退火工序，设备选用2000T液压设备。退火工序主要目的是消除应力及回复晶粒，将延伸率回复到初始状态，设备采用铝合金专用退火炉，设计专用夹具装夹提高装炉量同时控制热处理变形。
本申请全管理贮箱是在贮箱金属壳体内部，用与壳体形面相匹配的金属膜片将推进剂与增压气体隔离，膜片在增压气体压力作用下按特定的规律变形翻转，将推进剂逐渐排出，实现推进剂管理和供应。贮箱壳体由上半球、下半球、连结环对接焊接而成，材料均采用铝合金5A06。在贮箱内部的金属膜片和贮箱壳体采用焊接方式密封连接。工作时增压气体通过贮箱进气口进入腔体，然后增压气体挤压膜片，将推进剂通过贮箱的出口排出，挤入输送管路，实现推进剂的供应。贮箱上、下半球结构分别见图1、图2所示。
贮箱壳体上、下半球是大型薄壁半球体类零件，属于回转体，可采用拉深成形加工半成品后，进行机械加工内、外表面保证零件尺寸，以热处理保证产品性能。因球体的拉深极限系数是常数，无法从理论上进行拉深次数的计算，只有从实践出发，进行工艺试验，在尽可能少拉深的情况下冲压出尺寸良好的半成品，为机械加工做准备。为减小零件在多次拉深过程中开裂的概率，须采用中间退火使零件拉伸后机械性能得到恢复，以便于下一次拉伸。在机加时，为防止装夹变形，必须设计专用工装进行装夹。
本申请采用厚度δ10的5A06铝合金板材多次冲压成形后数控加工内、外表面，制得的贮箱上、下半球为薄壁大型半球体零件，作为金属膜片在使用中实现随时翻转，制得的产品壁厚的精度要求较高
热处理硬度控制范围小，上、下球体零件在加工过程中易于变形，具体热处理工艺要求如下：
(1)由于贮箱上、下半球材料为铝合金5A06，其延伸率较小，成形时易于破裂，本申请通过控制半球椭圆度在0.3-0.4，来控制壳体车加工壁厚精度，并通过多次冷冲压成形高精度内腔。
(2)由于
椭圆度Φ0.3、直径大于φ925的高精度薄壁球体零件，在加工过程中易于变形，结合上、下半球结构和冲压成形偏差等特点，拟采用三套工装(一套上、下半球车内表面的通用工装，一套上半球车外表面工装和一套下半球车外表面工装)进行半球内、外表面的加工，待零件取下时，对局部厚度超差情况采用钳工修磨的方式进行返修，最后用专用整形工装进行整形保证椭圆度，具体操作过程如下：a)精车内表面：设计专用工装，以零件外球面及法兰面定位，用压板压紧法兰面，先试车一刀(最大切削深度不大于0.1，具体情况根据试加工结果进行优化)，根据光出面积分布情况，调整压板螺钉来微调零件内表面，再次试车，经过多次试车调整后保证内表面余量基本均匀后，加工至图纸要求尺寸；b)精车外表面：采用专用工装，以机加后的内表面定位，用压板压紧法兰面，先试车一刀(最大切削深度不大于0.1)，根据光出面积分布情况，调整压板螺钉来微调零件表面，再次试车，经多次试车调整，使外表面余量基本均匀及大部分面积光出后，采用超声波测厚仪测量壁厚(根据回转体特性，将加工表面平均分出多条经线和纬线，在工装上标出每条经线的位置，每个经、纬交点即为壁厚测量点，按序记录每次测量数据)，根据测量结果调整压板螺钉微调零件后再次试车，直到每个环带上的壁厚均匀，继续车加工外表面，每车一刀进行一次壁厚测量，根据测量结果调整下一刀的切削深度，每刀切削深度不得大于最小余量的1/3，最终保证所有壁厚测量数据均在图纸要求范围内或绝大多数壁厚测量数据位于图纸要求范围内，如有超差情况的，应保证壁厚只能超上差，不得出现超下差情况；c)钳工修磨：对个别零件局部超上差情况，采用超声波测厚仪测量超差范围及超差情况，用粉笔画出修磨范围，根据测量情况进行修磨后再次测量，重复测量和修磨步骤，直至壁厚合格，每次修磨量不得大于最小余量的1/3；d)钳工整形：壁厚加工合格后，采用整形的方式保证椭圆度符合图纸要求。
(3)贮箱上、下半球采用多次冲压成形，为增加冲压定位精度，控制冲压变形均匀，要求热处理过程中零件变形要小，同时要求硬度均匀性和内部晶粒组织达到较高的要求。
由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)本申请针对贮箱上、下半球的特点在模具的结构上下功夫，采用多次冷冲压成形；采用超声波测量和设计制作专用工装胀紧装夹进行数控加工，解决测量和装夹难的问题。
(2)本申请通过对全管理贮箱上、下半球关键工艺研究，掌握大型上、下半球体的拉深成形、大直径薄壁球体精密加工制造技术及其热处理技术，确保产品研制成功。
(3)本申请大型薄壁贮箱半球体直径φ925，壁厚为
且椭圆度为φ0.3，该膜片式贮箱尺寸要求高，数控加工难度很大，尤其是所用材料为铝合金，强度刚度不足，加工变形大，加工难度大，而且因膜片式贮箱为大直径半球形，表面线速度随零件高度变化而变化，在车加工时，需针对不同环带选取不同的主轴转速，进一步提高了加工难度；本申请探索采用超声波测量和设计制作专用工装胀紧装夹进行数控加工，贮箱上、下半球壁厚公差
椭圆度Φ0.3，热处理后抗拉强度σb≥340MPa，延伸率大于10％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本申请大型薄壁贮箱半球体上半球的结构示意图；
图2为本申请大型薄壁贮箱半球体下半球的结构示意图；
图3本申请冲压模具的结构示意图；
图4为本申请冲压模具顶杆的结构示意图；
图5为本申请机加外球面工装的结构示意图。
附图中：1-锥柄；2-上模板；3-内六角圆柱头螺钉；4-凸模；5-凹摸连接杆；6-导柱；7-凹模面板；8-压边圈；9-顶杆；10-下模板；11-连接板；12-压板；13-胎膜；14-主轴拉杆；15-拉杆盖板；16-六角螺母；17-顶杆组件A；18-顶杆组件B；19-顶杆头部。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
如图1、图2、图3所示，一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤，具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割设备切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，四次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为377℃；第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位，再进行拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫一定厚度的垫块；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球内球面进行精车加工；
精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50的环带一个转速，逐步提高；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
精车外球面时，采用机加后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好；先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，下一刀的加工余量为总余量的1/3，采用不断逼近的方法保证零件厚度；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体；
修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨；整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面；在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为30s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
实施例2
如图1、图2、图3所示，一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤，具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割设备切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，四次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为383℃；第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位，再进行拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫一定厚度的垫块；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球内球面进行精车加工；
精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50的环带一个转速，逐步提高；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
精车外球面时，采用机加后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好；先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，下一刀的加工余量为总余量的1/3，采用不断逼近的方法保证零件厚度；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体；
修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨；整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面；在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为50s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
实施例3
如图1、图2、图3所示，一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤，具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割设备切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，四次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为379℃；第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位，再进行拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫一定厚度的垫块；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球内球面进行精车加工；
精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50的环带一个转速，逐步提高；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
精车外球面时，采用机加后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好；先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，下一刀的加工余量为总余量的1/3，采用不断逼近的方法保证零件厚度；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体；
修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨；整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面；在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为35s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
实施例4
如图1、图2、图3所示，一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤，具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割设备切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，四次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为382℃；第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位，再进行拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫一定厚度的垫块；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球内球面进行精车加工；
精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50的环带一个转速，逐步提高；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
精车外球面时，采用机加后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好；先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，下一刀的加工余量为总余量的1/3，采用不断逼近的方法保证零件厚度；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体；
修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨；整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面；在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为45s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
实施例5
如图1、图2、图3所示，一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤，具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割设备切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，四次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为380℃；第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位，再进行拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫一定厚度的垫块；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球内球面进行精车加工；
精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50的环带一个转速，逐步提高；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，采用CK61160数控车间对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
精车外球面时，采用机加后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔，保证装夹时贴合良好；先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，下一刀的加工余量为总余量的1/3，采用不断逼近的方法保证零件厚度；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体；
修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨；整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面；在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为40s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
综上所述，本申请大型薄壁贮箱半球体直径φ925，壁厚为
且椭圆度为φ0.3，该膜片式贮箱尺寸要求高，数控加工难度很大，尤其是所用材料为铝合金，强度刚度不足，加工变形大，加工难度大，而且因膜片式贮箱为大直径半球形，表面线速度随零件高度变化而变化，在车加工时，需针对不同环带选取不同的主轴转速，进一步提高了加工难度；本申请探索采用超声波测量和设计制作专用工装胀紧装夹进行数控加工，贮箱上、下半球壁厚公差
椭圆度Φ0.3，热处理后抗拉强度σb≥340MPa，延伸率大于10％。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，其特征在于：包括等离子气割、冲压成型、切割、整形、精车内球面、精车外球面、表面处理步骤；具体包括以下步骤：
(1)等离子气割：先计算好坯料的尺寸，然后采用等离子气割机床切割外圆，再冲压坯料并下料；
(2)冲压成型：用风动砂轮打磨清理干净步骤(1)等离子气割好的坯料边缘的割渣，然后采用2000T液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形、退火四次，再进行第五次拉延成形，获得半球半成品；
(3)切割、整形：以球面及法兰平面作为基准，采用等离子气割机床对步骤(2)的半球半成品进行法兰外圆切割并整形，保证气割后的外圆与球面同轴；
(4)精车内球面：以外形及法兰定位装夹，然后对半球内球面进行精车加工；
(5)精车外球面：以内球面及法兰定位装夹，然后对半球外球面进行精车加工，同时对两端坡口进行精车加工；
(6)表面处理：用钳工修锉坡口，去除毛刺但保留锐边，根据设计尺寸对零件进行整形，采用专用酸洗液对零件内表面进行酸洗，检验，得到所述大型薄壁贮箱半球体；
在步骤(2)，采用液压拉延成形模具和铝合金专用退火炉重复拉延成形五次、退火四次，五次拉延成形后的深度分别为260mm、370mm、440mm、500mm、560mm，退火温度均为377℃～383℃；
在步骤(4)，精车内球面时，采用球面顶点、中间环带和法兰平面进行定位，在精车不同环带时，车床转速不同，从口部开始精车，每宽度50mm的环带一个转速；
在步骤(5)，精车外球面时，采用精车内球面后的整个内球面进行定位，工装胎膜表面加工小且打磨成圆角的放气孔；
在步骤(5)，精车外球面时，先试加工1～3刀，然后用超声波测厚仪对厚度进行检测来确定零件是否装配贴合良好，并根据测量结果调整法兰上的装夹螺钉来调整零件；每加工一刀，测量一次厚度，每一刀的加工余量为当前余量的1/3。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，其特征在于：在步骤(2)，第一次拉延成形时，以压边圈外圆定位坯料，后续3次拉延成形时，用压机先按上一次的深度进行预压定位再拉延成形；每次拉延成形后均对法兰进行一次整形，整形时，在压边圈与下模板之间垫垫块。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，其特征在于：在步骤(6)，修锉坡口时，仅修锉毛刺和翻边，保留锐边，且零件口部不使用砂皮打磨。
4.根据权利要求1所述的一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，其特征在于：在步骤(6)，整形时仅对零件口部进行整形，设计弧形工装，增加零件与工装的接触面。
5.根据权利要求1所述的一种大型薄壁贮箱半球体精密成形的加工工艺，其特征在于：在步骤(6)，在进行酸洗时，酸洗前，先用电工胶布将零件两端坡口保护好，防止酸液破坏坡口，然后用清水清洗表面，再采用擦洗的方式进行酸洗，酸洗时间为30s～50s；酸洗后，用清水冲洗零件表面2～3次，同时用洁净纱布擦洗表面，再进行吹干处理。
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