CN112743302B - 一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，包括以下步骤：S1、数铣筒段壁板；S2、进行PE板组合布局操作；S3、进行四轴滚弯过曲率成形操作；S4、进行去除余量操作；S5、制作分区机械校形装置；S6、进行环向机械校形操作；S7、进行航向校形操作。本发明所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法通过本方法形成了大径厚比非均匀下陷铣网格壁板四轴滚弯差厚组合填料工艺、过曲率成形控制和分区(环向、航向)机械校形数据库，确保非均匀下陷铣网格壁板成形精度，提升产品一致性及可靠性，有效避免人为修整以及产生的缺陷，实现高效快速的生产模式，保证型号周期。

Description

一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法

技术领域

本发明属于机械铣网格壁板成形技术领域，尤其是涉及一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法。

背景技术

运载火箭贮箱结构通常由数铣筒段壁板、短壳壁板、椭球底、叉形环及端框拼接而成，呈现5m、3.35m、2.25m模块式发展，其中数铣筒段壁板作为贮箱重要组成部分，占据贮箱重量的60％。为保证筒段横向刚度、轴压承载，兼顾减重效果，数铣筒段壁板常会设计成大下陷网格及局部凸台加强区结构，如图1。截面中焊接区和蒙皮薄区存有厚度差异，为不等厚结构，航向高度达到1869mm，薄区为3.7mm，焊接区厚度为5.5mm，内弯曲半径为R1669mm，材料为2195铝锂高强铝合金，比强度高，回弹大，成形过程焊接区设有辅助筋条可弱化网格区和焊接区因结构悬空造成的强度差异；

现针对大尺寸薄壁厚筋数铣筒段壁板成形主要采用四轴滚弯成形工艺、蠕变时效成形、整体填料成形工艺；上述三种成形工艺均有其优点和缺点，四轴滚弯成形工艺在等厚板等曲率半径下应用广泛，精度控制较高，但针对大尺寸薄壁厚筋数铣筒段壁板成形时有其优点和缺点；蠕变时效成形技术需要借助于大型工装和热压罐设备，残余应力小，表面精度高，但受到工装和生产效率制约；整体填料滚弯成形对辅助填料的弹性模量、屈服强度等材料特性有较高要求，通常需要专门研制，同时涉及到大尺寸网格薄区整体填充，脱模较为繁琐、实际生产效率较低，具体如下：滚弯成形优点：工艺成熟，应用范围广；滚弯成形缺点：焊接区直线度较差；航向上下端及网格区弧度间隙较大；后期人工修整较大；蠕变时效成形优点：零件内部残余应力几乎被完全释放，成形后零件的尺寸稳定性好，有效降低焊接残余应力；成形零件表面质量高；无需人工修整，避免人工校形所带来的外形差异；蠕变时效成形缺点：需要设计专用工装；变形量大，曲率半径小时，需要预成形再进行蠕变时效校形，工序冗长；需要进行时效处理，生产效率低，能耗大；整体填料滚弯成形优点：放置便利，操作性强；保护筋条，防止失稳；整体填料滚弯成形缺点：填料介质要求较高，制约回弹量，选取困难，费用投入较大；随曲率半径渐进减小，填料介质与金属网格匹配处存在滑动，脱模工作较为繁琐，生产效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，结合大径厚比非均匀下陷铣网格壁板结构特点及四轴滚弯成形、整体填料滚弯成形规律，基于成形型面偏差区域，探究一种四轴滚弯差厚组合填料工艺及分区机械校形控制方法，建立差厚组合填料工艺过程设计方案、工艺参数控制、校形位置顺序及进给参数，形成全工序工艺参数数据库，确保大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度，解决直线度和弧度偏差，实现全机械式操作，规避人为影响，提升产品精度及可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，包括以下步骤：

S1、数铣筒段壁板(1)；

S2、对数铣筒段壁板进行PE板组合布局操作；

S3、对经PE板组合布局后的数铣筒段壁板进行四轴滚弯过曲率成形操作；

S4、对四轴滚弯过曲率成形操作后的数铣筒段壁板进行去除余量操作；

S5、针对数铣筒段壁板制作分区机械校形装置；

S6、通过分区机械校形装置对四轴滚弯过曲率成形操作后的数铣筒段壁板进行环向机械校形操作；

S7、对环向机械校形操作后的数铣筒段壁板进行航向校形操作，形成大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成品。

进一步的，在步骤S2中的所述PE板组合布局操作包括以下步骤：

A1、将若干PE板排布在数铣筒段壁板端头300-400mm区域，沿航向均布，并且避开凸台区域；

A2、根据材料特性，设置合理PE板厚度即H≥2h，h为焊接厚区与薄区高度差；

A3、控制PE板与焊接厚区间隙L为15-25mm；

A4、邻近环向中间区域的组合排布PE板采用阶梯状过渡结构，阶梯状过渡结构角度范围为10°-15°。

进一步的，在步骤S3中的所述四轴滚弯过曲率成形操作包括以下步骤：

B1、将四轴滚弯机器的上辊、下辊间隙输入值调整为比焊接厚区大2mm；

B2、工作人员依次输入调整左侧辊、右侧辊的下压量：左侧辊、右侧辊的下压量分别以20mm，15mm，10mm，5mm，3mm，2mm为选取值，逐次进给，渐进成形，后道次以小下压量为原则；

B3、根据结构形式及成形应力分布均衡机理，控制左侧辊、右侧辊下压量从而对成形后的数铣筒段壁板曲率半径进行控制，确保成形后的数铣筒段壁板1曲率半径比实际小20-30mm，通过减小曲率半径保证塑性变形程度。

进一步的，在步骤S5中的所述分区机械校形装置包括台架及其上方的配重块、气缸、顶块、标尺、导轨、2个支撑柱和若干辊子，若干辊子沿环形方向均匀排布至台架，辊子一侧设有2个支撑柱，2个支撑柱用于支撑数铣筒段壁板，辊子另一侧设有导轨，2个支撑柱、导轨三者均平行设置，且2个支撑柱、导轨底部均垂直于台架，导轨靠近2个支撑柱一侧滑动连接气缸，气缸的伸缩杆外壁套设有标尺，气缸的伸缩杆顶端固定连接顶块，气缸通过顶块对数铣筒段壁板校形，气缸上方通过滑轮组连接至配重块。

进一步的，在步骤S6中的所述环向机械校形操作包括以下步骤：

C1、环向弧度控制点采用线性分布，将数铣筒段壁板移动至分区机械校形装置的辊子上；

C2、控制气缸上升至数铣筒段壁板中心处，顶块的测量位置点定位于数铣筒段壁板中心点；

C3、对数铣筒段壁板进行三点弯曲校形，校形实施过程以中心点向焊接厚区进行线性平衡过渡；

进一步的，在步骤S7中的所述航向校形操作包括以下步骤：

D1、根据环向弧度控制后测量的数据，移动气缸对数铣筒段壁板航向方向上端进行微调，校形区域位于焊接厚区上端与薄区上端交界点区；

D2、根据步骤D1的偏差值，重复步骤D1的操作对数铣筒段壁板航向下端进行校形。

相对于现有技术，本发明所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法通过采用大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，形成了大径厚比非均匀下陷铣网格壁板四轴滚弯差厚组合填料工艺和分区(环向、航向)机械校形数据库，确保非均匀下陷铣网格壁板成形精度，提升产品一致性及可靠性，有效避免人为修整以及产生的缺陷，实现高效快速的生产模式，保证型号周期。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法数铣筒段壁板、PE板结构剖视图；

图2为本发明实施例所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法数铣筒段壁板、PE板结构正视图；

图3为本发明实施例所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法四轴滚弯差厚组合填料曲率控制剖视图；

图4为本发明实施例所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法分区机械校形装置环向校形示意图；

图5为本发明实施例所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法分区机械校形装置航向校形示意图。

附图标记说明：

1-数铣筒段壁板；11-焊接厚区；12-薄区；13-PE板；14-凸台；2-四轴滚弯机器；21-上辊；22-下辊；23-左侧辊；24-右侧辊；3-分区机械校形装置；31-台架；32-辊子；33-支撑柱；34-标尺；35-配重块；36-气缸；37-顶块；38-导轨。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图5所示，一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，包括以下步骤：

S1、机械铣切非均匀下陷筒段壁板，形成大径厚比非均匀下陷铣网格壁板，即数铣筒段壁板1；

S2、选取PE板作为填料介质，PE板(聚乙烯)具有较高的刚性和韧性，机械强度较好，市场应用较广；

S3、对数铣筒段壁板1进行PE板组合布局操作；

S4、对经PE板组合布局后的数铣筒段壁板1进行四轴滚弯过曲率成形操作；

S5、对四轴滚弯过曲率成形操作后的数铣筒段壁板1进行去除余量操作；

S6、针对数铣筒段壁板1制作分区机械校形装置3；

S7、通过分区机械校形装置3对四轴滚弯过曲率成形操作后的数铣筒段壁板1进行环向机械校形操作；

S8、对环向机械校形操作后的数铣筒段壁板1进行航向校形操作；

S9、形成大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成品。

大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制工艺流程主要为：数铣非均匀下陷铣网格壁板—组合填料—滚弯成形—去除余量—修整，本大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法通过采用大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，形成了大径厚比非均匀下陷铣网格壁板四轴滚弯差厚组合填料工艺和分区(环向、航向)机械校形数据库，确保非均匀下陷铣网格壁板成形精度，提升产品一致性及可靠性，有效避免人为修整以及产生的缺陷，实现高效快速的生产模式，保证型号周期。

在步骤S3中的所述PE板组合布局操作包括以下步骤：

A1、将若干PE板13排布在数铣筒段壁板1端头300-400mm区域，沿航向均布，并且避开凸台14区域，航向均布即火箭的飞行方向，即高度方向，这是因为在距离环向焊接区两端300mm处弧度偏差约为18mm，相互制约难以达到平衡，精度较差，所以采用方形PE板13组合式排布，根据大径厚比非均匀下陷铣网格壁板薄厚交界处呈现“外鼓”状形貌，弧度符合2mm要求，但直线度偏差约为25mm，经过反复修整后，直线度满足2mm要求；

A2、根据材料特性，设置合理PE板13厚度即H≥2h，h为焊接厚区11与薄区12高度差；

A3、控制PE板13与焊接厚区11间隙L为15-25mm，为避免滚弯过程发生PE板出现滑移；

A4、邻近环向中间区域的组合排布PE板13采用阶梯状过渡结构，阶梯状过渡结构角度范围为10°-15°，避免背后出现棱角，过渡不圆滑。

在步骤S4中的所述四轴滚弯过曲率成形操作包括以下步骤：

B1、将四轴滚弯机器2的上辊21、下辊22间隙输入值调整为比焊接厚区11大2mm，从而与左侧辊23、右侧辊24、数铣筒段壁板1形成摩擦，便于旋转进给为避免数铣筒段壁板1在上下辊的夹持下减薄或因侧轴上抬出现的折痕现象；

B2、工作人员依次输入调整左侧辊23、右侧辊24的下压量：左侧辊23、右侧辊24的下压量分别以20mm，15mm，10mm，5mm，3mm，2mm为选取值，逐次进给，渐进成形，后道次以小下压量为原则；

B3、根据结构形式及成形应力分布均衡机理，控制左侧辊23、右侧辊24下压量从而对成形后的数铣筒段壁板1曲率半径进行控制，确保成形后的数铣筒段壁板1曲率半径比实际小20-30mm，通过减小曲率半径保证塑性变形程度，减少回弹，实现薄区大比例塑性变形。

四轴滚弯预成形精度由上下辊夹持间隙、侧辊下压量及成形后曲率半径控制等影响参数实现，由于受到大径厚比非均匀下陷铣网格壁板结构限制，滚弯按照设计型面精度要求控制，后续余量去除再进行校形，直线度和弧度相互制约，难以达到精度要求。现通过控制四轴滚弯差厚组合填料滚弯工艺，提升薄区12塑性变形比例，减少回弹，实现全过程精度控制。

在步骤S6中的所述分区机械校形装置3包括台架31及其上方的配重块35、气缸36、顶块37、标尺34、导轨38、2个支撑柱33和若干辊子32，若干辊子32沿环形方向均匀排布至台架31，辊子32一侧设有2个支撑柱33，2个支撑柱33用于支撑数铣筒段壁板1，辊子32另一侧设有导轨38，2个支撑柱33、导轨38三者均平行设置，且2个支撑柱33、导轨38底部均垂直于台架31，导轨38靠近2个支撑柱33一侧滑动连接气缸36，气缸36的伸缩杆外壁套设有标尺34，气缸36的伸缩杆顶端固定连接顶块37，气缸36通过顶块37对数铣筒段壁板1校形，气缸36上方通过滑轮组连接至配重块35，支撑柱33采用泡沫垫包裹，保护数铣筒段壁板1表面质量，分区机械校形控制方法根据壁板校形***控制气缸36在导轨38的路径，对大径厚比非均匀下陷铣网格壁板航向高度及环向进行局部分区校形，实施前优先通过直线尺及弧度样板对数铣筒段壁板1进行整体形貌测量，记录偏差值。

在步骤S7中的所述环向机械校形操作包括以下步骤：

C1、环向弧度控制点采用线性分布，将数铣筒段壁板1移动至分区机械校形装置3的辊子32上，在实际使用时，将数铣筒段壁板1直立于辊子32上，便于环向移动；

C2、控制气缸36上升至数铣筒段壁板1中心处，顶块37的测量位置点定位于数铣筒段壁板1中心点，避免压进薄区12产生裂纹；

C3、对数铣筒段壁板1进行三点弯曲校形，校形实施过程以中心点向焊接厚区11进行线性平衡过渡，即沿水平方向对数铣筒段壁板1进行三点弯曲校形，气缸36接通气源控制顶块37进给量为185mm-190mm，测量数铣筒段壁板1直线弧度间隙值，再次环向移动数铣筒段壁板1进行同操作校形，实现逐点渐进变形，在焊接厚区11进行校形时，因回弹较大，气缸36控制顶块37进给量为190mm-195mm，大幅度优化外鼓形直线度；

在步骤S8中的所述航向校形操作包括以下步骤：

D1、根据环向弧度控制后测量的数据，移动气缸36对数铣筒段壁板1航向方向上端进行微调，校形区域位于焊接厚区11上端与薄区上端交界点区，同样采用由中间区域向焊接厚区11进行线性平衡过渡，校形过程中间控制进给量为190mm-195mm，校形后进行直线度和弧度测量，记录偏差值；

D2、根据步骤D1的偏差值，重复步骤D1的操作对数铣筒段壁板1航向下端进行校形，同样采用由中间区域向焊接厚区11进行线性平衡过渡，校形过程中间控制进给量为190mm-195mm，校形后进行直线度和弧度测量，记录偏差值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、数铣筒段壁板(1)；

S2、对数铣筒段壁板(1)进行PE板(13)组合布局操作；

S3、对经PE板(13)组合布局后的数铣筒段壁板(1)进行四轴滚弯过曲率成形操作；

S4、四轴滚弯过曲率成形操作后的数铣筒段壁板(1)进行去除余量操作；

S5、针对数铣筒段壁板(1)制作分区机械校形装置(3)；

S6、通过分区机械校形装置(3)对四轴滚弯过曲率成形操作后的数铣筒段壁板(1)进行环向机械校形操作；

S7、对环向机械校形操作后的数铣筒段壁板(1)进行航向校形操作，形成大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成品；

在步骤S2中的所述PE板(13)组合布局操作包括以下步骤：

A1、将若干PE板(13)排布在数铣筒段壁板(1)端头300-400mm区域，沿航向均布，并且避开凸台(14)区域；

A2、根据材料特性，设置合理PE板(13)厚度即H≥2h，h为焊接厚区(11)与薄区(12)高度差；

A3、控制PE板(13)与焊接厚区(11)间隙L为15-25mm；

A4、邻近环向中间区域的组合排布PE板(13)采用阶梯状过渡结构，阶梯状过渡结构角度范围为10°-15°。

2.根据权利要求1所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，其特征在于：在步骤S3中的所述四轴滚弯过曲率成形操作包括以下步骤：

B1、将四轴滚弯机器(2)的上辊(21)、下辊(22)间隙输入值调整为比焊接厚区(11)大2mm；

B2、工作人员依次输入调整左侧辊(23)、右侧辊(24)的下压量：左侧辊(23)、右侧辊(24)的下压量分别以20mm，15mm，10mm，5mm，3mm，2mm为选取值，逐次进给，渐进成形，后道次以小下压量为原则；

B3、根据结构形式及成形应力分布均衡机理，控制左侧辊(23)、右侧辊(24)下压量从而对成形后的数铣筒段壁板(1)曲率半径进行控制，确保成形后的数铣筒段壁板(1)曲率半径比实际小20-30mm，通过减小曲率半径保证塑性变形程度。

3.根据权利要求1所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，其特征在于：在步骤S5中的所述分区机械校形装置(3)包括台架(31)及其上方的配重块(35)、气缸(36)、顶块(37)、标尺(34)、导轨(38)、2个支撑柱(33)和若干辊子(32)，若干辊子(32)沿环形方向均匀排布至台架(31)，辊子(32)一侧设有2个支撑柱(33)，2个支撑柱(33)用于支撑数铣筒段壁板(1)，辊子(32)另一侧设有导轨(38)，2个支撑柱(33)、导轨(38)三者均平行设置，且2个支撑柱(33)、导轨(38)底部均垂直于台架(31)，导轨(38)靠近2个支撑柱(33)一侧滑动连接气缸(36)，气缸(36)的伸缩杆外壁套设有标尺(34)，气缸(36)的伸缩杆顶端固定连接顶块(37)，气缸(36)通过顶块(37)对数铣筒段壁板(1)校形，气缸(36)上方通过滑轮组连接至配重块(35)。

4.根据权利要求3所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，其特征在于：在步骤S6中的所述环向机械校形操作包括以下步骤：

C1、环向弧度控制点采用线性分布，将数铣筒段壁板(1)移动至分区机械校形装置(3)的辊子(32)上；

C2、控制气缸(36)上升至数铣筒段壁板(1)中心处，顶块(37)的测量位置点定位于数铣筒段壁板(1)中心点；

C3、对数铣筒段壁板(1)进行三点弯曲校形，校形实施过程以中心点向焊接厚区(11)进行线性平衡过渡。

5.根据权利要求3所述的一种大径厚比非均匀下陷铣网格壁板成形精度控制方法，其特征在于：在步骤S7中的所述航向校形操作包括以下步骤：

D1、根据环向弧度控制后测量的数据，移动气缸(36)对数铣筒段壁板(1)航向方向上端进行微调，校形区域位于焊接厚区(11)上端与薄区(12)上端交界点区，采用由中间区域向焊接厚区(11)进行线性平衡过渡，校形过程中间控制进给量为190mm-195mm，校形后进行直线度和弧度测量，记录偏差值；

D2、根据步骤D1的偏差值，重复步骤D1的操作对数铣筒段壁板(1)航向下端进行校形。

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