CN114799293A - 一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风洞设备技术领域，具体涉及一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法。该加工方法包括以下步骤：固定收缩段毛坯；确定走刀方法；确定分区域加工方案；选用五轴数控龙门铣床和万能角铣头；检测加工余量，建立加工基准；按粗加工、半精加工、精加工的工序铣削各区域型面；采用型面检测方法检测型面加工精度，并重复进行精加工，直至型面加工精度满足预先设定的要求。该加工方法加工精度高、效率高，具有较大的技术和经济优势，为似收缩段的部段复杂曲面加工提供了有益的工程实践，能够推广应用于其它类似形状的大口径薄壁复杂曲面加工。

Description

一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法
技术领域
本发明属于风洞设备技术领域，具体涉及一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法。
背景技术
收缩段是决定风洞流场品质的关键部段之一，常规风洞的收缩段通常采用碳钢制造。由于特殊工况的需要，该入口7米量级的大口径薄壁收缩段采用不锈钢材质，其外侧筋板稀疏，壁薄刚度差，内型面精度要求高，为了确保高品质流场，需对内型面进行精加工以满足型面精度要求。
常规风洞的传统加工工艺仅适合1米量级以下的碳钢收缩段，无法满足大口径收缩段加工需要，为了确保风洞的高品质流场，亟需发展一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法。
本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法，包括以下步骤：
S10.固定收缩段毛坯，将收缩段毛坯的大端面向上，底部使用可调垫铁垫实；
S20.确定走刀方法，采用刀轴垂直于型面的法向切削方法；
S30.确定分区域加工方案，根据型面特征，把内型面划分为若干个区域；
S40.选用适合于法向切削法的五轴数控龙门铣床和万能角铣头；
S50.检测加工余量，按照成形工序的刻线位置找正实体，通过编程刀检的方式，分截面检测加工余量，建立加工基准；
S60.按粗加工、半精加工、精加工的工序铣削各区域型面；
S70.采用型面检测方法检测型面加工精度，并重复进行精加工，直至型面加工精度满足预先设定的要求。
进一步地，所述的收缩段毛坯采用钢板板材加工，钢板板材材质为304L奥氏体不锈钢。
进一步地，所述的粗加工即粗铣，用于去除各区域的大部分余量，使各区域的型面在形状和尺寸上接近成品状态。
进一步地，所述的半精加工即半精铣，在粗加工的基础上进一步去除余量。
进一步地，所述的精加工即精铣，使各区域的型面精度、技术要求和表面质量均达到图纸要求，精加工实现各区域的结合。
进一步地，所述的型面检测方法为样板间隙法，样板间隙法通过靠样板，检测样板与工件之间的间隙来确定曲面加工精度。
本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法采用刀轴垂直于曲面的法向切削走刀方法，比传统的刀轴垂直于法兰平面的排刀加工方法大幅度提升了加工效率，并根据走刀方法和型面特征，采用五轴联动数控龙门铣床，并使用万向角铣头，实现分区域的法向铣削走刀加工。
本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法根据型面特征，把型面划分为若干个加工区域，分区域进行加工。粗加工考虑的最主要的问题是提高加工效率，由于使用了大的进给量和背吃刀量，切削力较大，在加工过程中需严格监控型面变形及余量情况，并优化切削用量。半精加工考虑的最主要的问题是加工精度，使型面基本达到加工精度要求，并预留精加工余量。精加工考虑的最主要的问题是提高型面加工精度和表面质量，保证曲面和圆弧角接平，实现各区域的结合。
本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法精度高、效率高，具有较大的技术和经济优势，为类似收缩段的部段复杂曲面加工提供了有益的工程实践，能够推广应用于其它类似形状的大口径薄壁复杂曲面加工。
附图说明
图1为本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法加工的收缩段三维结构示意图；
图2为本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法中的刀轴垂直于曲面的法向铣削走刀示意图；
图3为本发明的风洞复杂曲面收缩段的加工方法中的分区域方案。
图中，区域Ⅰ为两个大曲面，区域Ⅱ为两个小曲面，区域Ⅲ为四个圆弧角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例要加工的收缩段如图1所示，入口截面为带大圆角矩形，尺寸为7049×3057mm，出口截面为带小圆角矩形，尺寸为4000×2600mm，轴向长度为1620mm，内型面精度0.25mm，粗糙度Ra6.3。走刀方法如图2所示，采用刀轴垂直于曲面的法向切削走刀方法；根据型面特征，把型面划分为如图3所示若干个加工区域，分区域进行加工；根据走刀方法和型面特征，采用五轴联动数控龙门铣床，并使用万向角铣头，实现分区域的法向铣削走刀加工。具体步骤如下：
a.将工件即收缩段毛坯的大端向上，底部用调整垫铁垫实，按成形工序时刻线基准找正工件，并在大头法兰反面作辅助支撑，定表卡压。以上端面最高点为基准作为Z0起点，大头法兰***所刻十字中心线为X、Y零点，临床通过编程刀检的方式，分8个截面检测加工余量。检测结果，余量在1~16.9mm范围内，满足加工后最小壁厚的要求。
b.分别对区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ进行粗加工，粗加工即粗铣，粗加工主要是去除大部分的余量，使型面在形状和尺寸上大致接近成品状态，粗加工工序中考虑的最主要的问题是提高加工效率。切削参数：Vc=60～150m/min，Ap=0.2～1mm，Fz=0.1～0.9mm/z。
c.分别对区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ进行半精加工，半精加工即半精铣，半精加工是在粗加工的基础上进一步去除余量，这个阶段主要是考虑加工精度问题，使型面基本达到加工精度要求，并预留0.1mm的精加工余量。切削参数：Vc=60～150m/min，Ap=0.1～0.5mm，Fz=0.1～0.9mm/z。
d.分别对区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ进行精加工，精加工即精铣，精加工使内型面精度、技术要求和表面质量均达到图纸要求，这个阶段主要是提高加工精度和表面质量问题，保证曲面和圆弧角接平。切削参数：Vc=60～180m/min，Ap=0.1～0.5mm，Fz=0.1～0.5mm/z。
e.常采用样板间隙法检测型面加工精度，通过靠样板，检测样板与工件之间的间隙来确定曲面加工精度。经检测，收缩段的型面精度在0.25mm以内，满足型面精度要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种风洞复杂曲面收缩段的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.固定收缩段毛坯，将收缩段毛坯的大端面向上，底部使用可调垫铁垫实；
S20.确定走刀方法，采用刀轴垂直于型面的法向切削方法；
S30.确定分区域加工方案，根据型面特征，把内型面划分为若干个区域；
S40.选用适合于法向切削法的五轴数控龙门铣床和万能角铣头；
S50.检测加工余量，按照成形工序的刻线位置找正实体，通过编程刀检的方式，分截面检测加工余量，建立加工基准；
S60.按粗加工、半精加工、精加工的工序铣削各区域型面；
S70.采用型面检测方法检测型面加工精度，并重复进行精加工，直至型面加工精度满足预先设定的要求。
2.根据权利要求1所述的风洞复杂曲面收缩段的加工方法，其特征在于，所述的收缩段毛坯采用钢板板材加工，钢板板材材质为304L奥氏体不锈钢。
3.根据权利要求1所述的风洞复杂曲面收缩段的加工方法，其特征在于，所述的粗加工即粗铣，用于去除各区域的大部分余量，使各区域的型面在形状和尺寸上接近成品状态。
4.根据权利要求1所述的风洞复杂曲面收缩段的加工方法，其特征在于，所述的半精加工即半精铣，在粗加工的基础上进一步去除余量。
5.根据权利要求1所述的风洞复杂曲面收缩段的加工方法，其特征在于，所述的精加工即精铣，使各区域的型面精度、技术要求和表面质量均达到图纸要求，精加工实现各区域的结合。
6.根据权利要求1所述的风洞复杂曲面收缩段的加工方法，其特征在于，所述的型面检测方法为样板间隙法，样板间隙法通过靠样板，检测样板与工件之间的间隙来确定曲面加工精度。
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