CN115319412A - 一种变壁厚壳体加工工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变壁厚壳体加工工艺方法，涉及发动机加工技术领域，解决现有方法加工出来的壳体存在刚度不够、密封性不好的技术问题，包括如下步骤：选取毛坯，得到圆坯料；采用压窝模具在圆坯料的中心部位预成形球面；采用拉深模具进行拉深，拉深后成形小端圆筒部位；采用整型模具进行整型，整型后成形小端圆筒圆锥部位；采用拉深模具进行拉深，拉深后成形大端圆筒部位；采用变薄拉深模具进行变薄拉深；对零件进行机械加工，得到成型工件；本发明加工得到的壳体不仅合格率高，且具有良好的刚度和密封性。

Description

一种变壁厚壳体加工工艺方法
技术领域
本发明涉及发动机加工技术领域，更具体的是涉及一种变壁厚壳体加工工艺方法。
背景技术
微型涡喷发动机具有体积小，重量轻，功率大等优点，广泛应用于高速无人机、巡飞弹、诱饵弹、靶机等；此外，还可将微型涡喷发动机作为核心动力装置应用于涡喷除雪/除冰、涡喷灭火、涡喷消雾等民用领域。
变壁厚壳体是微型涡喷发动机的重要零部件之一，壳体大端内孔与扩压器采用胶圈起密封作用，小端起收敛喷管的作用。国外加工的微型涡喷发动机壳体均采用整体变壁厚壳体。变壁厚壳体由多段深圆筒深圆锥组合而成，材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，大端壁厚0.7mm，小端壁厚1.0mm，由于变壁厚壳体的总高度约为240mm，最小直径约为
Figure BDA0003787165850000011
高径比达3.5，两深圆筒内孔尺寸精度要求高，而且要实现变壁厚要求，整体拉深成形难度很大。前期为了满足产品研制周期要求，变壁厚壳体采用分段加工，组焊而成。但用此方法加工出来的壳体存在刚度不够、密封性不好的问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种变壁厚壳体加工工艺方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种变壁厚壳体加工工艺方法，包括如下步骤：
步骤S1：选取毛坯，经过加工后得到圆坯料；
步骤S2：采用压窝模具在圆坯料的中心部位预成形球面；
步骤S3：采用拉深模具对经过步骤S2处理后得到的零件进行拉深，拉深后成形小端圆筒部位；
步骤S4：采用整型模具对经过步骤S3处理后得到的零件的小端圆筒部位进行整型，整型后成形小端圆筒圆锥部位；
步骤S5：采用拉深模具对经过步骤S4处理后得到的零件的大端进行拉深，拉深后成形大端圆筒部位；
步骤S6：采用变薄拉深模具对经过步骤S5处理后得到的零件进行变薄拉深；
步骤S7：对经过步骤S6处理后得到的零件进行机械加工，得到成型工件；
其中，对经过压窝、拉深以及变薄拉深处理过的零件进行固溶处理。
进一步地，步骤S1中圆坯料的体积为成型工件体积的115％～120％。
进一步地，步骤S2中预成形球面的表面积等于经过步骤S4处理后得到的零件的小端圆筒圆锥部位表面积的103％～105％。
进一步地，步骤S3包括：对经过步骤S2处理后得到的零件进行两次拉深成形，成形小端圆筒部位，且每次拉深成形后均进行固溶处理。
进一步地，步骤S5包括：对经过步骤S3处理后得到的零件进行两次拉深成形，成形大端圆筒部位，且每次拉深成形后均进行固溶处理。
进一步地，步骤S6包括：对经过步骤S5处理后得到的零件进行三次变薄拉深，且前两次变薄拉深后均进行固溶处理和表面处理。
进一步地，步骤S6中，在进行变薄拉深之前，在零件变薄拉深部位的外表面刷二硫化钼与机油调合的润滑剂。
进一步地，步骤S7具体为：
用车夹具装夹定位零件，车加工小端，保证内孔尺寸和长度，车加工大端端面，保证总长度，得到成型工件。
进一步地，固溶处理具体为：将零件放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
本发明的有益效果如下：
本发明通过对零件进行拉深和整型，依次成形小端圆筒部位、小端圆筒圆锥部位和大端圆筒部位，再通过变薄拉深模具进行变薄拉深，最后进行机械加工，得到成型工件；通过“拉深成形+变薄拉深”的加工方式实现不锈钢多段深圆筒深圆锥组合面变壁厚壳体的整体加工，通过该方法加工得到的壳体不仅合格率高，且具有良好的刚度和密封性。
附图说明
图1是本发明的加工流程图；
图2是本发明得到的成型工件的立体结构示意图；
图3为本发明得到的成型工件的剖面图；
图4为本发明中压窝模具的结构示意图；
图5为本发明中首次成形大端圆筒部位时使用的拉深模具的剖面图；
图6为本发明中二次成形大端圆筒部位时使用的拉深模具的剖面图；
图7为本发明中二次成形大端圆筒部位时使用的拉深模具的立体图；
图8为本发明中变薄拉深模具的示意图。
附图标记：1-下模板一；2-螺钉一；3-顶杆一；4-凸模一；5-压边圈一；6-凹模一；7-螺栓一；8-上模板一；9-螺钉二；10-销钉一；11-下模板二；12-螺钉三；13-顶杆二；14-压边圈二；15-凸模二；16-凹模二；17-螺钉四；18-垫圈一；19-压料套一；20-上模板二；21-螺栓二；22-卸料螺钉一；23-橡皮一；24-卸料板一；25-销钉二；26-下模板三；27-顶杆三；28-支撑板；29-限位柱；30-凸模三；31-定位套；32-凹模三；33-垫圈二；34-压料套二；35-卸料板二；36-螺栓三；37-上模板三；38-螺钉六；39-卸料螺钉二；40-橡皮二；41-销钉三；42-螺钉五；43-下模板四；44-垫块一；45-压料套三；46-定位轴；47-凸模四；48-垫板一；49-第一螺钉；50-压簧四；51-拉簧四；52-卸料板三；53-凹模定位套；54-凹模四；55-接管嘴；56-起重螺栓；57-上模板四；58-垫板二；59-销钉四；60-第二螺钉；61-第三螺钉；62-第四螺钉；63-第五螺钉；64-销钉五；65-第六螺钉；66-顶杆四。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1到图8所示，本实施例提供一种变壁厚壳体加工工艺方法，包括如下步骤：
步骤S1：选取毛坯，经过加工后得到圆坯料；
步骤S2：采用压窝模具在圆坯料的中心部位预成形球面；
步骤S3：采用拉深模具对经过步骤S2处理后得到的零件进行拉深，拉深后成形小端圆筒部位；
步骤S4：采用整型模具对经过步骤S3处理后得到的零件的小端圆筒部位进行整型，整型后成形小端圆筒圆锥部位；
步骤S5：采用拉深模具对经过步骤S4处理后得到的零件的大端进行拉深，拉深后成形大端圆筒部位；
步骤S6：采用变薄拉深模具对经过步骤S5处理后得到的零件进行变薄拉深；
步骤S7：对经过步骤S6处理后得到的零件进行机械加工，得到成型工件；
其中，对经过压窝、拉深以及变薄拉深处理过的零件进行固溶处理。
其中，固溶处理具体为：将零件放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
本发明通过对零件进行拉深和整型，依次成形小端圆筒部位、小端圆筒圆锥部位和大端圆筒部位，再通过变薄拉深模具进行变薄拉深，最后进行机械加工，得到成型工件；通过“拉深成形+变薄拉深”的加工方式实现不锈钢多段深圆筒深圆锥组合面变壁厚壳体的整体加工，通过该方法加工得到的壳体不仅合格率高，且具有良好的刚度和密封性。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上，对本发明做出进一步地说明。
步骤S1：选取毛坯，经过加工后得到圆坯料；
进一步地，步骤S1中圆坯料的体积为成型工件体积的115％～120％。
首先确定零件的修边余量，再确定零件的半成品工序尺寸和工序图，即车加工前的半成品零件的工序尺寸和工序图。确定所用毛坯的厚度，再按体积相等的原则确定毛坯直径，即圆坯料等于成型工件体积与修边余量之和，采用剪圆机剪切毛坯得到圆坯料。
毛坯厚度还要考虑零件拉深成形部位小端的厚度，保证拉深成形后壁厚满足设计图样要求。
步骤S2：采用压窝模具在圆坯料的中心部位预成形球面；
步骤S21：将压窝后的零件平放在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
进一步地，步骤S2中预成形球面的表面积等于经过步骤S4处理后得到的零件的小端圆筒圆锥部位表面积的103％～105％。
预成形中心部位球面表面积按略大于零件小端圆筒圆锥部位的表面积来确定，得到预成形球面的尺寸，预成形球面按胀形计算确定；按照得到的预成形球面的尺寸，采用压窝模在圆坯料的中心部位压球面，即鼓包。
需要说明的是，压窝模具为常见的设备，本实施例中采用的压窝模具主要由下模板一、螺钉一、顶杆一、凸模一、压边圈一、凹模一、螺栓一、上模板一、螺钉二和销钉一组成，其中压边圈一设置了止口，起到防止将圆坯料压得过紧的作用。
步骤S3：采用拉深模具对经过步骤S2处理后得到的零件进行拉深，拉深后成形小端圆筒部位；
步骤S31：将拉深后的零件竖直放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
进一步地，步骤S3包括：对经过步骤S2处理后得到的零件进行两次拉深成形，成形小端圆筒部位，且每次拉深成形后均进行固溶处理。
利用两套拉深模具进行拉深，将拉深模具安装在液压机工作台面上，调整凸、凹模间隙均匀，放已固溶处理的中心鼓包零件于下模定位面上，调整压边力3～4MPa，将预成形球面拉深成小端圆筒形状，小端圆筒形状的顶部呈小端圆锥面形状；
步骤S4：采用整型模具对经过步骤S3处理后得到的零件的小端圆筒部位进行整型，整型后成形小端圆筒圆锥部位。
将整型模具安装在液压机工作台面上，调整凸、凹模间隙均匀，将在制品零件套在凸模上，凹模向下压制；整形后小端锥面、内孔尺寸符合设计要求；
步骤S5：采用拉深模具对经过步骤S4处理后得到的零件的大端进行拉深，拉深后成形大端圆筒部位；
步骤S51：将拉深后的零件竖直放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
进一步地，步骤S5包括：对经过步骤S3处理后得到的零件进行两次拉深成形，成形大端圆筒部位，且每次拉深成形后均进行固溶处理。
采用两套拉深模具将零件大端拉深成内孔尺寸符合设计要求的圆筒形件。
本实施例中，两套拉深模具分别为大圆筒首次拉深模具和大圆筒二次拉深模具；
其中，大圆筒首次拉深模具主要由下模板二、螺钉三、顶杆二、压边圈二、凸模二、凹模二、螺钉四、垫圈一、压料套一、上模板二、螺栓二、卸料螺钉一、橡皮一、卸料板一和销钉二组成，其中压边圈二设置了止口，起到防止将毛坯压得过紧的作用。
大圆筒二次拉深模具主要由下模板三、顶杆三、支撑板、限位柱、凸模三、定位套、凹模三、垫圈二、压料套二、卸料板二、螺栓三、上模板三、螺钉六、卸料螺钉二、橡皮二、销钉三和螺钉五组成，其中，压料套二是为了保证零件在拉深过程中小端尺寸的精度。
大端圆筒部位首次拉深时，将大圆筒首次拉深模具装在液压机工作平台上，凸、凹模间隙均匀，调整压边力17MPa，将零件小端圆筒套在凸模二上定位，并用压料套二压紧，凹模二向下成形大端圆筒部位，拉深后进行固溶处理，恢复材料塑性。
大端圆筒部位二次拉深时，将大圆筒二次拉深模具装在液压机工作平台上，凸、凹模间隙均匀，调整压边力5MPa，将零件小端圆筒套在凸模三上定位，并用压料套三压紧，凹模三向下拉深，得到零件大端内孔尺寸，拉深后进行固溶处理，恢复材料塑性。
步骤S6：采用变薄拉深模具对经过步骤S5处理后得到的零件进行变薄拉深；
步骤S61：将拉深后的零件竖直放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
进一步地，步骤S6包括：对经过步骤S5处理后得到的零件进行三次变薄拉深，且前两次变薄拉深后均进行固溶处理和表面处理。
进一步地，步骤S6中，在进行变薄拉深之前，在零件变薄拉深部位的外表面刷二硫化钼与机油调合的润滑剂。
采用三次变薄拉深，达到大端圆筒形件的壁厚0.7mm要求。每道变薄工序之间需进行固溶处理和表面处理，恢复材料的塑性，并去除零件表面的氧化物，使基体表面达到光亮。
本实施例中，变薄拉深模主要由下模板四、垫块一、压料套三、定位轴、凸模四、垫板一、第一螺钉、压簧四、拉簧四、卸料板三、凹模定位套、凹模四、接管嘴、起重螺栓、上模板四、垫板二、销钉四、第二螺钉、第三螺钉、第四螺钉、第五螺钉、销钉五、第六螺钉和顶杆四组成。其中，定位轴是以零件小端圆筒内孔定位，保证大小端圆筒同心。
将薄拉深模具安装在液压机工作台面上，调整凸、凹模间隙均匀，在零件变薄拉深部位外表面刷二硫化钼与机油调合的润滑剂，以零件小端内孔定位，套在变薄拉深定位轴四上，用压料套四顶紧，顶出力为8MPa，上模板四向下运动进行大端筒形部位壁厚变薄。
需要说明的是，三次变薄拉深所用的模具，除凹模四内孔根据壁厚不同进行更换外，其余部位均相同。
步骤S7：对经过步骤S6处理后得到的零件进行机械加工，得到成型工件；
进一步地，步骤S7具体为：
用车夹具装夹定位零件，车加工小端，保证内孔尺寸和长度，车加工大端端面，保证总长度，得到成型工件。
用夹具定位，车削加工两端面和小端口部尺寸，达图中要求长度尺寸和小端口部尺寸。
实施例3
结合上述实施例，本实施提供一种具体的工艺流程。
步骤S1：选取毛坯，经过加工后得到圆坯料；
其中，为了保证成型工件的小端锥面壁厚为1mm，经过分析，确定毛坯为厚度1.4mm的1Cr18Ni9Ti钢板。
步骤S2：采用压窝模具在圆坯料的中心部位预成形球面；
步骤S21：将零件平放在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
其中，坯料中心鼓包的半径为SR80mm，高度80mm。
步骤S3：采用拉深模具对经过步骤S2处理后得到的零件进行拉深，拉深后成形小端圆筒部位；
步骤S31：将零件竖直放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
其中，拉深时，压边力为4MPa，两次拉深后均需进行固溶处理。
步骤S4：采用整型模具对经过步骤S3处理后得到的零件的小端圆筒部位进行整型，整型后成形小端圆筒圆锥部位。
其中，凹模向下压制时的压力为5MPa
步骤S5：采用拉深模具对经过步骤S4处理后得到的零件的大端进行拉深，拉深后成形大端圆筒部位；
步骤S51：将零件竖直放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
具体地，首次拉深时，压边力为17MPa，凹模下行拉深大圆筒内孔直径
Figure BDA0003787165850000091
二次拉深时，压边力为5MPa，凹模下行拉深内孔直径
Figure BDA0003787165850000092
步骤S6：采用变薄拉深模具对经过步骤S5处理后得到的零件进行变薄拉深；
步骤S61：将零件竖直放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
具体地，采用三次变薄拉深，第一次变薄拉深到壁厚1.1mm，第二次变薄拉深到壁厚0.8mm，第三次变薄拉深到壁厚0.7mm，内孔尺寸符合设计要求。第一次、第二次变薄拉深后均需进行固溶处理和表面处理。
步骤S7：对经过步骤S6处理后得到的零件进行机械加工，得到成型工件；
进一步地，步骤S7具体为：
用车夹具装夹定位零件，车加工小端，保证内孔尺寸和长度，车加工大端端面，保证总长度，得到成型工件。
具体地，用定位胎具以零件大端内孔定位，装夹在分度头上，钻加工零件圆周上的各圆孔；用电火花加工小端圆锥面上的型孔；用锉刀打磨大端内孔棱边，保证75°斜面，得到变壁壳体产品零件。

Claims (9)

1.一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：选取毛坯，经过加工后得到圆坯料；
步骤S2：采用压窝模具在所述圆坯料的中心部位预成形球面；
步骤S3：采用拉深模具对经过步骤S2处理后得到的零件进行拉深，拉深后成形小端圆筒部位；
步骤S4：采用整型模具对经过步骤S3处理后得到的零件的小端圆筒部位进行整型，整型后成形小端圆筒圆锥部位；
步骤S5：采用拉深模具对经过步骤S4处理后得到的零件的大端进行拉深，拉深后成形大端圆筒部位；
步骤S6：采用变薄拉深模具对经过步骤S5处理后得到的零件进行变薄拉深；
步骤S7：对经过步骤S6处理后得到的零件进行机械加工，得到成型工件；
其中，对经过压窝、拉深以及变薄拉深处理过的零件进行固溶处理。
2.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S1中所述圆坯料的体积为所述成型工件体积的115％～120％。
3.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S2中所述预成形球面的表面积等于经过所述步骤S4处理后得到的零件的小端圆筒圆锥部位表面积的103％～105％。
4.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S3包括：对经过步骤S2处理后得到的零件进行两次拉深成形，成形小端圆筒部位，且每次拉深成形后均进行固溶处理。
5.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S5包括：对经过步骤S3处理后得到的零件进行两次拉深成形，成形大端圆筒部位，且每次拉深成形后均进行固溶处理。
6.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S6包括：对经过步骤S5处理后得到的零件进行三次变薄拉深，且前两次变薄拉深后均进行固溶处理和表面处理。
7.根据权利要求1或6所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S6中，在进行变薄拉深之前，在零件变薄拉深部位的外表面刷二硫化钼与机油调合的润滑剂。
8.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述步骤S7具体为：
用车夹具装夹定位零件，车加工小端，保证内孔尺寸和长度，车加工大端端面，保证总长度，得到成型工件。
9.根据权利要求1所述的一种变壁厚壳体加工工艺方法，其特征在于，所述固溶处理具体为：将零件放置在热处理炉中，加热至1060℃，保温8min后出炉空冷。
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