專利名稱：超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法
技術領域：
本發明涉及薄壁圓筒的加工方法，具體地指一種超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法。
背景技術：
超高強度鋼具有很高的強度和足夠的韌性，能夠承受很高的載荷，具有很高的比強度，可以顯著減輕制件的質量。因此，超高強度鋼的應用對象主要是航空工業，例如用其制作航天固體火箭發動機的薄壁殼體。薄壁殼體具有重量輕、節約材料、結構緊湊等特點， 可以滿足固體火箭沖壓發動機補燃室的圓筒殼體要求。固體火箭沖壓發動機利用大氣中的氧氣作為氧化劑，其比沖是固體火箭發動機的 4 6倍。沖壓發動機的另一個優點是工作速度范圍寬，在1. 5 6. 0馬赫的范圍內都能有效地工作，即使在空氣密度很高的海平面，其工作速度也可達到3馬赫。另外，沖壓發動機驅動的導彈(或飛行器)以巡航飛行狀態實現全程有動力飛行，大大提高了導彈的突防能力及其末端軌道姿態修正能力。因此，大氣層內超音速的飛行器優先選用固體火箭沖壓發動機。固體火箭沖壓發動機有多種形式，如整體式固體火箭沖壓發動機、非整體式固體火箭沖壓發動機、固體燃料沖壓發動機等。整體式固體火箭沖壓發動機主要由燃氣發生器、 進氣道、補燃室和噴管組成。其中，補燃室圓筒殼體是固體火箭沖壓發動機系統的關鍵部件，通過由燃氣發生器產生的貧氧燃氣在補燃室中的燃燒為飛行器提供動力。補燃室在大氣環境中以高于2馬赫的速度高速飛行，為了使飛行器具有良好的飛行氣動特性，要求補燃室圓筒殼體具有較高的形狀精度，如圓度、直線度等。補燃室要承受高壓燃氣產生的內壓力，并且自身重量要輕，要求補燃室圓筒殼體具有超高強度且壁厚較薄。制造補燃室圓筒殼體的現有工藝流程為鍛造制坯一機械加工一圓筒旋壓等零件加工一殼體組焊一退火一射線探傷一淬火+低溫回火一冷校形一車前后裙基準一鏜加工 —水壓試驗一形位公差檢測一油封包裝入庫。現有薄壁件的加工比較棘手，在加工中極容易變形，不易保證零件的加工質量。例如上述補燃室圓筒殼體在淬火+低溫回火的工序中強化熱處理后變形較大直線度誤差設計要求不大于3mm，但實際超過6mm;大小直徑差(代替圓度誤差)的設計要求不大于2mm， 但實際超過5mm。而且，采用機械錘擊的方式進行冷校形，由于殼體強度高(超過1600MPa) 而收效甚微，制得的產品只能用于地面試驗。綜上所述，如何提高超高強度鋼薄壁圓筒的形狀精度是業界越來越關心的問題。
發明內容
本發明的目的就是要克服現有技術所存在的不足，提供一種超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法。為實現上述目的，本發明所設計的超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，包括以下步驟1)筒體外形檢測圓筒殼體淬火后，按設計要求檢測圓筒殼體的母線直線度和橫截面大小直徑差，并作出標記和記錄；2)專用校形夾具的安裝將專用校形夾具安裝在圓筒殼體的外圓柱面上，所述專用校形夾具包括一對半圓弧壓環和設置在一對半圓弧壓環兩端的螺栓和螺母緊固件，所述一對半圓弧壓環的正中夾緊點A對準圓筒殼體需要校形橫截面的最大直徑兩端，通過螺栓和螺母夾緊校正并固定；3)形狀穩定回火處理將專用校形夾具及圓筒殼體一起吊裝到回火爐中加熱保溫，穩定校形的形狀；4)出爐冷卻將專用校形夾具及圓筒殼體一起吊出回火爐，空冷至室溫；5)拆卸專用校形夾具及外形檢測拆卸圓筒殼體上的專用校形夾具，重新檢測圓筒殼體的母線直線度和橫截面大小直徑差，并作出標記和記錄；6)重復校形處理如果檢測結果不符合設計要求，則重復步驟2)至步驟5)的方法，直至圓筒殼體的形狀精度達到設計要求。進一步地，所說的步驟1)中，沿圓筒殼體的軸向每間隔300mm檢測一個橫截面，每個截面沿周向均分檢測6條直徑，同時檢測6條直徑兩端所對應的12條母線的直線度。進一步地，所說的步驟幻中，對應于一對半圓弧壓環的正中夾緊點A處的直徑比圓筒殼體的平均外徑小1 2mm。并且，一對半圓弧壓環組成的圓形直徑D比圓筒殼體的平均外徑大0 0. 5mm, 一對半圓弧壓環的正中夾緊點A處的弦高H比其圓弧半徑R小1 1. 5mm0進一步地，所說的步驟幻中，多個專用校形夾具之間用鐵絲綁牢并與吊具連接， 圓筒殼體通過固定在其上的吊裝環與吊具連接。并且，最好將圓筒殼體及專用校形夾具保持垂直狀態吊裝到回火爐中。圓筒殼體及專用校形夾具的加熱溫度控制在260 300°C，保溫時間控制在60 120min。進一步地，所說的步驟4)中，最好將圓筒殼體及專用校形夾具垂直懸掛在地坑中空冷。進一步地，所說的步驟6)中，當圓筒殼體的直線度誤差大于3mm、橫截面大小直徑差大于2mm時，則重復步驟2)至步驟5)的方法，直至圓筒殼體的形狀精度達到設計要求。本發明的有益效果在于在圓筒殼體淬火后，通過專用校形夾具對圓筒殼體校形后再進行回火穩定校形的形狀。所得到的圓筒殼體形狀精度較高，完全滿足產品設計精度要求，校形后直線度誤差不大于2. 5mm，大小直徑差不大于1. 5mm。本發明的處理方法可用于固體火箭沖壓發動機補燃室的圓筒殼體的形狀精度控制，也可以用于其他類似圓筒殼體的形狀精度校正。
圖1為本發明中在圓筒殼體上安裝專用校形夾具及吊裝到回火爐中處理的示意圖。圖2為圖1中專用校形夾具的放大結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。實施例1 針對某飛行器上尺寸參數為Φ^OmmX2000mm、壁厚2mm的超高強度鋼補燃室圓筒殼體，其形狀精度控制過程如下1)筒體外形檢測補燃室的圓筒殼體4淬火后，沿圓筒殼體4的軸向每間隔300mm 檢測一個橫截面，共7個橫截面，每個截面沿周向均分檢測6條直徑的大小直徑差，同時檢測6條直徑兩端所對應的12條母線的直線度，并作出標記和記錄。2)專用校形夾具的安裝將專用校形夾具3安裝在圓筒殼體4的外圓柱面上，專用校形夾具3包括一對耐熱不銹鋼材料的半圓弧壓環3. 3和設置在一對半圓弧壓環3. 3兩端的螺栓3. 1和螺母3. 2緊固件，一對半圓弧壓環3. 3的正中夾緊點A對準圓筒殼體4需要校形橫截面的最大直徑兩端，通過螺栓3. 1和螺母3. 2夾緊校正并固定；正中夾緊點A處的直徑比圓筒殼體4的平均外徑0^60小1mm，一對半圓弧壓環3. 3組成的圓弧直徑D與圓筒殼體4的平均外徑相同，兩個半圓弧壓環3. 3的弦高H比其圓弧半徑R小1mm。3)形狀穩定回火處理多個專用校形夾具3之間用8號鐵絲綁牢并與吊具1連接， 防止在加熱保溫過程中滑脫；圓筒殼體4通過焊接在其上的吊裝環2與吊具1連接，將專用校形夾具3及圓筒殼體4 一起垂直吊裝到回火爐5中加熱保溫，穩定校形的形狀，加熱溫度為260°C，保溫時間為60min。4)出爐冷卻將專用校形夾具3及圓筒殼體4 一起吊出回火爐5，并垂直懸掛在地坑中空冷至室溫。5)拆卸專用校形夾具及外形檢測拆卸圓筒殼體4上的專用校形夾具3，重新檢測圓筒殼體4的母線直線度和橫截面大小直徑差，并作出標記和記錄，檢測截面位置與步驟 1)相同。6)重復校形處理當圓筒殼體4的直線度誤差大于3mm、橫截面大小直徑差大于 2mm時，重復步驟幻至步驟幻的方法，直至圓筒殼體4的形狀精度達到設計要求。經過上述方法校形后，圓筒殼體4的直線度誤差為1 2. 5mm,大小直徑差為1 1. 5mm，其形狀精度較高，滿足產品設計精度要求。實施例2 針對某飛行器上尺寸參數為Φ600mmX3500mm、壁厚3mm的超高強度鋼補燃室圓筒殼體，其形狀精度控制過程如下1)筒體外形檢測補燃室的圓筒殼體4淬火后，沿圓筒殼體4的軸向每間隔300mm 檢測一個橫截面，共12個橫截面，每個截面沿周向均分檢測6條直徑的大小直徑差，同時檢測6條直徑兩端所對應的12條母線的直線度，并作出標記和記錄。2)專用校形夾具的安裝將專用校形夾具3安裝在圓筒殼體4的外圓柱面上，專用校形夾具3包括一對耐熱不銹鋼材料的半圓弧壓環3. 3和設置在一對半圓弧壓環3. 3兩端的螺栓3. 1和螺母3. 2緊固件，一對半圓弧壓環3. 3的正中夾緊點A對準圓筒殼體4需要校形橫截面的最大直徑兩端，通過螺栓3. 1和螺母3. 2夾緊校正并固定，正中夾緊點A的直徑比補燃室的圓筒殼體4的平均外徑Φ600小2. Omm ；一對半圓弧壓環3. 3組成的圓弧直徑D比圓筒殼體4的平均外徑大0. 5mm，兩個半圓弧壓環3. 3的弦高H比其圓弧半徑R小
61. 5mm。3)形狀穩定回火處理多個專用校形夾具3之間用8號鐵絲綁牢并與吊具1連接， 防止在加熱保溫過程中滑脫；圓筒殼體4通過焊接在其上的吊裝環2與吊具1連接，將專用校形夾具3及圓筒殼體4 一起垂直吊裝到回火爐5中加熱保溫，穩定校形的形狀，加熱溫度為300°C，保溫時間為120min。4)出爐冷卻將專用校形夾具3及圓筒殼體4 一起吊出回火爐5，并垂直懸掛在地坑中空冷至室溫。5)拆卸專用校形夾具及外形檢測拆卸圓筒殼體4上的專用校形夾具3，重新檢測圓筒殼體4的母線直線度和橫截面大小直徑差，并作出標記和記錄，檢測截面位置與步驟 1)相同。6)重復校形處理當圓筒殼體4的直線度誤差大于3mm、橫截面大小直徑差大于 2mm時，則重復步驟2)至步驟5)的方法，直至圓筒殼體4的形狀精度達到設計要求。經過上述方法校形后，圓筒殼體4的直線度誤差為1. 5 2. 8mm,大小直徑差為 1. 3 1. 8mm。其形狀精度較高，滿足產品設計精度要求。
權利要求
1.一種超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，包括以下步驟1)筒體外形檢測圓筒殼體(4)淬火后，按設計要求檢測圓筒殼體(4)的母線直線度和橫截面大小直徑差，并作出標記和記錄；2)專用校形夾具的安裝將專用校形夾具C3)安裝在圓筒殼體的外圓柱面上，所述專用校形夾具C3)包括一對半圓弧壓環(3. 3)和設置在一對半圓弧壓環(3. 3)兩端的螺栓(3. 1)和螺母(3.2)緊固件，所述一對半圓弧壓環(3.3)的正中夾緊點A對準圓筒殼體 (4)需要校形橫截面的最大直徑兩端，通過螺栓(3. 1)和螺母(3. 2)夾緊校正并固定；3)形狀穩定回火處理將專用校形夾具C3)及圓筒殼體(4)一起吊裝到回火爐(5)中加熱保溫，穩定校形的形狀；4)出爐冷卻將專用校形夾具(3)及圓筒殼體(4)一起吊出回火爐(5)，空冷至室溫；5)拆卸專用校形夾具及外形檢測拆卸圓筒殼體(4)上的專用校形夾具(3)，重新檢測圓筒殼體的母線直線度和橫截面大小直徑差，并作出標記和記錄；6)重復校形處理如果檢測結果不符合設計要求，則重復步驟幻至步驟幻的方法，直至圓筒殼體的形狀精度達到設計要求。
2.根據權利要求1所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟1)中，沿圓筒殼體的軸向每間隔300mm檢測一個橫截面，每個截面沿周向均分檢測6條直徑，同時檢測6條直徑兩端所對應的12條母線的直線度。
3.根據權利要求1所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟2)中，對應于一對半圓弧壓環(3. 3)的正中夾緊點A處的直徑比圓筒殼體(4)的平均夕卜徑小1 2mm。
4.根據權利要求3所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述一對半圓弧壓環(3. 3)組成的圓形直徑D比圓筒殼體(4)的平均外徑大0 0. 5mm，一對半圓弧壓環(3. 3)的正中夾緊點A處的弦高H比其圓弧半徑R小1 1. 5mm。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟幻中，多個專用校形夾具C3)之間用鐵絲綁牢并與吊具(1)連接，圓筒殼體⑷通過固定在其上的吊裝環⑵與吊具⑴連接。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟幻中，將圓筒殼體(4)及專用校形夾具C3)保持垂直狀態吊裝到回火爐(5)中。
7.根據權利要求1至4中任意一項所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法， 其特征在于所述步驟幻中，圓筒殼體(4)及專用校形夾具(3)的加熱溫度控制在260 300°C，保溫時間控制在60 120min。
8.根據權利要求7所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟4)中，圓筒殼體(4)及專用校形夾具C3)垂直懸掛在地坑中空冷。
9.根據權利要求1至4中任意一項所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟6)中，當圓筒殼體(4)的直線度誤差大于3mm、橫截面大小直徑差大于 2mm時，則重復步驟2)至步驟5)的方法，直至圓筒殼體的形狀精度達到設計要求。
10.根據權利要求7所述超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法，其特征在于所述步驟6)中，當圓筒殼體的直線度誤差大于3mm、橫截面大小直徑差大于2mm時，則重復步驟幻至步驟幻的方法，直至圓筒殼體的形狀精度達到設計要求。
全文摘要
本發明公開了一種超高強度鋼薄壁圓筒形狀精度的控制方法。它包括1)筒體外形檢測；2)專用校形夾具的安裝；3)形狀穩定回火處理；4)出爐冷卻；5)拆卸專用校形夾具及外形檢測；6)重復校形處理。本發明在圓筒殼體淬火后，通過專用校形夾具對圓筒殼體校形后再進行回火穩定校形的形狀。所得到的圓筒殼體形狀精度較高，完全滿足產品設計精度要求，校形后直線度誤差不大于2.5mm，大小直徑差不大于1.5mm。本發明的處理方法可用于固體火箭沖壓發動機補燃室的圓筒殼體的形狀精度控制。
文檔編號C21D9/00GK102416414SQ20111027658
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者何華鋒, 王華東, 王明坤, 鐘臻榮, 韓慶波, 高建國 申請人:湖北三江航天江北機械工程有限公司