CN119347333A - 一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，采用激光增材制造方法将分半式敞口左右盖板毛坯进行整体增材制造，减少舱体内腔加工区域和加工余量，先合体进行外形面、端部对接循环孔、轴向对接孔及坡口等特征加工，后进行分体加工对接内止口及对接端面，从而有效控制型面精度，减小装夹找正、基准传递难度，减少装配时的间隙，实现分半式盖板高精度加工。

Description

一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法

技术领域

本发明涉及一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

目前，在航空航天、防务装备等领域中各类产品对机动性、长续航、轻量化提出了更高的要求，大型复杂异形薄壁类结构零件应用十分广泛。其特点是敞口开放结构、复合曲面、薄壁、结构复杂、刚性弱易变形等。这些特点造成了其在加工制造过程中难以定位、难以装夹，加工效率低、周期长，产品中部分特征总装后相对整体产品位置难以保证。

现阶段大多数的零件主要为封闭式回转结构，采用铸造、机械加工的传统方案，其铸造留量大、变形大，机械加工去除量大，生产效率、舱体装配精度差等问题，严重影响产品性能和产品整体进度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，通过增材制造合体毛坯及装夹定位设计，实现盖板高精度加工。

本发明的技术解决方案是：

一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，包括：

步骤一、根据左右盖板的结构、加工区域及加工余量，设计左右盖板连成合体的增材毛坯；

步骤二、在增材毛坯上划出水平、对称基准线与轴向端面线；

步骤三、根据所划的水平、对称基准线找正，粗加工增材毛坯两端端面及两端内止口；

步骤四、装夹定位粗加工后的工件，粗铣外型面，使壁厚满足设计要求；

步骤五、对粗铣后的工件进行真空热处理；

步骤六、装夹定位工件，精加工外型面、端部对接循环孔、轴向对接孔及坡口，线切割分体基准槽；

步骤七、找正端面及分体基准槽，采用线切割将增材毛坯进行分体，得到左右盖板；

步骤八、分别定位装夹左右盖板，精加工左右盖板的对接内止口、对接端面。

进一步地，步骤一中，所设计的增材毛坯内腔减重槽不留余量，端面、外型面、内止口、侧壁特征均留量2～3mm，增材毛坯通过左右盖板中间筋条进行连接；

进一步地，步骤一中，增材毛坯前后端面均预留工艺凸台，工艺凸台位于增材毛坯水平、对称基准面内；步骤二中，根据工艺凸台进行找正，划出水平、对称基准线，沿轴向根据盖板内腔非加工特征确定并划出两端端面线。

进一步地，步骤四中，采用定位工装装夹定位粗加工后的工件；所述定位工装包括上堵盘、下堵盘、拉杆；两根竖直放置的拉杆连接上堵盘与下堵盘，上下堵盘均水平放置，形状分别与增材毛坯的上下端面相同，上下堵盘的中心点位于同一轴线上且两根拉杆以此轴线对称；装夹增材毛坯工件后，上下堵盘与增材毛坯的上下端面紧密贴合；在上堵盘的侧面分别沿径向开两个基准槽，基准槽的中心点连线与轴线垂直，根据基准槽对工件进行找正。

进一步地，步骤三中，粗加工增材毛坯两端端面及两端内止口，粗加工时单边留量至少1mm。

进一步地，步骤四中，采用圆鼻铣刀小切深加工外型面，切削深度不大于0.3mm；加工过程中多次测量壁厚，根据壁厚数据微调加工零点，使外形整体壁厚均匀；最后根据新的零点修正前后端面止口，确定最终加工精加工基准。

进一步地，步骤七中，将工件卧式装夹，以工件端面和基准槽为基准，采用线切割将工件进行分体。

进一步地，步骤八中，采用装夹工装定位装夹左盖板或右盖板；装夹工装包括定位销、压环和压紧螺钉；其中，采用定位销将盖板定位找正，利用压环和压紧螺钉将盖板牢固固定，使盖板外形面与装夹工装型面贴合到位，利用两端定位销精确定位，最后精加工两端对接端面、内腔对接内止口。

进一步地，步骤六中，使用五轴加工中心进行精加工，端部工艺定位孔用于分体后的左右盖板与装夹工装准确定位。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用激光增材制造方法将分半式薄壁盖板毛坯进行整体增材制造，内腔非加工区域采取不留余量直接增材成型，整体减少加工区域和加工余量。

(2)本发明先合体进行外形面、端部对接循环孔、轴向对接孔及坡口等特征加工，后进行分体加工对接内止口及对接端面，从而有效控制型面精度，减小装夹找正、基准传递难度，减少装配时的间隙，实现盖板高精度加工和装配。

(3)本发明采用预留工艺凸台进行粗加工基准找正，通过设计定位工装有效定位和基准传递，减小装夹找正难度，提升工件整体刚性，保证型面精度和壁厚指标要求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例分半式异形薄壁盖板分体结构示意图；

图2为本发明实施例盖板合体增材毛坯示意图；

图3为本发明实施例盖板合体加工铣床夹具示意图；

图4为本发明实施例盖板合体加工结构示意图

图5为本发明实施例盖板分体加工结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提出了一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，毛坯采用新的激光增材制造方案，对盖板减少加工区域和加工余量，先合体进行外型面、端部对接循环孔、轴向对接孔及坡口等特征加工，后进行分体加工对接内止口及对接端面，从而有效控制型面精度，减小装夹找正、基准传递难度，减少装配时的间隙，实现盖板高精度加工和装配。

下面通过实施例对本发明作进一步说明，实施例中的试验工件为某产品盖板，如图2所示，该零件材料为TA15钛合金，毛坯采用激光增材方式成型，盖板外形为自由异形曲面，长轴尺寸约350mm，短轴尺寸约275mm，高度约520mm，最薄壁厚2mm，左右盖板端部及侧边轴向各分布安装孔特征，如图1所示，装配后的左右盖板与其他端框能够顺利安装，阶差不大于0.2mm。

该制造方法具体包括：

步骤一、根据左右盖板的结构、加工区域及加工余量分布设计出左右盖板连成合体的增材毛坯。

根据技术要求合理分布加工余量，非配合装配面采取不设置留量直接增材成型的形式，加工面留量2mm，尽可能减少加工周期，合体的增材毛坯通过左右盖板中间10mm筋条进行连接，避免合体尺寸过大增加增材时变形风险，同时在筋条上开设基准槽，为后期便于找正加工基准，在前后端面预留工艺凸台，工艺凸台位于毛坯水平、对称基准面内，同时增材模型需要相应设计肋板、点阵等防止增材过程中工件变形过大。

步骤二、根据增材预留工艺凸台进行找正，划出水平、对称基准线，轴向端面线。

左右盖板合体后外形无平面及圆等易作为基准的特征导致工序间基准传递难度大，在合体增材毛坯前后端面均预留的高5mm、宽5mm的工艺凸台，根据工艺凸台进行找正划出盖板整体水平、对称基准线，沿轴向根据盖板内部非加工特征(环筋表面)确定并划出两端端面线，由此确定粗加工基准。

步骤三、根据所划基准线找正，粗加工舱体两端端面及两端内止口，粗加工时单边留量1.5mm，保证内型均匀去量，粗加工两端内止口时需将上堵盘、下堵盘进行试装，防止堵盘与工件之间间隙大造成无法精确定位。

步骤四、利用定位工装将工件装夹定位，定位工装如图3所示，包括上堵盘、下堵盘、拉杆，两根竖直放置的拉杆连接上堵盘与下堵盘，上下堵盘均水平放置，形状分别与增材毛坯的上下端面相同，且上下堵盘的中心点位于同一轴线上且两根拉杆以此轴线对称。装夹增材毛坯工件后，上下堵盘与增材毛坯的上下端面紧密贴合，起到支撑作用。在上堵盘的侧面分别沿径向开两个基准槽，基准槽的中心点连线与轴线垂直。

增材毛坯工件根据上、下堵盘的基准槽与工件上的筋条位置进行找正，如图4所示，再粗加工外型面，测量壁厚，根据壁厚情况微调程序零点，确保壁厚符合技术要求。根据新的程序零点进行上下端内止口修正

盖板整体外型面加工时利用定位工装定位找正，同时采用小直径圆鼻铣刀小切深加工外型面，加工过程中多次测量壁厚，根据壁厚数据微调加工零点，确保外形整体壁厚均匀，最后根据新的零点修正前后端面止口，确定最终加工精加工基准，修正后单边留量0.8mm。同时加工型面时切削深度不大于0.3mm，防止在切削力过大导致型面变形超差，粗加工时外型面留量1mm。

步骤五、粗加工后合体真空热处理，消除工件内部残余应力，减少后续盖板线切割分体时的变形。

步骤六、盖板合体状态利用工装将定位工件装夹定位精加工外型面，根据上、下堵盘基准槽进行找正。端部安装孔、轴向安装孔及坡口，线切割分体基准槽。

利用工装定位找正，在一次装夹的工况下使用五轴加工中心精加工外型面、端部安装孔、轴向安装孔及坡口、线切割分体基准槽等特征，分体基准槽位于筋条上，保证左右盖板外型面与对接孔位相对位置更加精确。端部工艺定位孔用于分体后盖板与工装准确定位。

步骤七、将工件卧式装夹，找正端面及分体基准槽，以工件端面和线切割基准槽为基准，采用线切割对称切割将左右盖板进行分体，防止分体左右盖板分体过程产生较大变形。

步骤八、分体状态利用装夹工装定位装夹，精加工左右盖板对接内止口、对接端面。

装夹工装包括定位销、压环及压紧螺钉。如图5所示，采用定位销将工件与工装精确定位找正，利用压环和压紧螺钉将工件牢固固定于工装上，确保零件外形面与压环型面贴合到位，利用两端定位销精确定位，精加工两端对接端面、内腔对接内止口。

以上所述实施例只是本发明较优选具体实施方式，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据左右盖板的结构、加工区域及加工余量，设计左右盖板连成合体的增材毛坯；

步骤二、在增材毛坯上划出水平、对称基准线与轴向端面线；

步骤三、根据所划的水平、对称基准线找正，粗加工增材毛坯两端端面及两端内止口；

步骤四、装夹定位粗加工后的工件，粗铣外型面，使壁厚满足设计要求；

步骤五、对粗铣后的工件进行真空热处理；

步骤六、装夹定位工件，精加工外型面、端部对接循环孔、轴向对接孔及坡口，线切割分体基准槽；

步骤七、找正端面及分体基准槽，采用线切割将增材毛坯进行分体，得到左右盖板；

步骤八、分别定位装夹左右盖板，精加工左右盖板的对接内止口、对接端面。

2.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤一中，所设计的增材毛坯内腔减重槽不留余量，端面、外型面、内止口、侧壁特征均留量2～3mm，增材毛坯通过左右盖板中间筋条进行连接。

3.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤一中，增材毛坯前后端面均预留工艺凸台，工艺凸台位于增材毛坯水平、对称基准面内；步骤二中，根据工艺凸台进行找正，划出水平、对称基准线，沿轴向根据盖板内腔非加工特征确定并划出两端端面线。

4.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤四中，采用定位工装装夹定位粗加工后的工件；所述定位工装包括上堵盘、下堵盘、拉杆；两根竖直放置的拉杆连接上堵盘与下堵盘，上下堵盘均水平放置，形状分别与增材毛坯的上下端面相同，上下堵盘的中心点位于同一轴线上且两根拉杆以此轴线对称；装夹增材毛坯工件后，上下堵盘与增材毛坯的上下端面紧密贴合；在上堵盘的侧面分别沿径向开两个基准槽，基准槽的中心点连线与轴线垂直，根据基准槽对工件进行找正。

5.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤三中，粗加工增材毛坯两端端面及两端内止口，粗加工时单边留量至少1mm。

6.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤四中，采用圆鼻铣刀小切深加工外型面，切削深度不大于0.3mm；加工过程中多次测量壁厚，根据壁厚数据微调加工零点，使外形整体壁厚均匀；最后根据新的零点修正前后端面止口，确定最终加工精加工基准。

7.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤七中，将工件卧式装夹，以工件端面和基准槽为基准，采用线切割将工件进行分体。

8.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤八中，采用装夹工装定位装夹左盖板或右盖板；装夹工装包括定位销、压环和压紧螺钉；其中，采用定位销将盖板定位找正，利用压环和压紧螺钉将盖板牢固固定，使盖板外形面与装夹工装型面贴合到位，利用两端定位销精确定位，最后精加工两端对接端面、内腔对接内止口。

9.根据权利要求1所述的分半式异形薄壁盖板的加工制造方法，其特征在于，步骤六中，使用五轴加工中心进行精加工，端部工艺定位孔用于分体后的左右盖板与装夹工装准确定位。