齊瑞濤

（中航工業(yè)導(dǎo)彈院十三分廠，河南洛陽471003）

某型導(dǎo)彈殼體組合車削技術(shù)及措施

齊瑞濤

（中航工業(yè)導(dǎo)彈院十三分廠，河南洛陽471003）

結(jié)合某型空空導(dǎo)彈殼體組合的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與材料特性，分析了影響其加工精度與加工效率的不利因素；從工藝方案設(shè)計(jì)、工件剛度、裝夾方式、切削刀具、切削液等方面著手分析，得到了較為有效的解決措施，提高了工件的加工質(zhì)量與加工效率。

薄壁；變形；振動(dòng)；剛度；措施

發(fā)動(dòng)機(jī)是空空導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置，同時(shí)也是彈體的重要組成部分，而殼體組合作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，在工作中要承受高溫、高壓和化學(xué)氣氛下的各種復(fù)雜載荷作用，其工作環(huán)境極其惡劣，是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵重要承力部件，它的加工質(zhì)量對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)乃至全彈的安全性能至關(guān)重要。

1 工藝性分析

殼體組合（如圖1）是由前端環(huán)、筒體、中吊掛及后吊掛經(jīng)電子束焊接連接后，經(jīng)精密機(jī)械加工形成，其作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，內(nèi)置助推劑藥柱，前接戰(zhàn)斗部筒體，后接噴管艙主體，而吊掛則是導(dǎo)彈連接發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)部件，是重要承力部件。為了減輕重量及增加有效載荷，要求殼體組合以盡可能輕的重量，盡可能小的體積，儲(chǔ)存盡可能多的助推劑藥柱，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為薄壁筒形件；為了保證各接口剛度，殼體組合各零部件的材質(zhì)選擇強(qiáng)度、韌性都較高的15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

1.1 零件結(jié)構(gòu)分析

殼體組合結(jié)構(gòu)如圖1所示，長度為L1 mm，外圓直徑為D1 mm，內(nèi)孔直徑為D2 mm，前端環(huán)壁厚0.95 mm，筒體壁厚0.85 mm，屬于典型的薄壁長筒焊接件，具有剛度弱、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，在車削過程易產(chǎn)生振動(dòng)，而前端環(huán)內(nèi)外圓加工要素部位的壁厚薄，僅2.3 mm，加工變形大。另外，受中、后吊掛焊接位置及質(zhì)量的影響，殼體組合整體質(zhì)量分布不均衡，質(zhì)心偏離A -B基準(zhǔn)中心線（如圖1），在車削過程，工件離心力大，易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，影響其加工精度及表面質(zhì)量。

圖1 殼體組合結(jié)構(gòu)圖

1.2 主要尺寸精度及技術(shù)指標(biāo)要求

由前端環(huán)、筒體、中吊掛及后吊掛采用電子束焊接連接后，殼體組合車削成型的主要尺寸及技術(shù)指標(biāo)要求總結(jié)如下：

（1）殼體組合總長尺寸為L10-0.2，尺寸精度高。

0.

（4）端部前端環(huán)的裝配內(nèi)孔、尾部筒體端面密封槽、擋圈槽及內(nèi)孔等加工要素的表面質(zhì)量要求高，為Ra1.6.

1.3 15-5PH材料切削加工性分析

15-5PH鋼，是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有很高的強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能，良好的耐蝕性和焊接性，并且熱處理工藝簡單，通過改變時(shí)效溫度，可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)調(diào)整機(jī)械性能，容易獲得所希望的不同強(qiáng)度與韌性的配合要求，是比較理想的材料，其化學(xué)成分如表1所示。15-5PH材料中含有鎳、鉻、鉬、鈮等元素，而在機(jī)械加工中，鎳、鉻等元素使切屑不易斷開，刀具散熱不暢，影響表面質(zhì)量；鉬、鈮等元素使刀具極易磨損、破損，及產(chǎn)生積屑瘤?？傊?，15-5PH材料的導(dǎo)熱性差，加工硬化嚴(yán)重，親和性大，切屑粘附刀具刃口嚴(yán)重，刀具磨損快，切削加工性能差。

表115 -5PH材料化學(xué)成份

2 影響殼體組合加工精度及效率的不利因素分析

2.1 加工基準(zhǔn)精度差

前端環(huán)零件焊前長度尺寸僅57 mm，受其結(jié)構(gòu)限制，殼體組合焊接成型后，前端環(huán)與旋壓筒體的焊縫位置靠近前端環(huán)的定位端面、外圓及內(nèi)孔，且前端環(huán)零件壁厚薄（0.95 mm），受焊接熱變形的影響較大，導(dǎo)致端部定位基準(zhǔn)精度差。

2.2 后吊掛后端基準(zhǔn)面精度差

受結(jié)構(gòu)限制，殼體組合完成焊接，確定中、后吊掛位置后，后吊掛后端面無法在殼體組合上進(jìn)行切削，屬于非加工面，因此是殼體組合軸向尺寸加工基準(zhǔn)面。受焊接熱變形的影響，后吊掛后端面的基準(zhǔn)精度差，影響后吊掛位置尺寸的加工精度。

2.3 裝夾干涉問題

后吊掛焊接后，其基準(zhǔn)端面與筒體尾端面之間的距離尺寸要求為L6+00.2，距離過小，且車削過程，工件后吊掛的回轉(zhuǎn)直徑接近φ120 mm，在采用中心架支撐時(shí)，若選用規(guī)格為φ60 mm～φ100 mm的中心架，將產(chǎn)生后吊掛與中心架干涉的問題；若選用規(guī)格為φ100 mm～φ200 mm的中心架，則中心架支桿懸伸長，支撐剛度差，導(dǎo)致車削過程易產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。2.4刀位“不足”問題

在精車殼體組合尾部端面密封槽、擋圈槽及內(nèi)側(cè)圓弧R7工序（加工內(nèi)容簡圖如圖2），為保證其較高的尺寸精度、形位精度及表面質(zhì)量，以及提高其加工效率，結(jié)合分廠的設(shè)備資源，選用了CAK50186i精密數(shù)控車床。該機(jī)床的數(shù)控車刀架為6工位立式刀架（如圖3），為消除中心架干涉問題，該刀架只能使用1，3，5或者2，4，6號(hào)相間隔的刀位，否則相鄰的刀具在加工時(shí)將與中心架碰撞。而受加工要素的限制，該工序需使用4把刀具，分別為內(nèi)孔刀，端面密封槽刀，擋圈槽刀及背內(nèi)孔刀（用于加工圓弧R7），存在“刀位”不足問題。

圖240 工序內(nèi)容圖

圖3 CAK50186i數(shù)控車刀架

2.5 切屑易纏入中心架軸承問題

殼體組合首尾兩端的內(nèi)孔加工時(shí)，因工件端面與中心架支撐部位的距離短，僅10 mm，在車削過程，切屑容易纏入中心架軸承，擠傷已加工外圓表面，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

3 提高殼體組合加工精度及效率的工藝措施

3.1 合理的工藝方案設(shè)計(jì)

工藝方案設(shè)計(jì)，在機(jī)械加工中起著至關(guān)重要的作用，合理的工藝方案，有利于保證零件的加工精度、提高產(chǎn)品加工質(zhì)量及加工效率。殼體組合屬于焊接件，在前端環(huán)、筒體及中、后吊掛單件加工完畢后，經(jīng)電子束焊接及機(jī)械加工成型，焊接后的加工屬于半精加工及精加工。結(jié)合殼體組合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求，在工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)，選擇了“先外后內(nèi)”的工藝方案。另外為了消除焊接熱變形對(duì)工件定位基準(zhǔn)的影響，在進(jìn)行精加工之前，增加半精加工工序?qū)ν鈭A與內(nèi)孔進(jìn)行基準(zhǔn)修復(fù)，提高工件的定位基準(zhǔn)精度。即殼體組合的工藝路線安排如下：焊接→半精車外圓（修復(fù)基準(zhǔn)）→半精車內(nèi)孔（去余量及修復(fù)基準(zhǔn)）→精車外圓（兩端外圓加工到位，要求圓度0.03max）→精車內(nèi)孔（內(nèi)孔、端面密封槽、擋圈槽及內(nèi)側(cè)圓弧等加工要素加工到位）。

3.2 提高工件剛度

殼體組合屬薄壁長筒件，且整體質(zhì)心偏心，在車削加工過程易產(chǎn)生振動(dòng)。此問題在薄壁筒形件的加工中常采用填充機(jī)械加工法[1]解決。在工件內(nèi)孔中填充橡膠皮（厚度3～5 mm）貼合內(nèi)壁（如圖4），當(dāng)工件回轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下橡膠板可均勻緊貼在內(nèi)壁上，起到增加壁厚、提高剛度、吸收振動(dòng)的作用，提高加工精度。

圖4 橡膠皮填充示意圖

3.3 合理選擇工件的裝夾方式

裝夾方式的選擇，對(duì)于質(zhì)心偏心薄壁長筒件的加工至關(guān)重要。合理的裝夾方式，可以有效控制裝夾變形，減小加工變形，消除切削振動(dòng)，提高加工精度。殼體組合焊接成型后的加工屬于半精加工及精加工，是保證工件加工要素的關(guān)鍵階段。因此時(shí)工件剛度低，為了減小非均勻徑向力[2]對(duì)工件的影響，在加工過程，內(nèi)孔及相關(guān)要素的加工采用了一端扇形軟爪夾持，一端中心架支撐的裝夾方式，且在扇形軟爪夾持部位對(duì)應(yīng)臺(tái)階內(nèi)孔處，增配內(nèi)襯堵頭輔助支撐，提高裝夾剛度；而外圓的加工采用了兩端堵頭頂緊的裝夾方式，增大工件夾持部位的受力面積，使徑向受力均勻，減小裝夾變形。

3.4 合理選擇刀具材料

在切削加工中，合理選擇刀具材料，對(duì)減小切削力及加工變形有重要意義。因15-5PH不銹鋼材料具有切屑不易分離、刀刃易產(chǎn)生積屑瘤等特點(diǎn)，要求刀具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、韌性和高耐磨性。而工件尺寸精度與表面質(zhì)量要求較高，且壁薄易變形，要求刀具切削刃具有良好的鋒銳性。在實(shí)際加工中，內(nèi)孔、外圓等要素的加工主要選用硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化性能以及韌性都較好的YW類硬質(zhì)合金刀具。而密封槽、擋圈槽等要素的加工主要選用導(dǎo)熱性較好的，抗沖擊韌性較高[3]的，既不易于切屑粘結(jié)的，又可承受較大切削力的YG類硬質(zhì)合金刀具。

3.5 合理選擇切削液

殼體組合壁厚薄，熱容量較小，極易在切削熱的作用下產(chǎn)生變形，導(dǎo)致高精度尺寸超差。因此，宜選用冷卻效果好的水基乳化液作為切削液，并連續(xù)充分澆注。在實(shí)際加工中，選用2號(hào)乳化油加水稀釋成乳化液作為切削液。

3.6 其他關(guān)鍵技術(shù)措施

受焊接熱變形的影響，后吊掛后端基準(zhǔn)面的精度差，直接影響著后吊掛位置尺寸的加工精度，另外受裝夾方式限制，在車削筒體尾端面時(shí)，后吊掛被中心架擋在刀架的另一面，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)試切對(duì)刀。為提高其加工精度及加工效率，在半精加工修復(fù)筒體尾端外圓及端面基準(zhǔn)時(shí)，要求找正后吊掛后端基準(zhǔn)面跳動(dòng)不大于0.07 mm，且在加工筒體尾端面保證后吊掛位置尺寸時(shí)，采用了余量控制法加工。首先在加工前實(shí)測后吊掛位置尺寸L，計(jì)算余量Z=L-L6+0.1（位置尺寸按中差控制，因此賦值為L6+0.1）；然后建立余量試切基準(zhǔn)刀，并對(duì)加工端面進(jìn)行試切對(duì)刀；最后在機(jī)床MDI控制面板上SET/OFS→W.偏移→測量值（Z）輸入加工余量Z，實(shí)現(xiàn)快速精確去除余量，保證加工精度。

3.6.2 中心架裝夾問題的解決技術(shù)措施

在加工尾端筒體內(nèi)孔、密封槽、擋圈槽及內(nèi)側(cè)圓弧等加工要素時(shí)，受后吊掛位置的影響，采用中心架輔助支撐時(shí)存在裝夾問題，若選用規(guī)格為φ60～φ100的中心架，則存在中心架與后吊掛干涉的問題；若選用規(guī)格為φ100～φ120的中心架，則中心架支桿懸伸長，支撐剛度差，存在車削振動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。殼體組合屬薄壁長筒件，自身剛度弱，且屬于偏心件，在車削過程極易產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，因此裝夾時(shí)不宜選用同樣易產(chǎn)生振動(dòng)的，規(guī)格為φ100～φ120的中心架作輔助支撐。在實(shí)際加工過程，選用規(guī)格為φ60～φ100的中心架進(jìn)行調(diào)整，即在中心架兩肩端面上加墊厚度為8 mm，規(guī)格為60×60的墊塊，加高中心架上支撐軸承桿的位置，以此調(diào)整后吊掛與中心架之間距離，解決中心架與后吊掛干涉問題。

3.6.3 刀位“不足”的解決技術(shù)措施

圖5 刀座示意圖

3.6.4 切屑易纏入中心架軸承問題的解決技術(shù)措施

為解決切屑易纏入中心架軸承的問題，設(shè)計(jì)防屑環(huán)如圖6所示。在完成工件裝夾及找正后，在工件中心架支撐處外圓φ101上加套防屑環(huán)，并采用M4螺釘通過螺釘緊定孔固定防屑環(huán)至工件上，起到防護(hù)中心架軸承的作用，解決切屑易纏入中心架軸承的問題。

圖6 防屑環(huán)結(jié)構(gòu)圖

圖7 量規(guī)設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)束語

首批殼體組合采用此工藝技術(shù)進(jìn)行車削加工，全部零件的尺寸精度、表面質(zhì)量及技術(shù)條件均滿足設(shè)計(jì)圖樣的要求，合格率100%，直接驗(yàn)證了此工藝技術(shù)的可行性及工藝措施的有效性。通過對(duì)殼體組合零件的車削加工及現(xiàn)場情況分析處理，對(duì)薄壁偏心焊接件的車削加工有了比較深入的了解，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，可以為類似焊接件的車削加工提供借鑒。

參考資料：

[1]衛(wèi)光偉.薄壁圓筒零件的工藝措施探析[J].裝備制造技術(shù)，2011（2）：90-92.

[2]裘俊彥，陳衛(wèi)紅，章磊.鋁合金薄壁筒形零件車削與夾具[J].水利電力機(jī)械，2004，26（2）：47-48.

[3]黃鶴汀，吳善元.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

Combined Turning Technology and Measures for a Certain Type of Missile Shell

Qi Rui－tao
（AVIC thirteen Missile Factory，Luoyang Henan 471003，China）

Based on the structural characteristics and material properties of a certain type of missile shell combination，analyzes the negative factors affecting the machining precision and machining efficiency；from the design，process workpiece stiffness，clamping，cutting tools，cutting fluid to analysis，to obtain a more effective measure to solve the problem，improve the processing the quality of workpiece and machining efficiency.

thin wall；deformation；vibration；stiffness；measure

TH162

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0100-05

2017-02-03

齊瑞濤（1985-），男，河南洛陽人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械加工工藝技術(shù)。