某型導彈殼體組合車削技術及措施

齊瑞濤

（中航工業導彈院十三分廠，河南洛陽471003）

某型導彈殼體組合車削技術及措施

齊瑞濤

（中航工業導彈院十三分廠，河南洛陽471003）

結合某型空空導彈殼體組合的結構特點與材料特性，分析了影響其加工精度與加工效率的不利因素；從工藝方案設計、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量與加工效率。

薄壁；變形；振動；剛度；措施

發動機是空空導彈的動力裝置，同時也是彈體的重要組成部分，而殼體組合作為發動機燃燒室，在工作中要承受高溫、高壓和化學氣氛下的各種復雜載荷作用，其工作環境極其惡劣，是發動機的關鍵重要承力部件，它的加工質量對于發動機乃至全彈的安全性能至關重要。

1 工藝性分析

殼體組合（如圖1）是由前端環、筒體、中吊掛及后吊掛經電子束焊接連接后，經精密機械加工形成，其作為發動機燃燒室，內置助推劑藥柱，前接戰斗部筒體，后接噴管艙主體，而吊掛則是導彈連接發射裝置的結構部件，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，儲存盡可能多的助推劑藥柱，其結構設計為薄壁筒形件；為了保證各接口剛度，殼體組合各零部件的材質選擇強度、韌性都較高的15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

1.1 零件結構分析

殼體組合結構如圖1所示，長度為L1 mm，外圓直徑為D1 mm，內孔直徑為D2 mm，前端環壁厚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、強度低等特點，在車削過程易產生振動，而前端環內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量的影響，殼體組合整體質量分布不均衡，質心偏離A -B基準中心線（如圖1），在車削過程，工件離心力大，易出現振動現象，影響其加工精度及表面質量。

圖1 殼體組合結構圖

1.2 主要尺寸精度及技術指標要求

由前端環、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指標要求總結如下：

（1）殼體組合總長尺寸為L10-0.2，尺寸精度高。

0.

（4）端部前端環的裝配內孔、尾部筒體端面密封槽、擋圈槽及內孔等加工要素的表面質量要求高，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，具有很高的強度和綜合力學性能，良好的耐蝕性和焊接性，并且熱處理工藝簡單，通過改變時效溫度，可在相當寬的范圍內調整機械性能，容易獲得所希望的不同強度與韌性的配合要求，是比較理想的材料，其化學成分如表1所示。15-5PH材料中含有鎳、鉻、鉬、鈮等元素，而在機械加工中，鎳、鉻等元素使切屑不易斷開，刀具散熱不暢，影響表面質量；鉬、鈮等元素使刀具極易磨損、破損，及產生積屑瘤。總之，15-5PH材料的導熱性差，加工硬化嚴重，親和性大，切屑粘附刀具刃口嚴重，刀具磨損快，切削加工性能差。

表115 -5PH材料化學成份

2 影響殼體組合加工精度及效率的不利因素分析

2.1 加工基準精度差

前端環零件焊前長度尺寸僅57 mm，受其結構限制，殼體組合焊接成型后，前端環與旋壓筒體的焊縫位置靠近前端環的定位端面、外圓及內孔，且前端環零件壁厚薄（0.95 mm），受焊接熱變形的影響較大，導致端部定位基準精度差。

2.2 后吊掛后端基準面精度差

受結構限制，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行切削，屬于非加工面，因此是殼體組合軸向尺寸加工基準面。受焊接熱變形的影響，后吊掛后端面的基準精度差，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，工件后吊掛的回轉直徑接近φ120 mm，在采用中心架支撐時，若選用規格為φ60 mm～φ100 mm的中心架，將產生后吊掛與中心架干涉的問題；若選用規格為φ100 mm～φ200 mm的中心架，則中心架支桿懸伸長，支撐剛度差，導致車削過程易產生振動現象。2.4刀位“不足”問題

在精車殼體組合尾部端面密封槽、擋圈槽及內側圓弧R7工序（加工內容簡圖如圖2），為保證其較高的尺寸精度、形位精度及表面質量，以及提高其加工效率，結合分廠的設備資源，選用了CAK50186i精密數控車床。該機床的數控車刀架為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號相間隔的刀位，否則相鄰的刀具在加工時將與中心架碰撞。而受加工要素的限制，該工序需使用4把刀具，分別為內孔刀，端面密封槽刀，擋圈槽刀及背內孔刀（用于加工圓弧R7），存在“刀位”不足問題。

圖240 工序內容圖

圖3 CAK50186i數控車刀架

2.5 切屑易纏入中心架軸承問題

殼體組合首尾兩端的內孔加工時，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，影響產品質量。

3 提高殼體組合加工精度及效率的工藝措施

3.1 合理的工藝方案設計

工藝方案設計，在機械加工中起著至關重要的作用，合理的工藝方案，有利于保證零件的加工精度、提高產品加工質量及加工效率。殼體組合屬于焊接件，在前端環、筒體及中、后吊掛單件加工完畢后，經電子束焊接及機械加工成型，焊接后的加工屬于半精加工及精加工。結合殼體組合結構特點及技術要求，在工藝方案設計時，選擇了“先外后內”的工藝方案。另外為了消除焊接熱變形對工件定位基準的影響，在進行精加工之前，增加半精加工工序對外圓與內孔進行基準修復，提高工件的定位基準精度。即殼體組合的工藝路線安排如下：焊接→半精車外圓（修復基準）→半精車內孔（去余量及修復基準）→精車外圓（兩端外圓加工到位，要求圓度0.03max）→精車內孔（內孔、端面密封槽、擋圈槽及內側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，且整體質心偏心，在車削加工過程易產生振動。此問題在薄壁筒形件的加工中常采用填充機械加工法[1]解決。在工件內孔中填充橡膠皮（厚度3～5 mm）貼合內壁（如圖4），當工件回轉時，在離心力的作用下橡膠板可均勻緊貼在內壁上，起到增加壁厚、提高剛度、吸收振動的作用，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，對于質心偏心薄壁長筒件的加工至關重要。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，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鍵階段。因此時工件剛度低，為了減小非均勻徑向力[2]對工件的影響，在加工過程，內孔及相關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應臺階內孔處，增配內襯堵頭輔助支撐，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、刀刃易產生積屑瘤等特點，要求刀具應具備足夠的強度、韌性和高耐磨性。而工件尺寸精度與表面質量要求較高，且壁薄易變形，要求刀具切削刃具有良好的鋒銳性。在實際加工中，內孔、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類硬質合金刀具。而密封槽、擋圈槽等要素的加工主要選用導熱性較好的，抗沖擊韌性較高[3]的，既不易于切屑粘結的，又可承受較大切削力的YG類硬質合金刀具。

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生變形，導致高精度尺寸超差。因此，宜選用冷卻效果好的水基乳化液作為切削液，并連續充分澆注。在實際加工中，選用2號乳化油加水稀釋成乳化液作為切削液。

3.6 其他關鍵技術措施

受焊接熱變形的影響，后吊掛后端基準面的精度差，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，后吊掛被中心架擋在刀架的另一面，無法實現機內試切對刀。為提高其加工精度及加工效率，在半精加工修復筒體尾端外圓及端面基準時，要求找正后吊掛后端基準面跳動不大于0.07 mm，且在加工筒體尾端面保證后吊掛位置尺寸時，采用了余量控制法加工。首先在加工前實測后吊掛位置尺寸L，計算余量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刀，并對加工端面進行試切對刀；最后在機床MDI控制面板上SET/OFS→W.偏移→測量值（Z）輸入加工余量Z，實現快速精確去除余量，保證加工精度。

3.6.2 中心架裝夾問題的解決技術措施

在加工尾端筒體內孔、密封槽、擋圈槽及內側圓弧等加工要素時，受后吊掛位置的影響，采用中心架輔助支撐時存在裝夾問題，若選用規格為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，存在車削振動現象嚴重的問題。殼體組合屬薄壁長筒件，自身剛度弱，且屬于偏心件，在車削過程極易產生振動現象，因此裝夾時不宜選用同樣易產生振動的，規格為φ100～φ120的中心架作輔助支撐。在實際加工過程，選用規格為φ60～φ100的中心架進行調整，即在中心架兩肩端面上加墊厚度為8 mm，規格為60×60的墊塊，加高中心架上支撐軸承桿的位置，以此調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措施

為解決切屑易纏入中心架軸承的問題，設計防屑環如圖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，并采用M4螺釘通過螺釘緊定孔固定防屑環至工件上，起到防護中心架軸承的作用，解決切屑易纏入中心架軸承的問題。

圖6 防屑環結構圖

圖7 量規設計圖

4 結束語

首批殼體組合采用此工藝技術進行車削加工，全部零件的尺寸精度、表面質量及技術條件均滿足設計圖樣的要求，合格率100%，直接驗證了此工藝技術的可行性及工藝措施的有效性。通過對殼體組合零件的車削加工及現場情況分析處理，對薄壁偏心焊接件的車削加工有了比較深入的了解，積累了一定的經驗，可以為類似焊接件的車削加工提供借鑒。

參考資料：

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

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

[3]黃鶴汀，吳善元.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，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：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，主要研究方向為機械加工工藝技術。