[發(fā)明專利]一種大尺寸、薄壁環(huán)帶氧加強框整體制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911275995.1
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111014668B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李護(hù)林;楊歡慶;周亞雄;王琳;彭剛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安航天發(fā)動機有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;C21D9/00;C22F1/02;C22F1/18;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種大尺寸、薄壁環(huán)帶氧加強框整體制造方法，包括步驟如下：設(shè)計激光熔化沉積專用基板；通過對氧加強框沿壁厚突變部位進(jìn)行上下分段，選取較高功率、較大掃描速度激光熔化沉積工藝參數(shù)及相應(yīng)掃描策略成形下段部位，然后借助切片軟件獲得上、下段各切片層激光加工程序代碼，導(dǎo)入設(shè)備先進(jìn)行下段部位激光熔化沉積成形，取出后進(jìn)行去應(yīng)力退火，再以下段端面為基底完成上段部位的沉積，后續(xù)進(jìn)行熱處理及機械加工得到最終狀態(tài)零件，解決了當(dāng)前鍛造+機械加工方法中加工周期長、材料利用率低、應(yīng)力變形嚴(yán)重的問題，實現(xiàn)了氧加強框零件的高性能、小變形、少余量的成形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧加強框整體制造方法，屬于機械加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

共底貯箱作為液體火箭發(fā)動機的推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的重要部件，已在多個型號長征系列火箭及武器的飛行發(fā)射中得到成功應(yīng)用。根據(jù)新一代液體火箭發(fā)動機大推力、短周期、低成本的研制需求，共底貯箱設(shè)計結(jié)構(gòu)呈大尺寸、復(fù)雜、薄壁輕質(zhì)化的特征，其中氧加強框零件作為共底貯箱裝置中的主要承力構(gòu)件，為大尺寸、薄壁環(huán)帶類結(jié)構(gòu)，對力學(xué)性能有較高要求，起保證薄壁貯箱的強度和安全穩(wěn)定性的作用。

目前氧加強框零件現(xiàn)有制造方法為鍛環(huán)毛坯整體機械加工，加工過程刀具損耗嚴(yán)重，加工周期長，生產(chǎn)效率低，材料利用率不足5％；且大尺寸鍛件毛坯內(nèi)部存在較大殘余應(yīng)力，機加過程中應(yīng)力釋放易導(dǎo)致翹曲變形，影響產(chǎn)品最終尺寸精度和裝配質(zhì)量。

激光熔化沉積成形技術(shù)作為增材制造技術(shù)的一種，可實現(xiàn)大尺寸構(gòu)件的高性能、短周期、近凈成形，有望快速提升產(chǎn)品的研制周期和可靠性，解決當(dāng)前氧加強框制造加工過程中存在的瓶頸問題。

如圖2所示，為幅面尺寸在Φ900mm以上、壁厚小于10mm的薄壁環(huán)帶類構(gòu)件氧加強框。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，采用激光熔化沉積成形技術(shù)制備出一種TC4鈦合金大尺寸薄壁環(huán)帶氧加強框，實現(xiàn)氧加強框構(gòu)件的快速、高性能、小變形、小加工余量成形，為大尺寸薄壁環(huán)帶氧加強框的制造提供一種全新方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種大尺寸、薄壁環(huán)帶氧加強框整體制造方法，包括步驟如下：

(1)制作滿足氧加強框成形及機械加工裝夾定位用基板；

(2)沿氧加強框的橫截面將氧加強框三維模型分為上下I、II段，分別進(jìn)行支撐設(shè)計及余量添加，獲得適用于激光熔化沉積成形的氧加強框毛坯分段三維模型；

(3)對步驟(2)所得氧加強框分段三維模型分別進(jìn)行切片處理，置入TC4鈦合金激光熔化沉積工藝參數(shù)，獲得對應(yīng)各段的激光加工程序代碼；

(4)在基板上成形氧加強框I段毛坯后，對帶基板毛坯件進(jìn)行去應(yīng)力退火處理；

(5)裝夾定位氧加強框，在I段頂端面成形氧加強框II段毛坯；

(6)對帶基板氧加強框整體成形毛坯件進(jìn)行固溶時效處理；

(7)去除氧加強框毛坯支撐，完成氧加強框的精加工。

所述步驟(1)中，基板包括多個同心圓形環(huán)與沿徑向分布的加強筋構(gòu)成，最外圈的圓環(huán)上沿周向設(shè)置有8組凸臺，并鉆有螺紋孔用于固定成形平臺，中間圓環(huán)高度方向上設(shè)有夾緊裝置，通過螺釘與漲環(huán)相互配合實現(xiàn)氧加強框的夾緊。

所述步驟(2)中，在氧加強框肋板上方沿水平方向?qū)ρ跫訌娍蛉S模型進(jìn)行分段，I段模型為從氧加強框底部至肋板上部壁厚過渡區(qū)域，II段模型為從氧加強框肋板上部壁厚過渡區(qū)域至頂部端面。

所述步驟(2)中，對I段模型內(nèi)外弧面沿圓徑向放置1.5mm～2mm的余量，在I段模型外弧面上的支耳及肋板位置添加與沉積方向呈68°的斜面實體支撐，對II段模型內(nèi)外弧面沿圓徑向放置0.2mm～0.5mm的余量。