[发明专利]钛合金薄型多面体舵骨架及其加工方法

说明书

本发明公开了钛合金薄型多面体舵骨架及其加工方法，本发明公开的钛合金薄型多面体舵骨架剖面为直角梯形，包括前缘斜面和斜型面，所述前缘斜面和斜型面分别包括关于直角梯形对称的两个斜面；所述斜型面的剖面为与舵骨架共直角腰的直角梯形，斜型面的上底小于舵骨架的上底；斜型面上开有若干减轻窗口，使零件整体形成骨架框架结构。

技术领域

本发明涉及空间飞行器舵骨架结构，特别涉及钛合金薄型多面体舵骨架及其加工方法。

背景技术

为了适应现代航天型号产品轻质、高强的要求，若干新型号中采用了舵骨架焊接蒙皮的设计，以骨架蒙皮舵面保持飞行姿态和控制方向。舵骨架是其中的重要零件，零件材料为Ti6Al4V，是α+β钛合金的典型代表。该材料是在钛中加入以α相稳定元素Al，O，N，C为主的元素，同时又加入以β相稳定元素Mo，V，Cr，Fe，Si为主的元素所形成的合金，具有较好的综合力学性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形能力，切削加工温度高、刀具磨损剧烈、效率不佳。

舵骨架零件为薄板框架结构，外形轮廓尺寸约为400*65mm，最薄处厚度2mm，整体面型为角度斜面，型面上分布多个大小不一的减轻口框，材料整体去除量达70％以上，为典型弱刚性薄壁件，加工易变形。尤其是零件材料为钛合金，在切削时温度高，易产生热变形，从而加剧零件变形，影响产品表面质量及尺寸精度。舵骨架底部分布两组高精度深孔，长径比分别达19和31，内孔表面粗糙度要求1.6μm，孔径尺寸精度要求达到IT8级，两孔相对于面型中心平面对称度不大于0.05mm。此外两组深长孔被面型上的口框和缺口分割成3段，若采用断续切削，刀具尖端易发生偏移，孔径及形位精度难以保证。舵骨架零件无论是在产品质量保证还是加工效率上都无法满足科研生产任务需求。因此，在控制零件加工变形和保证加工质量的前提下，实现钛合金骨架薄型多面体零件高效率、稳定加工的制造方法是一项核心关键技术。

发明内容

本发明解决的问题是现有钛合金骨架薄型多面体零件加工效率低、稳定性差；为解决所述问题，本发明提供钛合金薄型多面体舵骨架及其加工方法。

本发明提供的钛合金薄型多面体舵骨架的剖面为直角梯形，包括前缘斜面和斜型面，所述前缘斜面和斜型面分别包括关于直角梯形对称的两个斜面；所述斜型面的剖面为与舵骨架共直角腰的直角梯形，斜型面的上底小于舵骨架的上底。

进一步，所述斜型面下底上开有一个底部缺口；斜型面两个斜面上各开有凹型面，所述凹型面里开有减轻窗口。

进一步，所述减轻窗口的数量为9，底部缺口两侧各有一个减轻窗口。

进一步，所述舵骨架底部包括斜角，底部斜角与斜型面直线边由圆角连接。

进一步，所述斜型面的底面为长方形，所述前缘斜面的底面为三角形。

进一步，所述舵骨架底部最厚处为18mm，斜型面顶部最薄处为5mm，前缘斜面最薄处厚2mm。

本发明还提供所述的钛合金薄型多面体舵骨架的加工方法，包括：对钛合金毛坯进行粗加工，形成雏形；割除八个减轻窗口，底部缺口靠近直角边一侧的减轻窗口不切割；精加工，割除底部缺口靠近直角边一侧的减轻窗口。

进一步，形成雏形包括：

步骤1，将矩形钛合金毛坯板数控粗铣出轮廓外形，并预留出装夹工艺块，轮廓外形单边留有2mm精加工余量；

步骤2、数控精铣外形轮廓中的底面及底部中间工艺块两侧面；

步骤3、后表面粗糙度1.6μm，底面平面度0.05mm，作为后续加工定位基准；

步骤4，将零件平放装夹在工作台面上，数控粗铣厚度方向两侧前缘斜面，单边留有1mm精加工余量；

步骤5，数控粗加工底部斜角，单边留有1mm加工余量。