[发明专利]一种运载火箭燃料贮箱整体成型箱底加工方法

说明书

本发明提供了一种运载火箭燃料贮箱整体成型箱底加工方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1、内型面车削：在立式数控车床上使用车刀对整体箱底毛坯按照理论内型面方程车削内型面；步骤2、外型面镜像铣削：在五轴镜像铣削机床上使用铣刀按照设计要求加工外型面；步骤3、轮廓与通孔激光切割：在五轴激光切割机床上按照设计要求切割外形轮廓及通孔，最终得到整体箱底零件。本发明的运载火箭燃料贮箱整体成型箱底加工方法通过使用车削、铣削与激光切割的复合加工方法对运载火箭燃料贮箱整体成型箱底进行加工，解决了箱底零件加工难题，保证整体箱底壁厚均匀、表面质量好，提高了整体箱底的性能和可靠性，进而可提高运载火箭的承载能力和可靠性。

技术领域

本发明涉及数控加工领域，具体地，涉及运载火箭燃料贮箱整体成型箱底加工方法。

背景技术

箱底是运载火箭燃料贮箱的重要构成零件，是典型的薄壁、大尺寸、复杂曲面零件。箱底的设计型面为椭圆第一象限曲线绕短轴的回转面，为实现燃料的传输，一般设计有数个通孔后续与其他零件进行焊接，同时在局部加厚壁厚用作焊接影响区，因此箱底一般在外形面上具有通孔和加厚区等特征，结构较为复杂。由于其结构复杂同时对其质量要求高，使其成为运载火箭结构件中最难加工的产品之一。

运载火箭燃料贮箱箱底的传统制造工艺采用“成型+化铣+拼焊”的方式，首先拉伸成型出瓜瓣的形状，然后通过化铣将拉伸成形后的瓜瓣减薄，并切除和修正瓜瓣边缘，最后通过焊接将瓜瓣拼接为圆环件。上述工艺方法存在化学腐蚀铣精度低、污染高、缺陷多、焊缝质量不可控、工序长、可靠性低等问题，限制了箱底的性能和可靠性，进而直接影响了运载火箭的承载能力和可靠性。

基于传统化学铣削+拼焊的方式越来越无法满足日益增长的运载火箭制造能力提升和可靠性要求，箱底整体成型技术已开始进行应用，大型曲面薄壁件旋压和冲液拉伸等技术已能制造出整体成型毛坯零件，但是在箱底表面特征精加工中遇到了极大的挑战。采用立车车削无法自由加工加厚区特征且难以应对薄壁加工时的变形、颤振等问题进而无法保证产品壁厚及表面质量；采用传统模具吸附加工存在椭球面变形后应力大，模具难贴附等问题，难以保证零件壁厚。在此情形下，采用内部支撑加外部铣削的加工方式，辅以切削过程中实时测厚的镜像铣削技术是解决整体箱底加工难题的解决方案。但由于镜像铣削方法仅适用于加工箱底外型面，不适用于内型面、法兰开口、外形轮廓等特征加工，因此，亟需一种整体可靠的加工工艺方法，实现运载火箭燃料贮箱整体成型箱底的高效高质量加工。

发明内容

为了解决现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种运载火箭燃料贮箱整体成型箱底加工方法，包括下述步骤：

步骤1、内型面车削：在立式数控车床上使用车刀对整体箱底毛坯按照理论内型面方程车削内型面；

步骤2、外型面镜像铣削：在五轴镜像铣削机床上使用铣刀按照设计要求加工外型面；

步骤3、轮廓与通孔激光切割：在五轴激光切割机床上按照设计要求切割外形轮廓及通孔，最终得到整体箱底零件。

优选的，所述整体箱底毛坯为采用冲液拉深或旋压的成型方法加工的整体箱底，要求毛坯余量能包络最终零件。

优选地，在步骤1中，使用立式数控车床及车刀对内型面进行车削时，车削轨迹为理论内型面的椭球方程，车削范围为零件理论尺寸基础上向顶部和口部两个方向各延伸50毫米。

优选的，在步骤1中，立式数控车床车削完成后的整体箱底零件，最薄位置处壁厚不低于理论壁厚，车削表面粗糙度优于Ra1.6。

优选的，在步骤2中，在箱底内型面加工完成后，使用镜像铣削设备和立铣刀，按零件图纸要求对外型面进行铣削，加工出加厚区与减薄区特征，铣削范围为零件理论尺寸基础上向顶部和口部两个方向各延伸15毫米。

优选的，在步骤2中，整体箱底的所述加厚区与所述减薄区之间按照3～5毫米过渡圆角进行加工。