一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，包括：基于石墨型澆鑄成型雙錐菱形艙段鑄件并檢測；對雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過加工測量基準(zhǔn)等以形成菱形殼體毛坯，進(jìn)行坐標(biāo)系偏置后根據(jù)粗加工基準(zhǔn)粗加工殼體外形以形成粗加工后菱形殼體；檢測粗加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第一形位3D掃描檢測粗加工后菱形殼體的形位公差；基于精加工基準(zhǔn)對粗加工后菱形殼體進(jìn)行精加工殼體外形；檢測精加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第二形位3D掃描檢測精加工后菱形殼體的形位公差；再對精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理。有效解決了現(xiàn)有雙錐菱形鈦合金整體艙段的產(chǎn)品機(jī)械加工難以控制的技術(shù)問題，保證了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
【專利說明】
一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及大型機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其涉及一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國航天產(chǎn)品的更新?lián)Q代，武器型號突防能力、精確打擊能力、毀傷能力、射程能力、機(jī)動能力等性能的提升，對結(jié)構(gòu)件整體性、壁厚、尺寸精度、材料性能等要求的不斷提高，大型雙錐菱形整體鈦合金構(gòu)件的需求越來越大。大型雙錐菱形整體鈦合金構(gòu)件具有以下特點:(I)殼體外形尺寸大、壁薄、剛性弱；(2)殼體鑄造存在變形和收縮，鑄造后輪廓度、壁厚均勻性、加工余量等與理論狀態(tài)有較大差異；(3)殼體骨架機(jī)械加工時協(xié)調(diào)關(guān)系多，基準(zhǔn)協(xié)調(diào)難度大，且存在加工變形；(4)殼體采用蒙皮、骨架焊接而成，焊縫長度長，焊接變形大；(5)產(chǎn)品存在鑄造應(yīng)力、焊接應(yīng)力、裝夾應(yīng)力和切削應(yīng)力，氣動外形難以控制。
[0003]為適應(yīng)產(chǎn)品研制的需要，大型雙錐菱形整體鈦合金構(gòu)件主要采用鈦合金鑄造+機(jī)械加工+焊接等工序制造而成。
[0004]現(xiàn)有工藝方法無法全面檢測鑄件尺寸，因此鑄件質(zhì)量和鑄件余量不能有效評估；雙錐菱形鈦合金整體艙段的產(chǎn)品機(jī)械加工難以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例通過提供一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，解決了現(xiàn)有雙錐菱形鈦合金整體艙段的產(chǎn)品機(jī)械加工難以控制的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明實施例提供的一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，包括:基于石墨型澆鑄成型雙錐菱形艙段鑄件并檢測;對所述雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過加工測量基準(zhǔn)、找平殼體后端面、找正殼體后端框菱形外側(cè)和粗加工鑄件菱形四邊以形成菱形殼體毛坯;根據(jù)找平后殼體后端面所確定的檢測坐標(biāo)系對所述菱形殼體毛坯進(jìn)行毛坯3D掃描檢測;基于所述檢測坐標(biāo)系找正后和基于所述毛坯3D掃描檢測確定的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行坐標(biāo)系偏置后加工出粗加工基準(zhǔn)，并根據(jù)所述粗加工基準(zhǔn)粗加工殼體外形以形成粗加工后菱形殼體;檢測所述粗加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第一形位3D掃描檢測所述粗加工后菱形殼體的形位公差;基于所述第一形位3D掃描檢測加工出精加工基準(zhǔn)并根據(jù)所述精加工基準(zhǔn)對所述粗加工后菱形殼體進(jìn)行精加工殼體外形，以形成精加工后菱形殼體;檢測所述精加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第二形位3D掃描檢測所述精加工后菱形殼體的形位公差;對所述精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成所述雙錐菱形鈦合金整體艙段。
[0007]優(yōu)選的，所述基于石墨型澆鑄成型雙錐菱形艙段鑄件并檢測，包括:基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出所述雙錐菱形艙段鑄件;對所述雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過第一鑄件3D掃描檢測、熱等靜壓處理、第二鑄件3D掃描檢測和真空退火后去除混合澆鑄系統(tǒng);對所述雙錐菱形艙段鑄件進(jìn)行第三鑄件3D掃描檢測及鑄件缺陷檢測。
[0008]優(yōu)選的，所述熱等靜壓處理具體為:帶著所述混合澆鑄系統(tǒng)在壓力lOOMpa，溫度多800°C的環(huán)境下進(jìn)行的熱等靜壓處理。
[0009]優(yōu)選的，在所述基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出所述雙錐菱形艙段鑄件之前，所述雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法還包括:基于預(yù)設(shè)幾何尺寸數(shù)控加工出內(nèi)型石墨模具塊、外型石墨模具塊;對所述內(nèi)型石墨模具塊和所述外型石墨模具塊均進(jìn)行模具3D掃描檢測;將所述內(nèi)型石墨模具塊與所述外型石墨模具塊通過過定位連接以軸向拼裝為整體石墨模具;整體精加工所述整體石墨模具，以形成所述雙錐菱形鑄造模具。
[0010]優(yōu)選的，所述基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出所述雙錐菱形艙段鑄件，包括:在澆鑄前控制所述鑄爐內(nèi)的真空度〈lOOOPa后，通過所述混合澆鑄系統(tǒng)以預(yù)設(shè)計鑄件圖進(jìn)行鈦合金真空澆鑄入所述雙錐菱形鑄造模具，其中，在進(jìn)行所述鈦合金真空澆鑄時控制所述鑄爐內(nèi)在恒溫180度的時長多4小時;澆鑄后控制所述鑄爐內(nèi)溫度冷卻至室溫后開爐。
[0011]優(yōu)選的，在澆鑄前控制所述鑄爐內(nèi)恒溫時間多6小時。
[0012]優(yōu)選的，澆鑄前鈦合金鑄鈦液的重量至少為所述雙錐菱形艙段鑄件與所述混合澆鑄系統(tǒng)的總重量的1.5倍。
[0013]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)計鑄件圖具體為:基于長的收縮率0.4%?0.6%、寬的收縮率
0.3 %?0.5%、高的收縮率0.6%?0.8%、外型面單邊5mm加工余量和軸向8mm加工余量設(shè)
i+o
[0014]優(yōu)選的，所述對所述精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成所述雙錐菱形鈦合金整體艙段包括:在所述艙段熱處理之前對所述精加工后菱形殼體依次進(jìn)行的如下蒙皮激光焊接步驟:步驟1:蒙皮修配至與所述精加工后菱形殼體之間的單邊對接焊縫間隙〈0.2mm后進(jìn)行點焊以及進(jìn)行第一焊接3D掃描檢測，其中，所述點焊的間距為所述蒙皮的長寬尺寸的5%-10%;步驟2:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行50%對稱定位焊之后進(jìn)行第二焊接3D掃描檢測;步驟3:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行100%對稱定位焊之后進(jìn)行第三焊接3D掃描檢測；步驟4:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行30%對稱連續(xù)焊之后進(jìn)行第四焊接3D掃描檢測；
[0015]步驟5:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行60%反對稱連續(xù)焊之后進(jìn)行第五焊接3D掃描檢測;步驟6:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行100%對稱連續(xù)焊以形成焊接后菱形艙段之后進(jìn)行第六焊接3D掃描檢測;步驟7:檢測所述焊接后菱形艙段的焊縫。
[0016]優(yōu)選的，所述對所述精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成所述雙錐菱形鈦合金整體艙段包括:在所述蒙皮激光焊接之后對所述精加工后菱形殼體依次進(jìn)行的如下艙段熱處理步驟:將所述焊接后菱形艙段與定位工裝裝配為封閉整體后進(jìn)行整體3D掃描檢測；對所述封閉整體進(jìn)行真空熱處理后進(jìn)行熱處理3D掃描檢測；將所述定位工裝拆除后得到熱處理后菱形艙段;對所述熱處理后菱形艙段進(jìn)行3D掃描檢測后為所述雙錐菱形鈦合金整體艙段。
[0017]本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明實施例中雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，一方面由于在粗加工前進(jìn)行毛坯3D掃描檢測、在粗加工后進(jìn)行第一形位3D掃描檢測以及在精加工后進(jìn)行第二形位3D掃描檢測，因此能及時在每個數(shù)控機(jī)械步驟檢測出機(jī)械加工變形，以準(zhǔn)確控制后續(xù)數(shù)控機(jī)械加工，因此有效避免了數(shù)控機(jī)械加工中的變形累積。另一方面先以粗加工基準(zhǔn)粗加工殼體外形后以精加工基準(zhǔn)精加工殼體外形，實現(xiàn)了數(shù)控機(jī)械加工中的基準(zhǔn)特征轉(zhuǎn)換，使每次機(jī)械加工的基準(zhǔn)更準(zhǔn)確，從而結(jié)合上述兩方面有效解決了現(xiàn)有雙錐菱形鈦合金整體艙段的產(chǎn)品機(jī)械加工難以控制的技術(shù)問題，進(jìn)而保證了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
[0019]進(jìn)一步的，在雙錐菱形艙段鑄件的澆鑄成型階段采用石墨型鑄造，能夠通過多個模具模塊拼裝出澆鑄雙錐菱形艙段鑄件的鑄造模具，從而有效規(guī)避了大型鈦合金鑄件融模鑄造的缺點，而通過熱等靜壓處理有效保證了鑄件內(nèi)部組織的致密性，進(jìn)而確保了產(chǎn)品的疲勞性能和可靠性一致。還在對雙錐菱形艙段鑄件進(jìn)行澆鑄成型階段進(jìn)行多次3D掃描檢測(第一、第二、第三3D掃描檢測)，因此能及時在每個鑄造步驟檢測外形輪廓度，有利于全面有效評估雙錐菱形艙段鑄件的尺寸、質(zhì)量和加工余量。結(jié)合這三點在澆鑄成型階段有效控制了變形和收縮，進(jìn)一步提高了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
[0020]進(jìn)一步，由于在蒙皮激光焊接階段依次在點焊、50%對稱定位焊、100%對稱定位焊、30%對稱連續(xù)焊、60%反對稱連續(xù)焊、100%對稱連續(xù)焊后均進(jìn)行焊接3D掃描檢測(即第一至第六焊接3D掃描檢測)，因此實現(xiàn)了在激光焊接過程動態(tài)監(jiān)測焊接外形輪廓度，有利于及時補(bǔ)救焊接變形，進(jìn)一步提高了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明實施例中雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法的流程圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例中精加工后菱形殼體的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為圖1中SlOl的細(xì)化流程圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例中雙錐菱形鈦合金整體艙段的結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]參考圖1，本發(fā)明實施例提供了一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，應(yīng)用于制造雙錐菱形鈦合金整體艙段，特別是大型雙錐菱形鈦合金整體艙段。該雙錐菱形鈦合金整體艙段的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法包括依次執(zhí)行的如下步驟SlOl?S108:
[0028]SlOl、基于石墨型澆鑄成型雙錐菱形艙段鑄件并檢測；
[0029]S102、對雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過加工測量基準(zhǔn)、找平殼體后端面、找正殼體后端框菱形外側(cè)和粗加工鑄件菱形四邊以形成菱形殼體毛坯。
[0030]S103、根據(jù)找平后的殼體后端面所確定的檢測坐標(biāo)系對菱形殼體毛坯進(jìn)行毛坯3D掃描檢測。
[0031]具體的，檢測坐標(biāo)系為根據(jù)找平后的殼體后端面確定。毛坯3D掃描檢測具體為:對S102所形成的菱形殼體毛坯的菱形殼體內(nèi)形、菱形殼體外形均進(jìn)行3D掃描得到殼體掃描模型后，再以菱形殼體內(nèi)形為基準(zhǔn)將該殼體掃描模型與殼體鑄件理論模型進(jìn)行最佳擬合。
[0032]S104、基于檢測坐標(biāo)系找正后和基于毛坯3D掃描檢測確定的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行坐標(biāo)系偏置后加工出粗加工基準(zhǔn)，并根據(jù)粗加工基準(zhǔn)粗加工殼體外形以形成粗加工后菱形殼體。
[0033]其中，加工出粗加工基準(zhǔn)具體為:找正檢測坐標(biāo)系，再以S102得到的最佳擬合以確定的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行檢測坐標(biāo)系偏置，再對菱形殼體毛坯的前后端面均進(jìn)行加工，以及對后端的菱形四邊進(jìn)行加工，從而加出工粗加工基準(zhǔn)。
[0034]S105、檢測粗加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第一形位3D掃描檢測粗加工后菱形殼體的形位公差。具體的，S105中采用現(xiàn)有尺寸檢測方法檢測粗加工后菱形殼體的殼體尺寸。
[0035]S106、基于第一形位3D掃描檢測加工出精加工基準(zhǔn)并根據(jù)精加工基準(zhǔn)對粗加工后菱形殼體進(jìn)行精加工殼體外形，以形成精加工后菱形殼體I。精加工后菱形殼體I的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0036]加工出精加工基準(zhǔn)之后且在進(jìn)行精加工殼體外形之前還需要根據(jù)菱形殼體毛坯的菱形殼體內(nèi)形的余量的均勻性協(xié)調(diào)精加工基準(zhǔn)。
[0037]S107、檢測精加工后菱形殼體I的殼體尺寸以及經(jīng)第二形位3D掃描檢測精加工后菱形殼體I的形位公差。具體的，S107中采用現(xiàn)有尺寸檢測方法檢測精加工后菱形殼體I的殼體尺寸。
[0038]S108、對精加工后菱形殼體I進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成雙錐菱形鈦合金整體艙段。
[0039]下面參考圖3所示，對SlOl的實施方式進(jìn)行具體描述，SlOl包括如下步驟SlOll?S1016:
[0040]S1011、基于預(yù)設(shè)幾何尺寸數(shù)控加工出內(nèi)型石墨模具塊和外型石墨模具塊，對加工出的內(nèi)型石墨模具塊和外型石墨模具塊均進(jìn)行模具3D掃描檢測。
[0041]通過對內(nèi)型石墨模具塊進(jìn)行3D掃描檢測以確保內(nèi)型石墨模具塊的外形輪廓度和尺寸精度，對內(nèi)型石墨模具塊的檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為雙錐菱形艙段鑄件的內(nèi)型面不再加工。對外型石墨模具塊進(jìn)行3D掃描檢測或其他常規(guī)尺寸檢測，檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為雙錐菱形艙段鑄件的外形加工余量在滿足外型石墨模具塊的外形輪廓度的前提下盡量小，減少了后續(xù)機(jī)械加工周期。
[0042]具體來講，對內(nèi)型石墨模具塊進(jìn)行3D掃描檢測的實施方式為:將對內(nèi)型石墨模具塊進(jìn)行3D掃描的點云與模具理論三維模型進(jìn)行擬合對比，以判斷內(nèi)型石墨模具塊與模具理論三維模型是否一致。在具體實施過程中，將內(nèi)型石墨模具塊擬合后的點云中紅色和黃色的高點區(qū)域切削除去，確保了內(nèi)型石墨模具塊與模具理論三維模型95%以上面積的區(qū)域一致。
[0043]S1012、將內(nèi)型石墨模具塊與外型石墨模具塊通過過定位連接以軸向拼裝為整體石墨模具。
[0044]具體的，過定位連接具體為采用I個主連接銷和多個輔助連接銷配合進(jìn)行定位連接，比如“I個主連接銷+4個輔助連接銷”，其中的主連接銷采用不銹鋼銷軸。進(jìn)一步的，還通過十字滑槽配合進(jìn)行內(nèi)型石墨模具塊與外型石墨模具塊之間的裝配，更穩(wěn)妥可靠。
[0045]各網(wǎng)格筋的鑲塊采用密度大于內(nèi)型石墨模具塊與外型石墨模具塊的石墨材料，鑲塊的高密度減少了凝固時的變形收縮，進(jìn)而保證了雙錐菱形艙段鑄件上各網(wǎng)格筋的寬度、高度、厚度以及保證各網(wǎng)格筋之間的位置度。
[0046]S1013、整體精加工整體石墨模具以形成雙錐菱形鑄造模具。從而通過精加工保證了大型的整體石墨模具的型面精度。
[0047]S1014、基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出雙錐菱形艙段鑄件。
[0048]具體的，S1014中真空澆鑄采用的澆鑄系統(tǒng)為“底注式+頂注式”的混合澆鑄系統(tǒng)，“底注式+頂注式”的混合澆鑄系統(tǒng)為采用了多種鑄造模擬軟件進(jìn)行模擬分析后擇優(yōu)確定的澆鑄系統(tǒng)，能規(guī)避鑄造時可能出現(xiàn)的裂紋、宿松、縮孔等鑄造缺陷，同時還規(guī)避了混合澆鑄系統(tǒng)凝固后剛性過強(qiáng)或者剛性過弱而導(dǎo)致后續(xù)鑄件熱等靜壓、真空退火、去除混合澆鑄系統(tǒng)等階段的大變形風(fēng)險。
[0049]具體的，S1014中真空澆鑄采用的澆鑄方式具體為重力澆鑄或離心澆鑄，澆鑄前鈦合金鑄鈦液的重量至少為雙錐菱形艙段鑄件與混合澆鑄系統(tǒng)的總重量的1.5倍。
[0050]具體的，S1014中真空澆鑄包括澆鑄前控制、澆鑄中控制和澆鑄后控制。
[0051 ]其中，澆鑄前控制具體為:在澆鑄前控制鑄爐內(nèi)的真空度〈100Pa，在澆鑄前控制鑄爐內(nèi)恒溫時間多6小時。通過澆鑄前鑄爐內(nèi)恒溫時間多6小時滿足了大型雙錐菱形鑄造模具所需大量熱量。鈦合金鑄鈦液的重量至少為雙錐菱形艙段鑄件與混合澆鑄系統(tǒng)的總重量的1.5倍。溶化鑄鈦液的坩禍容量多500公斤，以確保沖型的壓力和速度。
[0052]其中，澆鑄中控制具體為:在澆鑄前控制鑄爐內(nèi)的真空度〈lOOOPa后，通過混合澆鑄系統(tǒng)以預(yù)設(shè)計鑄件圖進(jìn)行鈦合金真空澆鑄入雙錐菱形鑄造模具。其中，在進(jìn)行鈦合金真空澆鑄時控制鑄爐內(nèi)在恒溫180度的時長多4小時。
[0053]其中，預(yù)設(shè)計鑄件圖具體為基于長的收縮率為0.4%?0.6%、寬的收縮率0.3%?
0.5%、高的收縮率0.6%?0.8%設(shè)計。比如，長寬高的收縮率分別為0.5%、0.4%、0.7%。預(yù)設(shè)計鑄件圖基于外型面單邊5mm加工余量和軸向8mm加工余量設(shè)計。軸向8mm余量一方面是由于雙錐菱形艙段鑄件的軸向尺寸較大，其次是后續(xù)對雙錐菱形艙段鑄件進(jìn)行機(jī)械加工過程中殼體前、后端面的平面度、平行度、同軸度和外形輪廓度。
[0054]澆鑄后控制具體為:澆鑄后控制鑄爐內(nèi)溫度冷卻至室溫后開爐。
[0055]S1015、對雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過第一鑄件3D掃描檢測、熱等靜壓處理、第二鑄件3D掃描檢測和真空退火后去除混合澆鑄系統(tǒng)。
[0056]第一鑄件3D掃描檢測具體為:清除石墨和雙錐菱形艙段鑄件的外型面上的澆鑄系統(tǒng)后，對雙錐菱形艙段鑄件的外型面進(jìn)行第一鑄件3D掃描，第一鑄件3D掃描的點云與鑄件三維理論外形進(jìn)行擬合對比，以分析出雙錐菱形艙段鑄件的外形輪廓度作為后續(xù)加工余量和收縮率優(yōu)化的依據(jù)。
[0057]熱等靜壓處理具體為:帶著混合澆鑄系統(tǒng)在壓力lOOMpa、溫度多800°C的環(huán)境下進(jìn)行熱等靜壓處理，從而保證了熱等靜壓前鑄件的剛性足夠。
[0058]第二鑄件3D掃描檢測，具體為:對雙錐菱形艙段鑄件再次進(jìn)行第二鑄件3D掃描，第二鑄件3D掃描的點云與殼體鑄件理論模型擬合對比，以分析出熱等靜壓處理后的雙錐菱形艙段鑄件的外形輪廓度，用以判斷出熱等靜壓處理后雙錐菱形艙段鑄件是否發(fā)生了熱壓變形，熱等靜壓處理的熱壓變形控制在外形輪廓度變形〈0.5mm。
[0059]去除混合澆鑄系統(tǒng)，具體為:火焰切割、機(jī)械切割、線切割中的一種，其中，火焰切割時多余的焊瘤通過打磨工序除去;采用機(jī)械切削或線切割時不需要后續(xù)打磨工序。
[0060]S1016、對雙錐菱形艙段鑄件進(jìn)行第三鑄件3D掃描檢測及鑄件缺陷檢測。
[0061]第三鑄件3D掃描檢測，具體為:清除雙錐菱形艙段鑄件的內(nèi)型面上的澆鑄系統(tǒng)后，第三鑄件3D掃描的點云與去除澆鑄系統(tǒng)前的理論模型之間以雙錐菱形艙段鑄件的內(nèi)型面為基準(zhǔn)擬合對比，以比較得出真空退火和去除混合澆鑄系統(tǒng)時因剛度衰減而導(dǎo)致的變形量，進(jìn)一步將第三鑄件3D掃描的點云與理論幾何尺寸目標(biāo)值進(jìn)行對比的對比結(jié)果作為最終鑄件變形量和幾何尺寸驗收的判據(jù)。
[0062]鑄件缺陷檢測具體為:通過X光和熒光檢查出疏松、縮孔、裂紋是否存在;在存在疏松、縮孔或裂紋時能依據(jù)鑄件缺陷決策進(jìn)行補(bǔ)焊等修補(bǔ)措施。
[0063]下面對S108的實施方式進(jìn)行具體描述，S108包括如下在艙段熱處理之前依次對精加工后菱形殼體I進(jìn)行的如下蒙皮激光焊接步驟I?步驟7:
[0064]步驟I:蒙皮2修配至與精加工后菱形殼體I之間的單邊對接焊縫間隙〈0.2mm后進(jìn)行點焊以及進(jìn)行第一焊接3D掃描檢測，其中，點焊的間距為蒙皮2的長寬尺寸的5%-10%。
[0065]具體的，蒙皮2通過激光切割或者線切割后與精加工后菱形殼體I進(jìn)行修配。由于線切割加工過程中放電腐蝕氧化鈦合金會形成一層藍(lán)色的氧化物對蒙皮激光焊接略有影響，在具體實施過程中優(yōu)先采用激光切割。通過點焊將蒙皮2與精加工后菱形殼體I之間進(jìn)行了定位同時保證了對接間隙和貼合間隙。點焊的焊縫為對接焊或T型穿透性，點焊的間距為蒙皮2的長寬尺寸的5%-10% ;點焊后進(jìn)行第一焊接3D掃描檢測，以探測點焊對精加工后菱形殼體I的變形是否有影響。
[0066]步驟2:對蒙皮2與精加工后菱形殼體I之間進(jìn)行50%對稱定位焊之后進(jìn)行第二焊接3D掃描檢測。
[0067]具體的，50%對稱定位焊的焊接面順序:精加工后菱形殼體I上第一面、與第一面對稱的第二面、精加工后菱形殼體I上第一側(cè)面、與第一側(cè)面對稱的第二側(cè)面。依次進(jìn)行步驟21?步驟23:步驟21、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I精加工后菱形殼體I上第一面之間的50%定位焊，焊接順序為:先中間后四周，先焊精加工后菱形殼體I上的縱向T型加強(qiáng)筋后焊精加工后菱形殼體I上的橫向矩形筋;步驟22、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二面之間的50%定位焊;步驟23、先進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I的第一側(cè)面之間的50%定位焊，再進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I的第二側(cè)面之間的50%定位焊。在步驟21?步驟23中每個面上50%定位焊的焊縫長度均為10-30mm，50%定位焊為定位焊焊縫長度的50%，經(jīng)過步驟21?步驟23后進(jìn)行第二焊接3D掃描檢測，以探測50%對稱定位焊對精加工后菱形殼體I的變形是否有影響。
[0068]步驟3:對蒙皮2與精加工后菱形殼體I之間進(jìn)行100%對稱定位焊之后進(jìn)行第三焊接3D掃描檢測。
[0069]具體的，100%對稱定位焊的焊接面順序仍然為:精加工后菱形殼體I上第一面、與第一面對稱的第二面、精加工后菱形殼體I上第一側(cè)面、與第一側(cè)面對稱的第二側(cè)面。依次進(jìn)行步驟31?步驟33:步驟31、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一面之間的100%定位焊，焊接順序為:先中間后四周，先焊精加工后菱形殼體I上的縱向T型加強(qiáng)筋后焊精加工后菱形殼體I上的橫向矩形筋；步驟32、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二面之間的100%定位焊;步驟33、先進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一側(cè)面之間的100%定位焊，再進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二側(cè)面之間的100%定位焊。步驟31?步驟33中每個面上100 %定位焊的焊縫長度均為10-30mm，100 %對稱定位焊為定位焊焊縫長度的100%。經(jīng)過步驟31?步驟33后再進(jìn)行第三焊接3D掃描檢測，以探測100%對稱定位焊對精加工后菱形殼體I的變形是否有影響。
[0070]步驟4:對蒙皮2與精加工后菱形殼體I之間進(jìn)行30%對稱連續(xù)焊之后進(jìn)行第四焊接3D掃描檢測。
[0071]具體的，30%對稱連續(xù)焊的焊接面順序仍然為:精加工后菱形殼體I上第一面、與第一面對稱的第二面、精加工后菱形殼體I上第一側(cè)面、與第一側(cè)面對稱的第二側(cè)面。具體進(jìn)行步驟41?步驟43:步驟41、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一面之間的30%連續(xù)焊后，步驟42、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二面之間的30%連續(xù)焊，步驟43、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I的第一、二側(cè)面之間的30%連續(xù)焊；步驟41?步驟43中每個面上的30%連續(xù)焊的順序均是:先中間后四周，先焊精加工后菱形殼體I上的縱向T型加強(qiáng)筋后進(jìn)行四周的對接焊。步驟41?步驟43后再進(jìn)行第四焊接3D掃描檢測。其中，30%連續(xù)焊為連續(xù)焊焊縫長度的30 %。
[0072]步驟5:對蒙皮2與精加工后菱形殼體I之間進(jìn)行60%反對稱連續(xù)焊之后進(jìn)行第五焊接3D掃描檢測。
[0073]具體的，步驟5相對于步驟4的焊接面的順序相反，依次為:與第一側(cè)面對稱的第二側(cè)面、第一側(cè)面、與第一面對稱的第二面、第一面。60%反對稱連續(xù)焊具體為進(jìn)行步驟51?步驟53:步驟51、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二側(cè)面之間的60%連續(xù)焊;步驟52、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一側(cè)面之間的60%連續(xù)焊;步驟53、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二面之間的60%連續(xù)焊，進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一面之間的60%連續(xù)焊;步驟51?步驟53中每個面上的60%連續(xù)焊的順序均是:先中間后四周，先焊精加工后菱形殼體I上的縱向T型加強(qiáng)筋后進(jìn)行四周的對接焊。步驟51?步驟53后再進(jìn)行第五焊接3D掃描檢測。其中，60 %連續(xù)焊為連續(xù)焊焊縫長度的60 %。
[0074]步驟6:對蒙皮2與精加工后菱形殼體I之間進(jìn)行100%對稱連續(xù)焊以形成焊接后菱形艙段之后進(jìn)行第六焊接3D掃描檢測。
[0075]具體的，步驟6相對于步驟5將焊接面相反，依次為:第一面、與第一面對稱的第二面、第一側(cè)面、與第一側(cè)面對稱的第二側(cè)面。具體為進(jìn)行步驟61?步驟63:步驟61、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一面之間的100%連續(xù)焊;步驟62、進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二面之間的100%連續(xù)焊，步驟63、先進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第一側(cè)面之間的100%連續(xù)焊，再進(jìn)行蒙皮2與精加工后菱形殼體I上第二側(cè)面之間的100%連續(xù)焊。步驟61?步驟63中每個面上的100%連續(xù)焊的順序均是:先中間后四周，先焊精加工后菱形殼體I上的縱向T型加強(qiáng)筋后進(jìn)行四周的對接焊。步驟61?步驟63后再進(jìn)行第六焊接3D掃描檢測。其中，100%連續(xù)焊為連續(xù)焊焊縫長度的100%。經(jīng)過試驗驗證，經(jīng)步驟6焊接后，變形量小于0.5mm。
[0076]在具體實施過程中，第一至第六焊接3D掃描檢測均為進(jìn)行相同或相似的3D掃描的點云與其對應(yīng)的理論模型進(jìn)行擬合對比。
[0077]步驟7:檢測焊接后菱形艙段的焊縫。
[0078]具體的，通過熒光和X光檢測焊接焊縫的裂紋;通過氣密配合肥皂水檢測氣孔。
[0079]在經(jīng)步驟I?步驟7的蒙皮激光焊接之后對焊接后菱形艙段依次進(jìn)行如下艙段熱處理步驟:
[0080]將焊接后菱形艙段與定位工裝裝配為封閉整體后進(jìn)行整體3D掃描檢測封閉整體；對封閉整體進(jìn)行真空熱處理后進(jìn)行熱處理3D掃描檢測;將定位工裝拆除后得到熱處理后菱形艙段;對熱處理后菱形艙段進(jìn)行3D掃描檢測，以形成如圖4所示的雙錐菱形鈦合金整體艙段，從而完成了雙錐菱形鈦合金整體艙段的制造。
[0081]具體的，定位工裝的剛度大于焊接后菱形艙段本體的剛度，通過封閉連接將定位工裝與焊接后菱形艙段裝配形成一個封閉整體，從而控制了熱處理變形。定位工裝與焊接后菱形艙段之間的連接所用連接銷均為鈦合金材料。
[0082]具體的，整體3D掃描檢測用于記錄焊接后菱形艙段的外形輪廓度，并作為后續(xù)檢測的基準(zhǔn)。熱處理3D掃描檢測的結(jié)果以整體3D掃描檢測為基準(zhǔn)進(jìn)行擬合對比，從而判斷焊接后菱形艙段與定位工裝裝配后是否發(fā)生變形。
[0083]對熱處理后菱形艙段進(jìn)行3D掃描檢測，并將掃描結(jié)果與焊接后菱形艙段進(jìn)爐前(即真空熱處理)的狀態(tài)進(jìn)行對比，從而檢測出了真空熱處理產(chǎn)生的變形量，進(jìn)而能實現(xiàn)有效進(jìn)行焊接后菱形艙段的應(yīng)力均勻化，同時避免了熱處理帶來的變形風(fēng)險。
[0084]通過上述本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點:
[0085]本發(fā)明實施例中雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，一方面由于在粗加工前進(jìn)行毛坯3D掃描檢測、在粗加工后進(jìn)行第一形位3D掃描檢測以及在精加工后進(jìn)行第二形位3D掃描檢測，因此能及時在每個數(shù)控機(jī)械步驟檢測出機(jī)械加工變形，以準(zhǔn)確控制后續(xù)數(shù)控機(jī)械加工，因此有效避免了數(shù)控機(jī)械加工中的變形累積。另一方面先以粗加工基準(zhǔn)粗加工殼體外形后以精加工基準(zhǔn)精加工殼體外形，實現(xiàn)了數(shù)控機(jī)械加工中的基準(zhǔn)特征轉(zhuǎn)換，使每次機(jī)械加工的基準(zhǔn)更準(zhǔn)確，從而結(jié)合上述兩方面有效解決了現(xiàn)有雙錐菱形鈦合金整體艙段的產(chǎn)品機(jī)械加工難以控制的技術(shù)問題，進(jìn)而保證了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
[0086]進(jìn)一步的，在雙錐菱形艙段鑄件的澆鑄成型階段采用石墨型鑄造，能夠通過多個模具模塊拼裝出澆鑄雙錐菱形艙段鑄件的鑄造模具，從而有效規(guī)避了大型鈦合金鑄件融模鑄造的缺點，而通過熱等靜壓處理有效保證鑄件內(nèi)部組織的致密性，進(jìn)而確保了產(chǎn)品的疲勞性能和可靠性一致，還在對雙錐菱形艙段鑄件進(jìn)行澆鑄成型階段進(jìn)行多次3D掃描檢測(第一、第二、第三3D掃描檢測)，因此能及時在每個鑄造步驟檢測外形輪廓度，有利于全面有效評估雙錐菱形艙段鑄件的尺寸、質(zhì)量、加工余量。結(jié)合這三點對澆鑄成型階段有效控制了變形和收縮，進(jìn)一步提高了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
[0087]進(jìn)一步，由于在蒙皮激光焊接階段依次在點焊、50%對稱定位焊、100%對稱定位焊、30 %對稱連續(xù)焊、60 %反對稱連續(xù)焊、100 %對稱連續(xù)焊后均進(jìn)行焊接3D掃描檢測(第一至第六焊接3D掃描檢測)，因此實現(xiàn)了在激光焊接過程動態(tài)監(jiān)測焊接外形輪廓度，有利于及時補(bǔ)救焊接變形，進(jìn)一步提高了雙錐菱形鈦合金整體艙段的總體質(zhì)量。
[0088]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0089]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，包括: 基于石墨型澆鑄成型雙錐菱形艙段鑄件并檢測； 對所述雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過加工測量基準(zhǔn)、找平殼體后端面、找正殼體后端框菱形外側(cè)和粗加工鑄件菱形四邊以形成菱形殼體毛坯； 根據(jù)找平后殼體后端面所確定的檢測坐標(biāo)系對所述菱形殼體毛坯進(jìn)行毛坯3D掃描檢測； 基于所述檢測坐標(biāo)系找正后和基于所述毛坯3D掃描檢測確定的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行坐標(biāo)系偏置后加工出粗加工基準(zhǔn)，并根據(jù)所述粗加工基準(zhǔn)粗加工殼體外形以形成粗加工后菱形殼體； 檢測所述粗加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第一形位3D掃描檢測所述粗加工后菱形殼體的形位公差； 基于所述第一形位3D掃描檢測加工出精加工基準(zhǔn)并根據(jù)所述精加工基準(zhǔn)對所述粗加工后菱形殼體進(jìn)行精加工殼體外形，以形成精加工后菱形殼體； 檢測所述精加工后菱形殼體的殼體尺寸以及經(jīng)第二形位3D掃描檢測所述精加工后菱形殼體的形位公差； 對所述精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成所述雙錐菱形鈦合金整體艙段。2.如權(quán)利要求1所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，所述基于石墨型澆鑄成型雙錐菱形艙段鑄件并檢測，包括: 基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出所述雙錐菱形艙段鑄件； 對所述雙錐菱形艙段鑄件依次經(jīng)過第一鑄件3D掃描檢測、熱等靜壓處理、第二鑄件3D掃描檢測和真空退火后去除混合澆鑄系統(tǒng)； 對所述雙錐菱形艙段鑄件進(jìn)行第三鑄件3D掃描檢測及鑄件缺陷檢測。3.如權(quán)利要求2所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，所述熱等靜壓處理具體為:帶著所述混合澆鑄系統(tǒng)在壓力lOOMpa，溫度多800°C的環(huán)境下進(jìn)行的熱等靜壓處理。4.如權(quán)利要求2所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，在所述基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出所述雙錐菱形艙段鑄件之前，所述雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法還包括: 基于預(yù)設(shè)幾何尺寸數(shù)控加工出內(nèi)型石墨模具塊、外型石墨模具塊； 對所述內(nèi)型石墨模具塊和所述外型石墨模具塊均進(jìn)行模具3D掃描檢測； 將所述內(nèi)型石墨模具塊與所述外型石墨模具塊通過過定位連接以軸向拼裝為整體石墨模具； 整體精加工所述整體石墨模具，以形成所述雙錐菱形鑄造模具。5.如權(quán)利要求2所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，所述基于雙錐菱形鑄造模具進(jìn)行鈦合金真空澆鑄出所述雙錐菱形艙段鑄件，包括: 在澆鑄前控制所述鑄爐內(nèi)的真空度〈lOOOPa后，通過所述混合澆鑄系統(tǒng)以預(yù)設(shè)計鑄件圖進(jìn)行鈦合金真空澆鑄入所述雙錐菱形鑄造模具，其中，在進(jìn)行所述鈦合金真空澆鑄時控制所述鑄爐內(nèi)在恒溫180度的時長多4小時； 澆鑄后控制所述鑄爐內(nèi)溫度冷卻至室溫后開爐。6.如權(quán)利要求5所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，在澆鑄前控制所述鑄爐內(nèi)恒溫時間多6小時。7.如權(quán)利要求5所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，澆鑄前鈦合金鑄鈦液的重量至少為所述雙錐菱形艙段鑄件與所述混合澆鑄系統(tǒng)的總重量的1.5倍。8.如權(quán)利要求5所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)計鑄件圖具體為:基于長的收縮率0.4%?0.6%、寬的收縮率0.3%?0.5%、高的收縮率0.6%?0.8 %、外型面單邊5mm加工余量和軸向8mm加工余量設(shè)計。9.如權(quán)利要求1所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，所述對所述精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成所述雙錐菱形鈦合金整體艙段包括:在所述艙段熱處理之前對所述精加工后菱形殼體依次進(jìn)行的如下蒙皮激光焊接步驟: 步驟1:蒙皮修配至與所述精加工后菱形殼體之間的單邊對接焊縫間隙〈0.2mm后進(jìn)行點焊以及進(jìn)行第一焊接3D掃描檢測，其中，所述點焊的間距為所述蒙皮的長寬尺寸的5%-10% ； 步驟2:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行50%對稱定位焊之后進(jìn)行第二焊接3D掃描檢測； 步驟3:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行100%對稱定位焊之后進(jìn)行第三焊接3D掃描檢測； 步驟4:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行30%對稱連續(xù)焊之后進(jìn)行第四焊接3D掃描檢測； 步驟5:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行60%反對稱連續(xù)焊之后進(jìn)行第五焊接3D掃描檢測； 步驟6:對所述蒙皮與所述精加工后菱形殼體之間進(jìn)行100%對稱連續(xù)焊以形成焊接后菱形艙段之后進(jìn)行第六焊接3D掃描檢測； 步驟7:檢測所述焊接后菱形艙段的焊縫。10.如權(quán)利要求1所述的雙錐菱形鈦合金整體艙段制造方法，其特征在于，所述對所述精加工后菱形殼體進(jìn)行蒙皮激光焊接與艙段熱處理，以形成所述雙錐菱形鈦合金整體艙段包括:在所述蒙皮激光焊接之后對所述精加工后菱形殼體依次進(jìn)行的如下艙段熱處理步驟: 將所述焊接后菱形艙段與定位工裝裝配為封閉整體后進(jìn)行整體3D掃描檢測； 對所述封閉整體進(jìn)行真空熱處理后進(jìn)行熱處理3D掃描檢測； 將所述定位工裝拆除后得到熱處理后菱形艙段； 對所述熱處理后菱形艙段進(jìn)行3D掃描檢測后為所述雙錐菱形鈦合金整體艙段。
【文檔編號】B23P15/00GK105904161SQ201610347838
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】王華僑
【申請人】湖北三江航天紅陽機(jī)電有限公司