大型弧面薄板精确成型工艺

航天制造技术 2004年2月第1期 3 制造技术研究 大型弧面薄板精确成型工艺 山西长治清华机械厂 王 威 摘要 对于厚度为 2mm的 1Cr18Ni9Ti大型弧面不锈钢板材，通过采取预留其支撑件（半 圆框）的机加收缩量、钢板整体压形、改变焊接 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 、调整装配方法等工艺技术和措施，控制 其精确成型并得到了良好的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面质量，从而满足了图样精度要求。 关键词 薄板 成型工艺 变形 误差 1 引言 由于不锈钢薄板耐腐蚀性强、综合性能好且 外形美观有装饰性，因而在航空、航天领域被广 泛做为各种车辆及设备的蒙皮使用。然而，它同 时存在着焊接后变形大、成弧（通过使板材变形 而使其成为圆弧形）后易反弹的缺陷，因而控制 其精确成型较困难，在大型弧面上控制其精确成 型就更加困难。我们通过采取工艺技术和措施， 在大量试验验证的基础上，试制成功了某产品的 大型弧面蒙皮精确成型工艺，保证了产品质量。 2 产品简介 2.1 产品结构 图1 蒙皮零件图 某产品骨架上的蒙皮为热轧奥氏体型不锈 钢薄板，材质为 1Cr18Ni9Ti－GB/T4237-1992， 板厚 2mm－GB709-1988，硬度≤HB187，蒙皮横 截面展开长尺寸为 3560mm，纵向宽度尺寸为 1150mm～1700mm。其结构尺寸详见图 1。 蒙皮位于半圆框和桁条之上，半圆框与桁条 用紧固件固定，蒙皮与桁条用焊接方法固定。蒙 皮在骨架上共铺设长度 20000mm。桁条在被铺设 上蒙皮之前，其形成的内圆半径为R1102 0.1 5.0 + + mm， 铺上蒙皮且其焊接成型后，蒙皮内圆半径为 R1100 0.1 5.0 + + mm。蒙皮在骨架上装配后的情况见图 2及图 3。 AB B A 1 2 图2 蒙皮铺设示意图 收稿日期：2003-09-04 2004年2月第1期 航天制造技术 4 1-前骨架 2-后骨架 R 1 1 0 2 + 1 . 0 + 0 . 5 20° R1 24 0 0 +0 .5 R1 38 0 65 °35 ° 10° 75 °85 ° 2.5112×5（100） 24 A-A（旋转） R11 00+1. 0 +0. 5 5 4 3 R1 24 0 0 +0 .5 R1 38 0 R 1 1 0 2 + 1 . 0 + 0 . 5 85 °20 ° 65 °45 ° 61×5（100）2.5 12 B-B（旋转） R11 00+1 .0 +0. 5 4 35 图3 蒙皮装配结构图 3-半圆框 4-桁条 5-蒙皮 2.2 问题概述 蒙皮成型后出现的问题见表 1。 表1 蒙皮出现问题表 序号 问题 1 内圆 R1100 0.1 5.0 + + mm顶部半径减小 2 内圆 R1100 0.1 5.0 + + mm表面存在 局部焊接变形（3～4mm） 3 表面粗糙且有压痕、划伤 4 焊缝及焊点处有击穿现象 5 一次交验合格率 35％ 3 超差原因分析及改进措施 为了搞清楚蒙皮成型超差的原因，我们进行 了以下分析。 3.1 材料性能分析 蒙皮材料为 1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板。其化学 成分及机械性能详见表 2及表 3。 表2 化学成分表 C≤ Si≤ Mn≤ P≤ S≤ Ni Cr Ti 0.12 1.00 2.00 0.035 0.030 8.00～11.00 17.00～19.00 0.50～0.80 表3 机械性能表 热处理 硬度 力学性能 固溶处理或淬火 /℃ HBS≤ HRB/HRC≤ HV≤ σs/N?mm-2 σb/N?mm-2 δ/％≥ 920～1150，快冷 187 90 200 205 520 40 由以上数据及相关手册可知：1Cr18Ni9Ti 是含钛的 18-8 型奥氏体不锈钢。由于含钛，使 碳化物稳定，防止它们从固溶体中沿晶界析出， 而使钢具有抗晶间腐蚀能力和较高的耐腐蚀 性；塑性高，冲击韧性好，没有缺口效应；淬 火不能强化，但淬火状态下有高的塑性，可进 行拉伸及其它类型冷冲压，经冷压加工后， 可使抗拉强度提高，并改善其弹性；焊接性能 良好，用各种焊接方法均易焊接。 因此，蒙皮材料具有较好的塑性、韧性和 焊接性能。 3.2 工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 分析 蒙皮成型的工艺流程见图 4。 航天制造技术 2004年2月第1期 5 机加半圆框 蒙皮下料 机加桁条 半 圆 框 与 桁 条 装 配 蒙 皮 成 弧 蒙 皮 与 桁 条 点 焊 蒙 皮 焊 接 成 型 蒙 皮 校 形 图4 工艺流程图 工艺流程为先装好蒙皮的安装骨架，之后 再装配蒙皮并使其成型，符合蒙皮的形状及材 料特点，工艺安排基本合理。 3.3 工艺环节分析及改进 在工艺流程正确的前提下，通过对工艺环 节及以往装配操作的复查，并经过大量试验和 计算，表明半圆框机加、蒙皮成弧、焊接方法、 装配方法等几个环节是造成蒙皮成型超差的主 要因素。为此，我们对各环节采取了相应的改 进措施并确定了实施方法。 3.3.1 半圆框机加方法的确定 半圆框是蒙皮装配、焊接并最终成型的基 准。其内圆半径尺寸为 R1240 5.00 + mm，若正好 加工到此尺寸，则半圆框加工成形后，会因机 加应力释放，半圆处出现收口现象，致使内圆 口部尺寸减小。因半圆框为半圆开口结构，结 构不封闭，即使在机加后经过较长时间的自然 时效处理，应力也很难完全释放，且这样做很 费时间，难以保证进度要求，十分不经济。为 此，决定对半圆框采取小进给量、多次切削的 加工方法，以最大限度地减小加工应力；同时 将内圆半径尺寸从 R1240 5.00 + mm 加工为 R1240 0.3 5.2 + + mm，以预留变形余量；在半圆框装 配时，采用调整垫进行调整以保证桁条内圆半 径尺寸 R1102 5.00 + mm。这样处理后，因半圆框 收 口 而 使 成 型 后 的 蒙 皮 内 圆 口 部 尺 寸 R1100 0.1 5.0 + + mm 减小的现象得到了消除，保证了 蒙皮装配基准尺寸的准确。 3.3.2 蒙皮成弧方法的确定 蒙皮成弧是蒙皮成型的基础，所以这一环 节较其它环节更为重要。以前均采用卷板机卷 制蒙皮成弧。由于蒙皮具有一定的韧性及弹性， 将其卷制到尺寸 R1100 0.1 5.0 + + mm后从卷板机上取 下，蒙皮又会出现反弹，使已有的尺寸和精度 遭到破坏，所以很难控制其精确成弧。如果为 了达到尺寸及精度要求对蒙皮多次卷制，其表 面就会出现凹坑、压痕等缺陷，使得表面质量 变差。所以，这种通常的用卷板机卷制蒙皮成 弧的方法不可行。为此，我们制定了以下几种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 并进了试验。 方案一 清理干净卷板机轧辊上的异物， 并进行适量打磨，使其表面光滑，以防止压伤 蒙皮表面，然后直接卷制蒙皮成弧。这样卷制 后，蒙皮虽然可以达到尺寸 R1100 0.1 5.0 + + mm的要 求，但因轧辊卷制的力量很大，且其表面不可 能绝对光滑，因此蒙皮表面难免会有被轧辊压 出的凹坑、压痕等缺陷。因此不可采用。 方案二 用两块表面光滑的δ5mm钢板夹 住蒙皮在卷板机上卷弧。这样卷制后，由于轧 辊卷制的力量很大，钢板的表面也不可能绝对 光滑，因此蒙皮表面仍有凹坑、压痕等缺陷。 因此不可采用。 方案三 用两块表面光滑的δ5mm钢板垫 胶皮垫夹住蒙皮在卷板机上卷弧。这样卷制时， δ5mm 钢板的摩擦力不足以带动胶皮垫和蒙 皮，胶皮垫及蒙皮均被挤出了卷板机，使得蒙 皮无法成弧。因此不可采用。 方案四 利用专用压形工装“半圆配重” 将蒙皮直接在骨架上压制成弧。半圆配重材料 为 HT200－GB9439－88，重 2900kg，共 2 块， 其结构详见图 5。 图5 半圆配重结构示意图 因 半 圆 配 重 外 圆 半 径 尺 寸 为 R1100 0 5.0- mm ， 桁 条 内 圆 半 径 尺 寸 为 R1102 0.1 5.0 + + mm，均为精确尺寸，所以蒙皮在其 2004年2月第1期 航天制造技术 6 间被压制成弧后，不但内圆半径尺寸可达到 R1100 0.1 5.0 + + mm 的要求，而且外圆也可与桁条实 现完全贴合，从而保证了外圆半径尺寸 R1102 0.1 5.0 + + mm，这样就可实现蒙皮精确成弧， 并为其精确成型打下良好的基础。此外，由于 蒙皮压制成弧时没有卷制成弧时的巨大摩擦及 压力，因此就避免了表面被压伤、划伤，可以 得到平整光滑的表面质量。所以，方案四为最 佳方案。 我们按照方案四的方法在产品上进行了实 施，蒙皮成弧得到了满意的加工结果。表 4 为 在骨架上沿纵向取数个横截面，每个横截面按 照图 6的测点位置测量所得的检测数据。 28° 84° 56° 84 °5 6° 28° R11 00+1. 0 +0. 51 2 3 4 5 6 7 图6 测点图 表4 成弧蒙皮内圆半径尺寸(R1100 0.1 5.0 + + mm)测量数据 测点 断面 1 2 3 4 5 6 7 前骨架 1 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 2 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1101 1101 1100.5 3 1100.5 1101 1101 1100.5 1101 1100.8 1100.5 4 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1101 1101 1100.5 5 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1101 1101 1100.5 6 1100.5 1101 1101 1100.5 1101 1101 1100.5 7 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 8 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 9 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 10 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 11 1100.5 1101 1101 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 后骨架 1 1100.5 1100.6 1100.6 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 2 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 3 1100.5 1101 1101 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 4 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1100.5 1100.5 1100.5 5 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 1100.8 1100.8 1100.5 3.3.3 焊接方法的确定 蒙皮焊接是其成型的关键工步。蒙皮的焊 缝有两种，即蒙皮间的拼接环焊缝，蒙皮与桁 条间的连接角焊缝。原来的工艺规程规定焊接 时采用手工电弧焊，焊条 A107、直径φ2mm。 蒙皮焊接后产生的波浪变形很大，高低点之间 相差 3～5mm，且有击穿现象。经分析认为， 手工电弧焊虽然很适合于空间位置焊 接，容易获得高质量的焊缝，然而焊接变形大， 容易击穿蒙皮，不适合进行薄板焊接。经过对 适合于薄板焊接的方法多次比较、验证，决定 选用 CO2气体保护焊，焊丝 H0Cr18Ni9Ti、直 径φ0.8mm。使用这样的方法焊接后，蒙皮的 波浪变形小，高低点之间相差 1～2mm，焊缝 质量高，蒙皮被击穿现象也得到了消除，所以 用 CO2气体保护焊进行蒙皮成型焊接最优。 航天制造技术 2004年2月第1期 7 3.3.4 装配方法的确定 蒙皮的装配方法对蒙皮的最终成型有重 要的影响。以前的蒙皮装配方法为：将成弧后 的蒙皮点焊在骨架桁条上，固定好其形状后进 行焊接。但是焊后难免有焊接变形，即使经过 校形，也不能完全消除。因此，必须进一步采 取减小焊接变形的措施。再者，前骨架两侧 45°位置附近无桁条，后骨架两侧 45°位置 处也只各有 1 根桁条，使得这两处位置对蒙皮 的固定点相对变少，在蒙皮焊接成型时由于受 焊接收缩的影响，造成了图 6 中 2、3、5、6 号测点处蒙皮被拉直，蒙皮成型后内圆尺寸局 部减小。由于产品有减重等要求，因而不能再 增加桁条。所以，这两处的蒙皮应留取适当的 焊接预收缩量以防止蒙皮被拉直。 在反复优化装配方法及试验后，得出了以 下措施： a. 在蒙皮压制成弧时，半圆配重下左右 45°处各垫 1 块 500mm×1000mm 的垫板，使 这两处范围内的蒙皮产生变形，以留取焊接预 收缩量，从而克服前骨架两侧 45°位置处少 两根桁条的不利因素影响，保证蒙皮焊接后的 成型质量。 b. 蒙皮在骨架上成弧后不撤去半圆配 重，直接将蒙皮与桁条点焊固定，然后进行焊 接成型。因一直有半圆配重压着蒙皮，所以蒙 皮不但成弧质量好，而且焊接变形很小，成型 质量也很高。焊后只需要进行局部校形，甚至 不需要校形。 这样实施后，蒙皮的尺寸精度达到了要 求，没有反弹现象发生，表面光整，没有机械 及焊接缺陷，满足了设计要求。 4 加工结果 通过采取上述工艺技术及措施后，成型蒙 皮完全达到了图纸要求。按图 6 中的测点位置 对成型蒙皮内圆半径尺寸进行测量，得出的数 据详见表 5。 表5 成型蒙皮内圆半径尺寸(R1100 0.1 5.0 + + mm)测量数据 测点 断面 1 2 3 4 5 6 7 前骨架 1 1101 1101 1101 1101 1101 1101 1101 2 1101 1100.8 1100.8 1101 1100.5 1100.5 1101 3 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.5 1100.5 1101 4 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.5 1100.5 1101 5 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.75 1100.75 1101 6 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.5 1100.5 1101 7 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.5 1100.5 1101 8 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.5 1100.5 1101 后骨架 1 1101 1100.7 1100.7 1101 1100.5 1100.5 1101 2 1101 1100.75 1100.75 1101 1100.5 1100.5 1101 3 1101 1100.75 1100.75 1101 1100.5 1100.5 1101 4 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.8 1100.8 1101 5 1101 1100.5 1100.5 1101 1100.75 1100.75 1101 (下转第 12页) 2004年2月第1期 航天制造技术 12 解而失效。 5 结论 a. K-49 化学镀铜的工艺参数为 CuSO49～ 11g/L， HCHO11～15ml/L，TART·K·Na14～ 16g/L，添加剂适量，温度 36～40℃，时间 10～ 15min，pH值 11.5～13。 b . K-4 9 金属化后电阻值为 0 . 5～0 . 9 Ω·cm，强度检测值为 10～12N/cm，镀层厚 度为 2～5μm，镀层均匀，无脱落现象，而且 表面镀层的连续率大于 98％，达到设计要求。 c. 化学粗化采用新工艺 KMnO4、 H2SO4 和 OP 的混合液代替塑料用的铬酸酐和硫酸的 混合液。清洗方便，大大减少污染，能在 K-49 表面达到均匀粗化的理想效果。 d. 采用胶体钯活化法代替将敏化与活化 一次完成，成功地运用于 K-49 的金属化处理。 其活性好、溶液稳定、处理时间短、使用寿命 长，从而提高镀层质量，减少金属化成本。 e. 硫酸铜和甲醛含量的增加会提高 化学镀铜的镀速，降低镀液的稳定性；pH 值 和温度的升高会提高镀速，降低镀液的稳定 性；搅拌有利于镀速和镀液的稳定性。 参考文献 1 于翘等.材料工艺(下). 宇航出版社, 1991 2 周祖福. 复合材料学.武汉工业大学出版社, 1995 3 胡传祈等. 表面处理技术手册.北京工业大学出版社，1997 4 王鸿建等. 电镀工艺学.哈尔宾工业大学出版社，1995 5 邵性波译. 实用电镀技术. 国防工业出版社，1985 6 肖志红等.导电纤维试制工作小结.中国三江航天集团高性能 复合材料研究所，2003 作者简介 肖志红(1976-)，男（汉族），湖北 仙桃市人，助理工程师，电化学专 业；研究方向：电镀、化学镀、涂 料以及高性能复合材料的研究和 开发。 倪必红（1960.10-），男（汉族），总工程师，焊接专 业；研究方向：金属材料的热加工工艺和复合材料的 应用。 \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ (上接第 7页) 5 结论 通过对蒙皮成型工艺的分析及改进，解决 并提高了蒙皮成型质量，使其合格率达到了 100％。经过对蒙皮成型中半圆框机加、蒙皮 成弧、焊接方法、装配方法等工艺环节的探索 和总结，取得了大型弧面不锈钢蒙皮精确成型 工艺技术方面的宝贵经验。 参考文献 1 邓召义，姚振甫. 中外对照·新旧对照 新编世界钢铁牌号 手册. 机械工业出版社，1995 2 张修智，殷树言，赵崇仪.气体保护焊.电力工业出版社，1982 3 成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社，2002 4 徐灏主编.机械设计手册.机械工业出版社，1991 5 李义军、马琳等编制.金属材料手册.中国运载火箭技术研究 院，2000 作者简介 王威（1975.3-），男（汉族），山 西长治长子县人，工程师，机械制 造工艺与设备专业；研究方向：机 械制造工艺。