某壳体零件热加工变形分析与校正

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1、制造技术研究航天制造技术某壳体零件热加工变形分析与校正张志正朱伟强郑淑丽杨立合（西安长峰机电研究所，西安710065）摘要：针对某金属壳体零件热加工变形问题，分析了影响变形的因素，确定了引起变形的主要原因，并设计生产了专用校形工装进行热校形工艺试验验证，解决了壳体零件生产中的瓶颈问题，保证了产品质量和生产进度。关键词：壳体零件；变形；校正AnalysisandCorrectionofThermalDeformationinAMetalShellPartZhangZhizhengZhuWeiqiangZhengShuliYangLihe(Xi’anChangfengResearchIns

2、tituteofMechanismandElectricity,Xi’an710065)Abstract：Thispapermainlystudiesthethermaldeformationofametalshellpart.Theinfluencingfactorsofdeformationareanalyzed,andthemaincausesarealsoidentified.Thebottleneckproblemoftheproductionoftheshellpartsissolvedbydesigningtechnologicalequipmentandtheresha

3、ped-experiment,whichensuresthequalityoftheproductandtheproductionschedule.Keywords：shellparts；deformation；correction1引言2壳体零件结构及变形情况某壳体零件由壳体本体和两个尺寸不同的焊接件2.1结构特点焊接而成。经焊接、热处理后变形严重，直接影响后壳体零件材料为合金结构钢30CrMnSiA，局部结续加工和最终与其它零部件的装配，甚至造成零件报构如图1所示。在壳体球型面上焊有焊接件1、焊接件废。分析壳体零件变形的原因，找到合理的校正方法，2，两焊接件平面夹角120°，分布在

4、同半侧球面上，整以确保生产过程中的外形尺寸和加工精度，为实际生个壳体零件呈不完全对称结构。壳体壁厚变化不均匀，产提供参考。球型面处最薄，厚3mm，属于薄壁件。这种不对称结构的薄壁零件是典型的热处理易变形零件。大端焊缝焊接件1焊接件2小端图1壳体零件结构示意图2.2加工工艺流程壳体零件主要加工流程为：壳体锻造→退火→粗作者简介：张志正（1986-），工程师，材料学专业；研究方向：超高强度钢热处理。收稿日期：2016-07-1217制造技术研究2016年8月第4期车→精车→焊接→热处理（消除焊接应力退火、淬火、壳体零件从大端到小端通过型面过渡，小端与球回火）→组合机加→壳体零件。型面呈近9

5、0°夹角过渡，此处是应力集中部位。焊接件2.3变形情况1、件2集中在壳体型面一侧，非对称分布且大小不一，按照加工工艺流程，件1、件2焊接完成，壳体零这种结构是典型的易变形结构。整个壳体零件壁厚分件经消除焊接应力退火、淬火、回火处理。热加工工布不均匀，加热、冷却时不同部位热胀冷缩程度也不序后发现，零件小端偏斜，偏向两个焊接件一侧，变均匀，容易引起局部内应力。这种结构特点，不可避形示意图见图2。沿小端端面圆周测量壳体零件高度，免地造成热加工时变形。发现焊接件一侧的高度偏低，相对的一侧偏高，高度3.1.2材料强度差达1mm左右，直接影响小端端面和内孔加工，小端材料强度越高，则承受应力的能力越

6、强，一般可[2]壁厚尺寸难以保证。通过提高材料的强度极限防止变形。但考虑生产成本、使用性能、总体设计等因素，壳体材料采用的合变形前金钢30CrMnSiA，和火箭发动机壳体常用的超高强度变形后钢相比，强度低，承受应力的能力有限，产生变形的主要变形区倾向性相对较大。[2]3.1.3焊接应力为避免发生以前批次生产时的焊缝质量问题，本批次焊接过程中，焊接点填充的金属增加，即焊缝高度增加。过量的焊接金属会增加收缩力，增加焊接变图2壳体零件变形示意图形。焊缝尺寸越大，则焊件受热面积越大，焊接应力越大，产生焊接变形也越大。用百分表测量了回火后的1#～10#壳体零件大端3.1.4热处理应力[3]外圆、

7、小端外圆、小端内孔和小端端面的跳动量，如由于壳体材料为合金结构钢，热处理产生的热应表1所示。可以看出，经过焊后热处理，壳体零件大、力和相变都是导致变形的原因。加热速度越快、工件小端都严重变形，大端变椭，小端偏斜。小端内孔平尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。热应力均径向跳动量达到0.55mm，其中变形严重的，径向跳取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，都是导致动量甚至达到0.70mm。热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的屈服点，则引起