[发明专利]一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺

权利要求书

1.一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、残余应力消除，残余应力消除包括焊接应力消除和加工应力消除，

其中，焊接应力消除，在扩散段(2)卷制完成后，进行锥筒(3)纵向焊缝焊接以及与其两端法兰(4)、加强筋(5)、加强环(6)组对焊接；为尽可能减少焊接应力，焊接坡口加工成U型坡口，焊接过程中采用小焊道多层叠加方式焊接，焊接完成后通过加热和保温措施对焊道进行保温，并配合应力锤锤击，消除喉道段(1)和扩散段(2)各个零部件焊接组对过程中产生的材料收缩、变形和残余应力；

加工应力消除，在粗加工后进行一次低温热处理，温度在200℃～400℃之间；半精加工后采用振动台或人工应力锤锤击的方式进行一次振动时效处理；

S2、喷管内型面(7)加工精度控制，通过控制毛坯制造、车床精度、刀具选择、切削量、切削速度、切削液选择、刀具磨损补偿、准确测量八个环节，使喷管内型面(7)的加工精度控制在±0.03mm偏差范围内；

其中，准确测量，在加工过程中预留工艺测量基准台，定制毛胚件时，在喷管每一段的入口和出口位置各增加一段长度10mm的直段台阶孔(8)，在半精加工阶段，首先将两端的直段台阶孔(8)加工成直孔，直孔的直径ФD与该段产品理论的喷管内型面(7)尺寸ФDL一致，尺寸精度偏差控制±0.03mm以内，直孔深度取10mm，深度偏差小于0.01mm；该直段台阶孔(8)作为后续工艺的测量基准，用来精确测量喷管各个部段进出口尖角处的尺寸精度；在产品精加工工序完成后，最终再将该直段台阶孔(8)切除；

S3、喷管内型面(7)加工粗糙度控制，通过提高机床的转速和控制切削量使精加工最后一道工序结束后，喷管内型面(7)的粗糙度小于1.6μm，在精加工后增加一道抛光工序，精加工最后一道工艺的喷管内型面(7)数据预留0.03～0.05mm的理论余量作为抛光余量(9)，通过数控抛光工艺使其粗糙度小于0.8μm；

S4、喷管同轴度控制，定义整套喷管的同轴度为Фd，喷管分段数量为n；通过前述工艺中的配合类型选用、控制喷管各部段对接处配合定位止口尺寸精度、控制配合端面的平面度措施，保证每段喷管部段的同轴度精度优于Фd/n；喷管装配时，每连接一段，采用激光跟踪仪进行同轴度结果检测，并不断调整，直至喷管装配完成；

S5、喷管装配间隙与接差处理，通过控制喷管各部段入口和出口尺寸精度、控制喷管各部段对接处配合定位止口尺寸精度、控制配合端面的平面度、选用合适密封形式以及密封槽(15)截面尺寸，以达到各段装配后配合面间隙小于0.1mm，无逆向台阶，顺向台阶小于0.05mm的目标。

2.根据权利要求1所述的一种常规高超声速风洞轴对称喷管制造工艺，其特征在于，具体S2中包括：

毛坯制造，喷管部件毛坯件包括锻件毛坯和焊接结构件毛坯，锻件毛坯采用从钢厂定制粗加工并完成相关热处理后的光坯，扩散段(2)毛坯制造中，锥筒(3)卷制精度关系到加工后最小壁厚，Ф0.5m口径的喷管最小壁厚大于15mm，Ф1m口径的喷管最小壁厚大于20mm，Ф2m及以上口径的喷管最小壁厚大于30mm；扩散段(2)的锥筒(3)的卷制圆度精度控制在3mm以内，采用数控等离子切割机下料，采用无压边精卷机卷制；

车床精度，在精加工前要对机床精度进行检测和调整，利用激光干涉仪和大理石方尺对机床精度进行检测和调整，使数控机床设备精度控制在0.005mm以内；

刀具选择，选用防震刀杆防止发生振刀或跳刀，采用修光刃立方氮化硼刀片提高切削精度，降低刀具磨损；

切削量，粗加工时，进给量2～5mm；精加工时，进给量0.2～0.5mm；增大进给量会使切削残留高度和积屑瘤高度加大，进给量为0.1～0.8mm；

切削速度，切削不锈钢时的切削速度为切削普通碳钢的40％～60％；

切削液选择、选择乳化液作为粗车、磨削与钻孔的切削液，在精加工时还需在乳化液中加入极压或油性添加剂；

刀具磨损补偿、在进入精加工过程后，一道切削工序完成后，将半精加工或精加工每道工序结束后的喷管型面数据从数控车床的系统中导出或采用便携式三坐标测量仪在车床上对该工序加工后的喷管内型面(7)进行测量，并与给定的加工数据进行比对，确定刀具磨损量和磨损规律，对下一道工序给定的加工数据进行补偿修正，修正后最大数据偏差量小于0.03mm，该修正后的数据作为下一工序加工输入参数，完成刀具磨损补偿。