一种压力容器用封头的加工方法与流程

本发明涉及一种压力容器用封头的加工方法，属于机械加工技术领域。

背景技术：

压力容器用封头一般采用旋压工艺成形。传统的旋压工艺可以分为剪切旋压和普通旋压。在剪切旋压过程中，板坯的厚度遵循正弦规律，减薄率随着剪旋角度α的减小而增加，因此会使得球形封头零件壁厚均匀性较差；在普通旋压的过程中，板坯直径的收缩或扩张导致法兰边出现轻微的波纹，而波纹对于旋轮的成形阻碍作用增大了坯料成形时的拉应力，使得旋轮作用区的金属出现拉薄现象，成形后的构件往往腰部会有一定的减薄，壁厚均匀性较差，贴膜度也难以保证。旋压成形的压力容器用封头很难满足零件较高的形状和尺寸精度要求。

为了满足压力容器用封头的较高精度要求，航天领域一般采用多个零件拼焊形成一个封头零件。传统加工方法存在以下问题：

1、加工工序多，流程长

压力容器用封头一般采用多个瓜瓣焊接圆环，再与顶盖、过渡环等零件焊接的工艺方法，该方法焊缝数量多，且零件和组件制造流程长，工序复杂，效率低。

2、产品缺乏互换性

瓜瓣、顶盖等零件一般采用拉深成形，产品变形较大、贴胎性差，应力较大，存在尺寸精度低、一致性较差等问题。为了满足压力容器用封头的焊接，瓜瓣零件一般需要大量的手工修配，通常一块瓜瓣零件要经过3～4次膜胎验合后才能将焊缝间隙修整至达到自动焊装配要求。另一方面，手工验合间隙的不均匀性也给焊接质量造成了一定影响。由于零组件制造精度不高，造成装配过程大量的选配、修配的工作，缺乏可互换性，严重影响制造效率。

3、焊缝数量多，产品可靠性较低

压力容器用封头采用多个零件拼焊成形，必然存在多个焊缝，致使压力容器用封头存在大量威胁安全性和可靠性的薄弱环节。与基体相比，焊缝位置因为存在焊接缺陷、焊接残余应力、因经历热循环而改变的微观组织，其机械性能和抗腐蚀性能都较母材有一定程度下降，其性能最大仅能达到基体的90％，整体可靠性较差问题，难以适应航天高可靠性质量要求。同时，零组件制造精度和箱体焊接装配精度不高，间隙、错缝等问题的存在导致焊缝性能低下且受力不均匀，只能通过提高设计裕度进行覆盖，不利于结构实现轻质高效的目标。

上述问题严重影响航天领域压力容器用封头产品制造效率、精度、可靠性。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种压力容器用封头的加工方法，提高压力容器用封头制造的加工精度、加工效率和尺寸稳定性。

本发明解决技术的方案是：一种压力容器用封头的加工方法，所述压力容器用封头的内形面为椭球面或者球面，所述压力容器用封头的内形面加工方法为：

(1-1)、将压力容器用封头内形加工夹具放置在车床转台上，所述内形加工夹具包括开口向上的容器式底座，容器式底座内形面与封头的外形面形状匹配，在容器式底座上端设有一定厚度的端框，端框的内形为圆柱面；容器式底座的内部均布设有多个浮动支撑结构，浮动支撑结构为柱状结构，一端与容器式底座内表面相连接，另一端悬空；

(1-2)、找正压力容器用封头内形加工夹具的端框的内形，使得端框中心轴线与车床转台转轴重合，之后，将压力容器用封头内形加工夹具固定；

(1-3)、将压力容器用封头旋压毛坯口部朝上呈“碗”状放置在压力容器用封头内形加工夹具上；所述压力容器用封头旋压毛坯带有水平基准线；

(1-4)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态，并找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形，压力容器用封头内形加工夹具上的浮动支撑结构贴合压力容器用封头旋压毛坯外表面，支撑压力容器用封头，确保压力容器用封头不晃动，之后夹紧压力容器用封头旋压毛坯，并采用车削方式，加工内形面，直至内形面满足预设要求。

所述浮动支撑结构为螺纹式结构，包含把手、螺杆、支撑头，把手与螺杆相互垂直，与螺杆的一端通过销轴连接，支撑头与螺杆的另一端固定连接；容器式底座上设有多个螺纹孔，浮动支撑结构与容器式底座通过螺纹连接，螺杆从容器式底座外表面穿过到达内部，手动旋转把手实现螺杆旋转，通过螺纹悬入和旋出来调节支撑头的高度，确保浮动支撑结构支撑压力容器用封头。

所述浮动支撑结构为液压式结构，包含底板、支撑缸、支撑头，底板与容器式底座采用螺钉连接固定，支撑缸一端固定在底板上，另一端通过油压控制支撑头的伸缩及锁定，确保浮动支撑结构支撑压力容器用封头。

浮动支撑结构的布局，浮动支撑结构沿其轴线与容器式底座内形面的交点的法向安装，浮动支撑结构在容器式底座内表面环向分层、均布，相邻两个浮动支撑结构之间的间隔不大于800mm。

压力容器用封头内形加工夹具还包括第二端框，第二端框与端框内形圆柱面直径一样，端框和第二端框设有定位孔；所述步骤(1-4)采用离线方式进行找正，具体找正步骤为：

(1-4.1)、将第二端框反向放置在平台支座上，夹紧结构位于第二端框下方；

(1-4.2)、将压力容器用封头旋压毛坯口部朝下呈“帽”状穿过第二端框内部放置平台支座上；

(1-4.3)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态，并找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形与第二端框内形的圆柱面的间隙满足要求，通过夹紧装置固定压力容器用封头旋压毛坯，确保压力容器用封头旋压毛坯与第二端框成为一个整体；

(1-4.4)、将带有已经夹紧固定的压力容器用封头旋压毛坯的第二端框整体翻转使压力容器用封头旋压毛坯口部朝上；

(1-4.5)、将带有已经夹紧固定的压力容器用封头旋压毛坯的第二端框放置在端框上，第二端框与端框形状构造相同，使用定位销通过定位孔定位，并采用紧固螺栓将端框与第二端框连接固定，使两者重叠在一起。

所述压力容器用封头的外形面加工方法为：

(2-1)、将压力容器用封头外形加工夹具放置在车床转台上，所述外形加工夹具包括底座、支撑框架和夹紧结构，支撑框架位于底座上方，支撑框架的外形面与压力容器用封头的内形面形状相同，夹紧结构位于支撑框架外侧，均布在底座上方；

(2-2)、找正压力容器用封头外形加工夹具的支撑框架，使得支撑框架的中心轴线与车床转台转轴重合，之后，将压力容器用封头外形加工夹具压紧固定；

(2-3)、将压力容器用封头旋压毛坯口部朝下呈“帽”状放置在压力容器用封头外形加工夹具的支撑框架上；

(2-4)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态，并找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形，压力容器用封头外形加工夹具上的支撑框架外表面贴合压力容器用封头旋压毛坯内形面，用于支撑压力容器用封头，之后夹紧压力容器用封头旋压毛坯，并采用车削方式，加工外形面，直至外形面满足预设要求。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明由于采用压力容器用封头旋压毛坯加工内外形的方法，实现了压力容器用封头高精度的制造，相比现有技术中的拼焊方法，简化了压力容器用封头的制造环节，省去了多条焊缝，提高了压力容器用封头的产品尺寸一致性和质量可靠性。

(2)、本发明由于采用浮动支撑结构，实现了压力容器用封头内形加工夹具对压力容器用封头旋压毛坯较大变形量的适应，有效地贴合并支撑压力容器用封头，提高了压力容器用封头的刚性，保证了压力容器用封头内形面加工尺寸精度和表面质量。

(3)、本发明由于采用离线式装夹方式，实现了压力容器用封头内形加工过程中找正等准备工作与切削工作的并行操作，在批量生产的前提下，减少了设备停机准备时间，提高了压力容器用封头内形加工效率。

(4)、本发明由于采用外形面与压力容器用封头内形面尺寸相同的夹具，实现了压力容器用封头加工外形时的辅助装夹，提高了压力容器用封头外形加工时的产品刚性，提高了压力容器用封头外形加工尺寸精度和表面质量。

附图说明

图1为本发明实施例压力容器用封头产品示意图；

图2为本发明实施例压力容器用封头内形加工离线装夹夹具结构示意图；

图3为本发明实施例压力容器用封头内形加工夹具结构示意图；

图4为本发明实施例压力容器用封头外形加工夹具结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种压力容器用封头的加工方法，所述压力容器用封头的内形面为椭球面或者球面，如图1所示。所述压力容器用封头的内形面加工方法为：

(1-1)、将压力容器用封头内形加工夹具放置在车床转台上，所述内形加工夹具包括开口向上的容器式底座，容器式底座内形面与封头的外形面形状匹配，在容器式底座上端设有一定厚度的端框，端框的内形为圆柱面；容器式底座的内部均布设有多个浮动支撑结构，浮动支撑结构为柱状结构，一端与容器式底座内表面相连接，另一端悬空；

所述浮动支撑结构为螺纹式结构，包含把手、螺杆、支撑头，把手与螺杆相互垂直，与螺杆的一端通过销轴连接，支撑头与螺杆的另一端固定连接；容器式底座上设有多个螺纹孔，浮动支撑结构与容器式底座通过螺纹连接，螺杆从容器式底座外表面穿过到达内部，手动旋转把手实现螺杆旋转，通过螺纹悬入和旋出来调节支撑头的高度，确保浮动支撑结构支撑压力容器用封头。

所述浮动支撑结构为液压式结构，包含底板、支撑缸、支撑头，底板与容器式底座采用螺钉连接固定，支撑缸一端固定在底板上，另一端通过油压控制支撑头的伸缩及锁定，确保浮动支撑结构支撑压力容器用封头。

浮动支撑结构的布局，浮动支撑结构沿其轴线与容器式底座内形面的交点的法向安装，浮动支撑结构在容器式底座内表面环向分层、均布，相邻两个浮动支撑结构之间的间隔不大于800mm。

(1-2)、找正压力容器用封头内形加工夹具的端框的内形，使得端框中心轴线与车床转台转轴重合，之后，将压力容器用封头内形加工夹具固定；

可以采用在线找正方法进行找正，也可以采用离线方式进行找正。

离线找正时，需要压力容器用封头内形加工夹具还包括第二端框，第二端框与端框内形圆柱面直径一样，端框和第二端框设有定位孔；

采用离线方式进行找正，具体找正步骤为：

(1-2.1)、将第二端框反向放置在平台支座上，夹紧结构位于第二端框下方；

(1-2.2)、将压力容器用封头旋压毛坯口部朝下呈“帽”状穿过第二端框内部放置平台支座上；

(1-2.3)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态，并找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形与第二端框内形的圆柱面的间隙满足要求，通过夹紧装置固定压力容器用封头旋压毛坯，确保压力容器用封头旋压毛坯与第二端框成为一个整体；如图2所示。

(1-2.4)、将带有已经夹紧固定的压力容器用封头旋压毛坯的第二端框整体翻转使压力容器用封头旋压毛坯口部朝上；

(1-2.5)、将带有已经夹紧固定的压力容器用封头旋压毛坯的第二端框放置在端框上，第二端框与端框形状构造相同，使用定位销通过定位孔定位，并采用紧固螺栓将端框与第二端框连接固定，使两者重叠在一起。

(1-3)、将压力容器用封头旋压毛坯口部朝上呈“碗”状放置在压力容器用封头内形加工夹具上；所述压力容器用封头旋压毛坯带有水平基准线；

(1-4)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态，并找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形，压力容器用封头内形加工夹具上的浮动支撑结构贴合压力容器用封头旋压毛坯外表面，支撑压力容器用封头，确保压力容器用封头不晃动，之后夹紧压力容器用封头旋压毛坯，并采用车削方式，加工内形面，直至内形面满足预设要求，如图3所示。

所述压力容器用封头的外形面加工方法为：

(2-1)、将压力容器用封头外形加工夹具放置在车床转台上，所述外形加工夹具包括底座、支撑框架和夹紧结构，支撑框架位于底座上方，支撑框架的外形面与压力容器用封头的内形面形状相同，夹紧结构位于支撑框架外侧，均布在底座上方；

(2-2)、找正压力容器用封头外形加工夹具的支撑框架，使得支撑框架的中心轴线与车床转台转轴重合，之后，将压力容器用封头外形加工夹具压紧固定；

(2-3)、将压力容器用封头旋压毛坯口部朝下呈“帽”状放置在压力容器用封头外形加工夹具的支撑框架上，如图4所示；

(2-4)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态，并找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形，压力容器用封头外形加工夹具上的支撑框架外表面贴合压力容器用封头旋压毛坯内形面，用于支撑压力容器用封头，之后夹紧压力容器用封头旋压毛坯，并采用车削方式，加工外形面，直至外形面满足预设要求。

实施例：

本发明以压力容器用封头为阐述对象，压力容器用封头产品的内形为理论椭球面，口部最大直径为ф3348mm，高度为1033mm，厚度为5mm。产品具体结构见图1。

下面结合附图对本发明的一种压力容器用封头加工方法具体描述：

(1)、将压力容器用封头内形加工夹具的容器式底座放置在车床转台上，找正端框的内形的圆柱面，并将容器式底座固定；

(2)、将压力容器用封头内形加工夹具的第二端框反向放置在平台支座1上，夹紧结构位于第二端框下方；

(3)、将带有水平基准线的压力容器用封头旋压毛坯口部朝下呈“帽”状穿过压力容器用封头内形加工夹具的第二端框内部放置平台支座2上；

(4)、根据水平基准线调整压力容器用封头旋压毛坯的水平状态；

(5)、找正压力容器用封头旋压毛坯的口部外形与第二端框内形的圆柱面的间隙；

(6)、采用第二端框上的夹紧结构将压力容器用封头旋压毛坯固定成为一个整体；

(7)、将带有已经夹紧固定的压力容器用封头旋压毛坯的第二端框整体翻转使压力容器用封头旋压毛坯口部朝上；

(8)、通过定位销定位，将带有已经夹紧固定的口部朝上的压力容器用封头旋压毛坯的第二端框放置在容器式底座的端框上；

(9)、拧紧紧固螺栓，将第二端框固定在容器式底座的端框上；

(10)、调节浮动支撑结构的高度使其贴合、支撑压力容器用封头旋压毛坯外表面；

(11)、采用车削方式，加工压力容器用封头的内形面，直至内形面满足预设要求；

(12)、拆卸内形面已经加工完成的压力容器用封头半成品及内形加工夹具，完成压力容器用封头内形面的加工；

(13)、将压力容器用封头外形加工夹具放置在车床转台上，找正支撑框架，并将外形加工夹具固定；

(14)、将内形面已经加工完成的压力容器用封头半成品口部朝下呈“帽”状放置在压力容器用封头外形加工夹具的支撑框架上；

(15)、根据水平基准线调整内形面已经加工完成的压力容器用封头半成品的水平状态；

(16)、找正内形面已经加工完成的压力容器用封头半成品的口部外形，使支撑框架外表面贴合压力容器用封头半成品内形面；

(17)、采用夹紧结构将内形面已经加工完成的压力容器用封头半成品固定；

(18)、采用车削方式，加工压力容器用封头的外形面，直至外形面满足壁厚5mm的预设要求；

(19)、采用车削方式，切断压力容器用封头的口部端面，保证产品高度1033mm的预设要求；

(20)、拆卸内外形面已经加工完成的压力容器用封头及压力容器用封头外形加工夹具，完成压力容器用封头的加工。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。