加工薄壁舵面的方法及应用

技术领域

本发明属于加工技术领域，具体而言，涉及加工薄壁舵面的方法及应用。

背景技术

某型薄壁舵面由左右两部分焊接而成，采用传统的焊接方法定位偏差较大，难以满足左右两部分的接触面焊接后实现完全粘合，同时常规的舵面加工方法也难以避免薄壁舵面变形、薄壁壁厚不均等问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出加工薄壁舵面的方法及应用。该方法不仅可以提高对舵面的焊接精度和焊接稳定性，还能够避免或降低舵面在加工过程中发生变形的风险，提高薄壁舵面的壁厚均匀性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种加工薄壁舵面的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)对第一舵面基材的内壁和第二舵面基材的内壁进行第一铣加工处理，得到第一舵面待加工件和第二舵面待加工件，所述第一舵面待加工件外缘设有第一子定位区，所述第二舵面待加工件外缘设有第二子定位区，所述第一子定位区和所述第二子定位区内均设有间隔分布的第一定位孔；

(2)将所述第一舵面待加工件与所述第二舵面待加工件相对装配并进行焊接处理，得到待加工舵面；

(3)将所述待加工舵面通过所述第一定位孔固定于加工工装上，在所述待加工舵面与所述加工工装之间的空隙处加入填充物；

(4)对所述待加工舵面进行第二铣加工处理，得到薄壁舵面以及与所述薄壁舵面相连的定位块，其中，所述定位块由所述第一子定位区和所述第二子定位区进行所述第二铣加工处理得到，所述定位块内包含所述第一定位孔；

(5)去除所述定位块，得到所述薄壁舵面。

根据本发明上述实施例的加工薄壁舵面的方法至少具有以下有益效果：1)通过在第一舵面待加工件外缘和第二舵面待加工件外缘设置定位区，可以提高二者在焊接过程中的接触面积，有利于提高焊接稳定性，可以极大避免焊接后的舵体出现粘接不完全的情况，同时，也有利于在加工舵面的过程中对其进行定位，不仅可以提高定位精度，还无需设置复杂的定位组件，操作方便且有利于降低加工成本；2)通过在待加工舵面与加工工装之间的空隙处加入填充物，可有效对舵面底部进行支撑，避免或降低舵面型面在铣加工过程中发生变形的风险，同时有利于提高加工后的薄壁舵面的壁厚均匀性；3)通过对待加工舵面进行铣加工处理，定位区加工形成定位块，不仅有利于提高舵面型面以及边缘的平整度，还更有利于对多余定位块进行去除，提高舵面的加工效果和加工效率。

另外，根据本发明上述实施例的加工薄壁舵面的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述第一舵面待加工件和/或所述第二舵面待加工件的内腔设有排气槽。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述焊接处理为扩散焊接处理。

在本发明的一些实施例中，所述扩散焊接处理包括：

(2-1)在第一石墨板上表面铺设第一石墨纸，在所述第一石墨纸上表面由下至上依次设置所述第一舵面待加工件和所述第二舵面待加工件；

(2-2)在所述第一舵面待加工件和所述第二舵面待加工件周边设置石墨限位块；

(2-3)在所述第二舵面待加工件上表面由下至上依次铺设第二石墨纸和第二石墨板，在所述第二石墨板上均匀施加压力，对所述第一舵面待加工件和所述第二舵面待加工件进行扩散焊接，得到所述待加工舵面。

在本发明的一些实施例中，所述加工工装为平板结构，所述加工工装上设有与所述第一定位孔对应的第二定位孔，步骤(3)中，通过所述第一定位孔和所述第二定位孔使所述待加工舵面与所述加工工装实现可拆卸固定。

在本发明的一些实施例中，所述第一定位孔和所述第二定位孔为对应的螺纹孔和/或定位销孔。

在本发明的一些实施例中，所述第一定位孔和所述第二定位孔均为通孔。

在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述填充物包括石膏。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述第二铣加工处理包括依次进行的粗铣处理、半精铣处理和精铣处理。

在本发明的一些实施例中，在所述粗铣处理和/或所述半精铣处理过程中，通过壁厚检测器对所述待加工舵面进行壁厚检测。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述第二铣加工处理包括分别对所述第一舵面待加工件外表面和所述第二舵面待加工件外表面进行铣加工处理。

在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，通过线切割处理去除所述定位块。

在本发明的再一个方面，本发明提出了采用上述方法在薄壁工件加工中的用途。该用途具有上述加工薄壁舵面的方法的全部技术特征及效果，此处不再赘述。总的来说，采用该方法有利于对薄壁工件进行加工，有利于避免薄壁工件在加工过程中发生变形，提高加工加工精度和加工效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的加工薄壁舵面的方法流程图；

图2是根据本发明一个实施例的第一舵面待加工件的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的第一舵面待加工件和第二舵面待加工件的装配示意图；

图4是根据本发明一个实施例的扩散焊接处理的工艺示意图之一；

图5是根据本发明一个实施例的扩散焊接处理的工艺示意图之二；

图6是根据本发明一个实施例的加工工件的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的待加工舵面和加工工件的结构示意图；

图8是根据本发明一个实施例的铣加工处理后薄壁舵面和定位块的结构示意图；

图9是图8的H向视图；

图10是图9的A-A向剖视图；

图11是图10的B-B向剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种加工薄壁舵面的方法。根据本发明的实施例，结合图1理解，该方法包括：

S100：对第一舵面基材的内壁和第二舵面基材的内壁进行第一铣加工处理，得到第一舵面待加工件和第二舵面待加工件，所述第一舵面待加工件外缘和所述第二舵面待加工件外缘分别设有第一子定位区和第二子定位区

根据本发明的实施例，结合图2～3理解，通过对第一舵面基材和第二舵面基材的内壁进行第一铣加工处理，可以得到边缘包含定位区(参考图2中12理解)，中部具有型腔结构(参考图2中11理解)的第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20，结合图3理解，将第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20相对进行装配可以得到待加工舵面30，其中，第一子定位区12和第二子定位区内均设有间隔分布的第一定位孔32，第一定位孔32包括第一舵面待加工件10的第一子定位区12内的第一子定位孔13和第二舵面待加工件20的第二子定位区(未示出)内与第一子定位孔13对应分布的第二子定位孔(未示出)，通过第一子定位孔13和第二子定位孔，方便将第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20装配后得到的待加工舵面30进行定位，实现对待加工舵面的外表面进行加工处理，由此，不仅可以有效避免舵面在进行表面加工时发生变形，还有利于控制舵面壁厚，提高加工精度。需要说明的是，本发明中对于第一铣加工处理的具体操作没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如可以包括依次进行的粗铣处理和精铣处理等。另外，本发明中对于第一舵面基材和第二舵面基材的具体材质也没有特别限制，例如可以为钛合金等。

根据本发明的实施例，对第一舵面基材和第二舵面基材进行第一铣加工处理后，在得到的第一舵面待加工件10和/或第二舵面待加工件20的内腔可以形成有排气槽14(参考图2理解)，以便在后续对第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20焊接处理过程中排除型腔内的气体，可有效避免型腔内壁发生变形，同时也有利于提高壁厚的均匀性。

S200：将第一舵面待加工件与第二舵面待加工件相对装配并进行焊接处理，得到待加工舵面

根据本发明的实施例，结合图3理解，将第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20的接触面对应放置，使得第一子定位孔13与第二子定位孔(未示出)上下对齐，对二者进行焊接处理，可以得到待加工舵面30，其中，在待加工舵面30中，第一子定位区12和第二子定位区组合形成定位区31。另外，焊接方式可以为扩散焊接处理，通过采用扩散焊接处理，有利于提高接触面的焊接精度，减少或避免舵面待加工件的变形，根据本发明的一些具体示例，结合图4理解，扩散焊接处理的具体步骤可以包括：

S210：在第一石墨板100上表面铺设第一石墨纸200，在第一石墨纸200上表面由下至上依次设置第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20，根据本发明的实施例，通过设置第一石墨板，不仅可以减少扩散焊上下炉的行程，而且由于石墨板热稳定性强、抗蠕变性能好，使其在高温下较为稳定，有利于提高焊接处理的精度和效率；另外，通过设置第一石墨纸，可以有效避免在高温扩散焊接时石墨板表面与舵面待加工件表面产生原子连接，有利于简化工艺步骤，提高加工效率。

S220：在第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20周边设置石墨限位块300，根据本发明的实施例，限位块300可以对第一舵面待加工件和第二舵面待加工件的整体高度和相对位置进行限位，不仅可以提高第一舵面待加工件和第二舵面待加工件的焊接匹配精度，还能够有效避免二者发生变形。需要说明的是，石墨限位块的高度是结合石墨与舵面待加工件之间高温下热膨胀系数的不同，通过建立三因素三水平的正交试验，经过模拟确定得到，能够与第一舵面待加工件和第二舵面待加工件的整体高度和扩散后的实际情况相符。

S230：在第二舵面待加工件20上表面由下至上依次铺设第二石墨纸400和第二石墨板500，在第二石墨板500上均匀施加压力，对第一舵面待加工件10和第二舵面待加工件20进行扩散焊接，得到待加工舵面30，根据本发明的实施例，设置第二石墨板和第二石墨纸的目的与设置第一石墨板和第一石墨纸一致，在此不再赘述。结合图5理解，通过在高温条件下在第二石墨板500上方施加均匀压力，使第一舵面待加工件和第二舵面待加工件相互靠近，二者相接触的部位发生塑性变形，经一段时间后，二者结合部位的原子间发生相互扩散，形成可靠的整体结构，即待加工舵面30。需要说明的是，本发明中对于扩散焊接的压力、温度和时间没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，只需满足可靠焊接即可。

S300：将待加工舵面通过第一定位孔固定于加工工装上，在待加工舵面与加工工装之间的空隙处加入填充物

根据本发明的实施例，结合图6理解，加工工装40可以为平板结构，加工工装上可以设有与第一定位孔32对应的第二定位孔41。将待加工舵面30从石墨板、石墨纸和石墨限位块中取出后放置到加工工装40上，使待加工舵面30上的第一定位孔32与加工工装40上的第二定位孔41上下对应，通过第一定位孔32和第二定位孔41可以实现待加工舵面30在加工工装40上的定位，由此更有利于对待加工舵面进行表面加工，避免或减少舵面发生变形。需要说明的是，待加工舵面30与加工工装40可以为可拆卸相连，由此有利于实现依次将待加工舵面的两个外表面在远离加工工装方向上进行定位，进而实现依次对两个外表面进行加工处理。进一步地，第一定位孔32和第二定位孔41的连接方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，根据本发明的一些具体示例，第一定位孔32和第二定位孔41可以通过螺栓和/或定位销相连，第一定位孔32和第二定位孔41可以为对应的螺纹孔和/或定位销孔，优选第一定位孔和第二定位孔既包括对应的螺纹孔又包括对应的定位销孔，由此不仅更有利于提高定位的可靠性，还降低了定位难度。其中，本发明中对于螺纹孔和定位销孔的数量和孔径大小都没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如第一定位孔可以包括2个定位销孔和7个螺纹孔等，定位销孔的孔径和螺纹孔的孔径可以均为8mm等。

根据本发明的实施例，待加工舵面30的外表面包括第一舵面待加工件10的外表面和第二舵面待加工件20的外表面，将待加工舵面30在加工工装40上进行定位时，加工工装40上的第二定位孔41可以同时包括直接与第一子定位孔13连通的定位孔和直接与第二子定位孔连通的定位孔，由此在对待加工舵面的一个表面加工结束后，可以将待加工舵面从加工工装上拆卸下来，垂直翻转360°后在加工工装的同一表面上再次定位，实现对待加工舵面另一个表面的加工。另外，第一定位孔32和第二定位孔41也可以均为通孔，由此可以实现将待加工舵面30的一个表面(例如可以为第一舵面待加工件10的外表面)与加工工装40的一个表面相对，直接通过第一子定位孔实现在加工工装上的定位，此时可以对待加工舵面30的另一个表面(例如可以为第二舵面待加工件20的外表面)进行铣加工处理；而待加工舵面30的另一个表面(例如可以为第二舵面待加工件20的外表面)又可以与加工工装40的另一个表面相对，直接通过第二子定位孔和第二定位孔41实现定位，由此可以减少加工工装上第二定位孔的数量，降低工装的加工成本。

根据本发明的实施例，结合图7理解，通过在待加工舵面30与加工工装40之间的空隙处加入填充物50，可以为待加工舵面提供支撑，有效避免在加工过程中，舵面型面产生变形，同时有利于提高舵面壁厚的均匀性。本发明中对于填充物的具体材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如可以为石膏等。

S400：对待加工舵面进行第二铣加工处理，得到薄壁舵面以及与薄壁舵面相连的定位块，其中，定位块由定位区进行第二铣加工处理得到，定位块内包含第一定位孔

根据本发明的实施例，对待加工舵面进行第二铣加工处理，可以对待加工舵面的外表面进行处理，具体地，第二铣加工处理可以包括依次进行的粗铣处理、半精铣处理和精铣处理，在粗铣处理和/或半精铣处理处理过程中，可以通过壁厚检测器对待加工舵面的壁厚进行检测，由此能够根据检测结果有针对性地调整壁厚，有利于保证在精铣处理时舵面壁厚具有较好的均匀性，进而提高舵面整体的加工精度。

根据本发明的实施例，由于待加工舵面30的外表面包括第一舵面待加工件10的外表面和第二舵面待加工件20的外表面，通过依次将第二舵面待加工件20外表面和第一舵面待加工件10外表面放置于加工工装40上与其实现可拆卸连接，可以实现对第一舵面待加工件10外表面和第二舵面待加工件20外表面依次进行铣加工处理。其中，可以采用的具体定位方式在上文中已进行了详细描述，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，结合图7理解，在对待加工舵面30的外表面进行第二铣加工处理后，可以得到薄壁舵面60以及与之相连的定位块33，定位孔33由定位区31加工得到，定位块33内可以包含有第一定位孔32，由此可以保证待加工舵面30持续稳定定位，有利于提高后续的加工精度和壁厚均匀性。

S600：去除定位块，得到薄壁舵面

根据本发明的实施例，结合图8～11理解，将薄壁舵面60和与之相连的定位块33从加工工装40拆卸后，去除定位块33后便可以得到加工完成的薄壁舵面。根据本发明的一些

具体示例，可以通过线切割处理去除定位块，该处理方法不仅方便快捷，而且不易对薄壁5舵面造成损伤。

在本发明的再一个方面，本发明提出了采用上述方法在薄壁工件加工中的用途。该用途具有上述加工薄壁舵面的方法的全部技术特征及效果，此处不再赘述。总的来说，采用该方法有利于对薄壁工件进行加工，有利于避免薄壁工件在加工过程中发生变形，提高加工加工精度和加工效率。

0在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一

个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技5术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合

和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。