一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法

摘要

本发明公开了一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法。该加工方法包括加工准备、粗加工、基准面精加工、喷管型面精加工和切除直边段。该加工方法将高超声速风洞喷管分段加工，在分段接口处的尖角部位添加一段可以用来提高测量精度的直边段，通过对直边段的高精度测量和加工来保证接口处尖角的尺寸精度，最后再去除直边段。该加工方法适用于含有曲线型线的管道、斜线型线的管道以及曲面型腔的等不易测量接口尺寸的工件用于组装拼合时接口的尺寸精度控制，能够满足高超声速风洞喷管在分段对接时的高精度要求，大大降低了加工控制的难度，具有经济、实用、简便的优点。

权利要求

1.一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：a.加工准备：将高超声速风洞喷管设计图分成前后两段，分段Ⅰ的前端面半径为R1，分段Ⅰ的后端面半径为R2，分段Ⅱ的前端面半径为R2，分段Ⅱ的后端面半径为R3；

b.粗加工：在分段接口处的尖角部位添加一段直边段，在分段Ⅰ的前端面增加半径R1、长度L1的直边段Ⅰ，分段Ⅰ的后端面增加半径R2、长度L2的直边段Ⅱ；在分段Ⅱ的前端面增加半径R2、长度L3的直边段Ⅲ，分段Ⅱ的后端面增加半径R3、长度L4的直边段Ⅳ；粗加工分段Ⅰ的直边段Ⅰ、内型面和直边段Ⅱ，粗加工分段Ⅱ的直边段Ⅲ、内型面和直边段Ⅳ；粗加工后预留0.1mm～0.2mm的加工余量；

c.基准面精加工：将分段Ⅰ的前端面进行精加工，得到后续精加工的基准面Ⅰ；将分段Ⅱ的前端面进行精加工，得到后续精加工的基准面Ⅱ；基准面Ⅰ、基准面Ⅱ与高超声速风洞喷管型面轴线的垂直度在0.01/100mm以内；

d.喷管型面精加工：以基准面Ⅰ为基准，精加工分段Ⅰ的直边段Ⅰ、内型面和直边段Ⅱ，以基准面Ⅱ为基准，精加工分段Ⅱ的直边段Ⅲ、内型面和直边段Ⅳ；精加工去除步骤b的0.1mm～0.2mm的加工余量，精加工的加工精度在±0.005mm以内；

e.切除直边段：分段Ⅰ先切除直边段Ⅱ、再切除直边段Ⅰ；分段Ⅱ先切除直边段Ⅳ、再切除直边段Ⅲ，加工完成。

2.根据权利要求1所述的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法，其特征在于，所述的L1、L2、L3和L4的长度范围为5mm～20mm，L1>L2，L3>L4。

说明书

一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法

技术领域

[0001] 本发明属于高超声速风洞试验设备领域，具体涉及一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法。

背景技术

[0002] 风洞是飞行器研制工作中的一个不可缺少的地面设备，而喷管又是风洞中的关键部件。高超声速风洞喷管为拉瓦尔喷管，型线呈中间收缩、两端扩大的不对称沙漏状，中间
最小尺寸和两端最大尺寸相差可达10倍以上。

[0003] 由于高超声速风洞喷管本身形状的限制，机械加工行业采用分段加工之后再组装的方式制造。这种方式对两段之间接口的质量控制要求非常严格，若对接接口加工精度不
足，装配后会在接口处出现台阶而导致型线曲率不连续，严重偏离设计，气流流过喷管内部
将产生压缩波或稀疏波，这些波系通过不断地会聚、反射而增强，获得的喷管流场品质无法
满足要求，最终造成整套喷管报废。因此，加工精度直接决定了喷管的流场品质。

[0004] 在对喷管进行分段加工时，靠近中间最小截面的接口附近形状曲率大且尺寸太小，故在加工过程中无法使用量具对接口尺寸进行测量。目前，行业内对接口处的精度控制
多为测量外部基准的尺寸，依靠加工器械自身的精度来间接保证接口的尺寸精度，精度仅
能保证在±0.05mm。随着高超声速技术的发展，对喷管流场品质提出了更高的要求，也就对
具有更高加工精度的喷管提出了迫切的需求。

[0005] 综上所述，当前，亟需发展一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法。

[0007] 本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法包括以下步骤：

[0008] a.加工准备：将高超声速风洞喷管设计图分成前后两段，分段Ⅰ的前端面半径为R1，分段Ⅰ的后端面半径为R2，分段Ⅱ的前端面半径为R2，分段Ⅱ的后端面半径为R3；

[0009] b.粗加工：在分段Ⅰ的前端面增加半径R1、长度L1的直边段Ⅰ，分段Ⅰ的后端面增加半径R2、长度L2的直边段Ⅱ；在分段Ⅱ的前端面增加半径R2、长度L3的直边段Ⅲ，分段Ⅱ的
后端面增加半径R3、长度L4的直边段Ⅳ；粗加工分段Ⅰ的直边段Ⅰ、内型面和直边段Ⅱ，粗加
工分段Ⅱ的直边段Ⅲ、内型面和直边段Ⅳ；粗加工后预留0.1mm～0.2mm的加工余量；

[0010] c.基准面精加工：将分段Ⅰ的前端面进行精加工，得到后续精加工的基准面Ⅰ；将分段Ⅱ的前端面进行精加工，得到后续精加工的基准面Ⅱ；基准面Ⅰ、基准面Ⅱ与高超声速风
洞喷管型面轴线的垂直度在0.01/100mm以内；

[0011] d.喷管型面精加工：以基准面Ⅰ为基准，精加工分段Ⅰ的直边段Ⅰ、内型面和直边段Ⅱ，以基准面Ⅱ为基准，精加工分段Ⅱ的直边段Ⅲ、内型面和直边段Ⅳ；精加工去除步骤b的
0.1mm～0.2mm的加工余量，精加工的加工精度在±0.005mm以内；

[0012] e.切除直边段：分段Ⅰ先切除直边段Ⅱ、再切除直边段Ⅰ；分段Ⅱ先切除直边段Ⅳ、再切除直边段Ⅲ，加工完成。

[0013] 所述的L1、L2、L3和L4的长度范围为5mm～20mm，L1>L2，L3>L4。

[0014] 本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法在分段接口处的尖角部位添加一段可以用来提高测量精度的直边段，通过对直边段的高精度测量和加工来保证
接口处尖角的尺寸精度，最后再去除直边段。

[0015] 本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法具有以下优点：

[0016] 1.不仅解决了接口处尖角无法高精度测量的问题、节约了一大笔费用，而且极大的提高了接口尖角的精度、能够保证其精度在±0.005mm以内。

[0017] 2.保证稳定、可靠的达到各项加工精度要求。

[0018] 3.降低了生产成本。

[0019] 4.减轻了繁琐的加工以及检测流程。

[0020] 本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法适用于含有曲线型线的管道、斜线型线的管道以及曲面型腔的等不易测量接口尺寸的工件用于组装拼合时接口
的尺寸精度控制，能够满足高超声速风洞喷管在分段对接时的高精度要求。

[0021] 本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法通过对直边段的检测实现对接口尖角的高精度检测。控制好直边段的尺寸精度就能够实现接口尺寸的精度控
制，大大降低了加工控制的难度，具有经济、实用、简便的优点。

附图说明

[0022] 图1为本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法中的粗加工示意图；

[0023] 图2为本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法中的基准面精加工示意图；

[0024] 图3为本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法中的喷管型面精加工示意图；

[0025] 图4为本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法中的切除直边段Ⅱ示意图；

[0026] 图5为本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法中的切除直边段Ⅰ示意图；

[0027] 图6喷管分段组装示意图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图和实施例详细说明本发明。

[0029] 本发明的提高高超声速风洞喷管接口尺寸精度的加工方法包括以下步骤：

[0030] a.加工准备：将高超声速风洞喷管设计图分成前后两段，分段Ⅰ的前端面半径为R1，分段Ⅰ的后端面半径为R2，分段Ⅱ的前端面半径为R2，分段Ⅱ的后端面半径为R3；

[0031] b.粗加工：如图1所示，在分段Ⅰ的前端面增加半径R1、长度L1的直边段Ⅰ，分段Ⅰ的后端面增加半径R2、长度L2的直边段Ⅱ；在分段Ⅱ的前端面增加半径R2、长度L3的直边段
Ⅲ，分段Ⅱ的后端面增加半径R3、长度L4的直边段Ⅳ；粗加工分段Ⅰ的直边段Ⅰ、内型面和直
边段Ⅱ，粗加工分段Ⅱ的直边段Ⅲ、内型面和直边段Ⅳ；粗加工后预留0.1mm～0.2mm的加工
余量；

[0032] c.基准面精加工：如图2所示，将分段Ⅰ的前端面进行精加工，得到后续精加工的基准面Ⅰ；将分段Ⅱ的前端面进行精加工，得到后续精加工的基准面Ⅱ；基准面Ⅰ、基准面Ⅱ与
高超声速风洞喷管型面轴线的垂直度在0.01/100mm以内；

[0033] d.喷管型面精加工：如图3所示，以基准面Ⅰ为基准，精加工分段Ⅰ的直边段Ⅰ、内型面和直边段Ⅱ，以基准面Ⅱ为基准，精加工分段Ⅱ的直边段Ⅲ、内型面和直边段Ⅳ；精加工
去除步骤b的0.1mm～0.2mm的加工余量，精加工的加工精度在±0.005mm以内；

[0034] e.切除直边段：如图4、5所示，分段Ⅰ先切除直边段Ⅱ、再切除直边段Ⅰ；分段Ⅱ先切除直边段Ⅳ、再切除直边段Ⅲ，加工完成。

[0035] 所述的L1、L2、L3和L4的长度范围为5mm～20mm，L1>L2，L3>L4。

[0036] 实施例1

[0037] 本实施例用于加工Φ500mm量级的高超声速风洞喷管，喷管分段组装示意图见图6。加工获得的高超声速风洞喷管精度提高了一个量级，加工等级由IT6级提升至IT2级，而
加工工时减少了30％～50％。