本發(fā)明涉及液體火箭發(fā)動機推力室集液器的加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體火箭發(fā)動機推力室用大弧面蝸殼集液器加工方法。

背景技術(shù)：

液體火箭發(fā)動機是航天飛行器的動力裝置，發(fā)動機推力室是其重要的組件，推力室主要由推力室頭部、推力室身部和噴管延伸段等主要部分組成。集液器是推力室重要的零件之一，它是液體推進劑的集合裝置，其主要功能是在推進劑進入頭部或身部主體結(jié)構(gòu)前集合推進劑，保證推進劑進入主體腔體的均勻性。

液體火箭發(fā)動機推力室集液器多采用不銹鋼，根據(jù)實際需要不同，其弧面的圓周角也不盡相同，而很大一部分集液器結(jié)構(gòu)的截面圓弧的圓周角較大，如圖1所示。

推力室集合器的傳統(tǒng)工藝方法通常采用冷彎管、氬弧焊接及切割成型等多種工藝方法相結(jié)合的方式進行加工，但現(xiàn)有的工藝方法均存在著諸多弊端：

1)冷變形彎管時鋼管不同的位置分別受到不同形式的力，集液器內(nèi)側(cè)受到擠壓力導致該側(cè)壁厚變厚，外側(cè)受到拉伸力導致該側(cè)變薄，集液器的壁厚不均勻。另外，冷變形彎管工藝會導致集液器截面產(chǎn)生變形，無法保證集液器截面的圓度，集液器環(huán)形的直徑和圓度也無法保證；

2)氬弧焊將彎管對焊時由于局部受熱，焊接處局部會產(chǎn)生變形，另外，焊接處內(nèi)表面可能產(chǎn)生氧化皮，氧化皮脫落會產(chǎn)生多余物風險；

3)切割工藝保證集液器缺口的一致性難度較大，可能導致最終與其他組件焊接時存在局部貼合不緊密等問題；

4)集液器的傳統(tǒng)加工方法采用的各種工藝都存在一定的缺陷，大大降低了零件生產(chǎn)的合格率，工藝流程過于繁瑣影響加工進度，不利于產(chǎn)品的穩(wěn)定化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要針對傳統(tǒng)加工方法的不足，提供一種品質(zhì)好、質(zhì)量優(yōu)良且可靠性高的液體火箭發(fā)動機推力室用大弧面蝸殼集液器加工方法，加工零件的合格率可達98％以上。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的液體火箭發(fā)動機推力室用大弧面蝸殼集液器加工方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)加工裝配焊接缺口：根據(jù)蝸殼集液器標準件在圓環(huán)坯料上加工裝配焊接缺口；

2)加工蝸殼集液器內(nèi)腔圓弧型面的中間圓弧段：采用中間圓弧段刀具加工中間圓弧段；

3)加工蝸殼集液器內(nèi)腔圓弧型面的外側(cè)圓弧段和內(nèi)側(cè)圓弧段形成蝸殼集液器的內(nèi)腔：采用外側(cè)圓弧段刀具加工外側(cè)圓弧段，采用內(nèi)側(cè)圓弧段刀具加工內(nèi)側(cè)圓弧段；

4)檢測步驟3)中加工形成的內(nèi)腔圓弧型面：將標準內(nèi)腔圓弧型面檢測樣板分為兩段，逐段放入內(nèi)腔中進行內(nèi)腔圓弧型面檢測；

5)加工蝸殼集液器的外圓弧型面：采用通用刀具加工外圓弧型面，保證內(nèi)腔圓弧型面與加工的外圓弧型面同心；

6)檢測步驟5)中加工形成的外圓弧型面：將標準外圓弧型面檢測樣板分為兩段，將標準外圓弧型面檢測樣板逐段與外圓弧型面進行貼合檢測；

7)檢測蝸殼集液器的壁厚：通過取點的方式測量多個位置的壁厚，取點方式具體為：經(jīng)過步驟6)加工完成蝸殼集液器后，等間隔取蝸殼集液器軸線的多個法向周向圓，每個法向周向圓沿圓周均勻取多個檢測點，所有檢測點的壁厚滿足尺寸和公差要求。

進一步地，所述步驟2)中，采用中間圓弧段刀具加工中間圓弧段具體過程為：將中間圓弧段刀具裝夾到專用刀座的豎直加工刀具安裝孔上，中間圓弧段刀具從裝配焊接缺口豎直進入進行車削，加工出中間圓弧段的內(nèi)側(cè)面的同時形成預中間圓弧段；然后將中間圓弧段刀具裝夾到專用刀座的傾斜加工刀具安裝孔上，中間圓弧段刀具采用傾斜的方式進刀加工中間圓弧段的外側(cè)面，加工外側(cè)面時底部的圓弧與預中間圓弧段的底部圓弧接刀形成內(nèi)腔圓弧型面的中間圓弧段。

進一步地，所述步驟3)中，采用外側(cè)圓弧段刀具加工外側(cè)圓弧段，采用內(nèi)側(cè)圓弧段刀具加工內(nèi)側(cè)圓弧段，具體過程為：將外側(cè)圓弧段刀具裝夾到專用刀座的傾斜加工刀具安裝孔上，采用傾斜的方式進刀加工外側(cè)圓弧段；將內(nèi)側(cè)圓弧段刀具裝夾到專用刀座的豎直加工刀具安裝孔上，采用豎直的方式進刀加工內(nèi)側(cè)圓弧段。

進一步地，所述步驟4)中，蝸殼集液器內(nèi)腔圓弧型面檢測方式具體為：采用透光檢測法將分為兩段的標準內(nèi)腔圓弧型面檢測樣板逐段周向移動對所有位置的型面進行貼合檢測；所述步驟6)中，蝸殼集液器外圓弧型面檢測方式具體為：采用透光檢測法將分為兩段的標準外圓弧型面檢測樣板逐段周向移動對所有位置的型面進行貼合檢測。

進一步地，所述步驟2)中，中間圓弧段刀具包括第一刀柄及第一圓臺形刀片，所述第一刀柄包括第一刀柄本體及與第一刀柄本體垂直連接的第一豎桿，所述第一圓臺形刀片安裝在所述第一豎桿的端部。

進一步地，所述步驟3)中，外側(cè)圓弧段刀具包括第二刀柄及第二圓臺形刀片，所述第二刀柄包括第二刀柄本體、第二斜桿及連接第二刀柄本體和第二斜桿的第二連接桿，所述第二圓臺形刀片安裝在所述第二斜桿的端部；所述第二連接桿與所述第二刀柄本體形成的第一夾角與所述第二連接桿與所述第二斜桿形成的第二夾角開口方向一致。

進一步地，所述步驟3)中，內(nèi)側(cè)圓弧段刀具包括第三刀柄及第三圓臺形刀片，第三刀柄包括第三刀柄本體及與第三刀柄本體相連的第三圓弧桿，所述第三圓臺形刀片安裝在所述第三圓弧桿的端部。

進一步地，所述第三圓臺形刀片的直徑等于第二圓臺形刀片的直徑，且第二圓臺形刀片的直徑大于第一圓臺形刀片的直徑。

進一步地，所述步驟2)和步驟3)中，專用刀座包括專用刀座本體、設(shè)置在專用刀座本體上一側(cè)的豎直加工刀具安裝孔及設(shè)置在專用刀座本體上另一側(cè)的傾斜加工刀具安裝孔。

進一步地，所述步驟7)中，相鄰兩個法向周向圓之間沿蝸殼集液器截面的圓弧長度間隔不大于20mm，每個法向周向圓上的檢測點數(shù)量根據(jù)蝸殼集液器截面圓弧中心點直徑確定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：采用分步加工的工藝其穩(wěn)定性好，零件的加工合格率可達98％以上，且工序簡單，加工效率高，適合批量化生產(chǎn)；本發(fā)明液體火箭發(fā)動機推力室用大弧面蝸殼集液器加工方法相對于傳統(tǒng)的工藝方法，其零件質(zhì)量更好，可靠性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明加工方法加工的液體火箭發(fā)動機推力室用大弧面蝸殼集液器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實施例中中間圓弧段刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實施例中外側(cè)圓弧段刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實施例中內(nèi)側(cè)圓弧段刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實施例中專用刀座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實施例中圓環(huán)坯料上加工裝配焊接缺口后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實施例中加工中間圓弧段的內(nèi)側(cè)面后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實施例中加工中間圓弧段的外側(cè)面后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本實施例中加工外側(cè)圓弧段后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本實施例中加工內(nèi)側(cè)圓弧段后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本實施例中內(nèi)腔圓弧型面檢測示意圖；

圖12為本實施例中加工外圓弧型面后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本實施例中外圓弧型面檢測示意圖。

其中：蝸殼集液器1、內(nèi)腔2、中間圓弧段刀具3(其中：第一刀柄本體3.1、第一豎桿3.2、第一圓臺形刀片3.3)、外側(cè)圓弧段刀具4(其中：第二刀柄本體4.1、第二連接桿4.2、第二斜桿4.3、第二圓臺形刀片4.4)、內(nèi)側(cè)圓弧段刀具5(其中：第三刀柄本體5.1、第三圓弧桿5.2、第三圓臺形刀片5.3)、專用刀座6(其中：專用刀座本體6.1、豎直加工刀具安裝孔6.2、傾斜加工刀具安裝孔6.3)、圓環(huán)坯料7、裝配焊接缺口8、內(nèi)側(cè)面9、預中間圓弧段10、外側(cè)面11、中間圓弧段12、外側(cè)圓弧段13、內(nèi)側(cè)圓弧段14、內(nèi)半截樣板15、內(nèi)腔圓弧型面16、外圓弧型面17、外半截樣板18。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

以下實施例中的中間圓弧段刀具、外側(cè)圓弧段刀具及內(nèi)側(cè)圓弧段刀具均為特定的刀具，專用刀座也為特定的刀座。如圖2所示，中間圓弧段刀具3包括第一刀柄及第一圓臺形刀片3.3，第一刀柄包括第一刀柄本體3.1及與第一刀柄本體3.1垂直連接的第一豎桿3.2，第一圓臺形刀片3.3安裝在第一豎桿3.2的端部。為了減小切削阻力，第一圓臺形刀片3.3圓角不能過大，其直徑為4mm；同時，為了保證第一刀柄前端能完全伸入需要加工的蝸殼集液器內(nèi)腔，其第一豎桿3.2長度約80mm。

如圖3所示，外側(cè)圓弧段刀具4包括第二刀柄及第二圓臺形刀片4.4，第二刀柄包括第二刀柄本體4.1、第二斜桿4.3及連接第二刀柄本體4.1和第二斜桿4.3的第二連接桿4.2，第二圓臺形刀片4.4安裝在第二斜桿4.3的端部；第二連接桿4.2與第二刀柄本體4.1形成的第一夾角與第二連接桿4.2與第二斜桿4.3形成的第二夾角開口方向一致。為了加快加工效率，第二圓臺形刀片4.4的直徑為8mm，同時，為了保證第二刀柄能夠完全伸入需要加工的蝸殼集液器內(nèi)腔，第二刀柄的前端包括均傾斜布置的第二連接桿4.2和第二斜桿4.3兩部分，且第二連接桿4.2與第二刀柄本體4.1形成的第一夾角為銳角(優(yōu)選為70°)，第二連接桿4.2與第二斜桿4.3形成的第二夾角為鈍角(優(yōu)選為135°)。

如圖4所示，內(nèi)側(cè)圓弧段刀具5包括第三刀柄及第三圓臺形刀片5.3，第三刀柄包括第三刀柄本體5.1及與第三刀柄本體5.1相連的第三圓弧桿5.2，第三圓臺形刀片5.3安裝在第三圓弧桿5.2的端部。同理，為了加快加工效率，第三圓臺形刀片5.3的直徑為8mm，同時，為保證第三刀柄前端能夠完全伸入需要加工的蝸殼集液器內(nèi)腔，第三刀柄的前端設(shè)計成第三圓弧桿5.2，其圓弧的半徑優(yōu)選為150mm。

因此，三把特定刀具需要滿足第三圓臺形刀片5.3的直徑等于第二圓臺形刀片4.4的直徑，且第二圓臺形刀片4.4的直徑大于第一圓臺形刀片3.3的直徑即可。

另外，本實施例中內(nèi)腔圓弧型面的中間圓弧段12需要分兩部分完成，由于其中中間圓弧段12的外側(cè)面11需將刀具傾斜伸入內(nèi)腔中加工，另外，外側(cè)圓弧段13加工時刀具也需要傾斜深入相應(yīng)位置，因此，需要特定的專用刀座6可以傾斜安裝刀具，如圖5所示，專用刀座6包括專用刀座本體6.1、設(shè)置在專用刀座本體6.1上一側(cè)的兩個豎直設(shè)置的豎直加工刀具安裝孔6.2及設(shè)置在專用刀座本體6.1上另一側(cè)的兩個傾斜設(shè)置的傾斜加工刀具安裝孔6.3。

針對某型號液體發(fā)動機推力室頭部蝸殼集液器，截面圓弧中心點直徑為Φ274mm，截面為大弧面結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)尺寸較小，截面的內(nèi)圓直徑僅Φ48mm，壁厚3mm，而且內(nèi)腔的開口部位小，內(nèi)腔大，圓弧中心角達到約290°，該蝸殼集液器的加工方法如下：

1)加工裝配焊接缺口8：根據(jù)蝸殼集液器標準件在圓環(huán)坯料7上加工裝配焊接缺口8，同時以方便后續(xù)內(nèi)腔圓弧型面的加工，如圖6所示；

2)加工蝸殼集液器1內(nèi)腔圓弧型面16的中間圓弧段12：采用中間圓弧段刀具3加工中間圓弧段，具體過程為：將中間圓弧段刀具3裝夾到專用刀座6的豎直加工刀具安裝孔6.2上，中間圓弧段刀具3從裝配焊接缺口8豎直進入進行車削，加工出中間圓弧段12的內(nèi)側(cè)面9的同時形成預中間圓弧段10，如圖7所示；然后將中間圓弧段刀具3裝夾到專用刀座6的傾斜加工刀具安裝孔6.3上，中間圓弧段刀具3采用傾斜的方式進刀加工中間圓弧段12的外側(cè)面11，加工外側(cè)面11時底部的圓弧與預中間圓弧段10的底部圓弧接刀形成內(nèi)腔圓弧型面的中間圓弧段，如圖8所示；

3)加工蝸殼集液器1內(nèi)腔圓弧型面16的外側(cè)圓弧段13和內(nèi)側(cè)圓弧段14形成蝸殼集液器的內(nèi)腔2：采用外側(cè)圓弧段刀具4加工外側(cè)圓弧段13，采用內(nèi)側(cè)圓弧段刀具5加工內(nèi)側(cè)圓弧段14，具體過程為：將外側(cè)圓弧段刀具4裝夾到專用刀座6的傾斜加工刀具安裝孔6.3上，采用傾斜的方式進刀加工外側(cè)圓弧段13，如圖9所示；將內(nèi)側(cè)圓弧段刀具5裝夾到專用刀座6的豎直加工刀具安裝孔6.2上，采用豎直的方式進刀加工內(nèi)側(cè)圓弧段14，如圖10所示；

4)檢測步驟3)中加工形成的內(nèi)腔圓弧型面16：由于蝸殼集液器1內(nèi)腔2的開口小、腔內(nèi)大，一塊整體標準內(nèi)腔圓弧型面檢測樣板無法進入內(nèi)腔中，因此，將標準內(nèi)腔圓弧型面檢測樣板分為兩段，利用兩段內(nèi)半截樣板15分兩次進行檢測，兩段內(nèi)半截樣板15逐段放入內(nèi)腔2中進行內(nèi)腔圓弧型面16檢測，如圖11所示，即采用透光檢測法將分為兩段的標準內(nèi)腔圓弧型面檢測樣板逐段周向緩慢移動對所有位置的型面進行貼合檢測；

5)加工蝸殼集液器1的外圓弧型面17：采用通用刀具加工外圓弧型面17，保證內(nèi)腔圓弧型面16與加工的外圓弧型面17同心，以確保加工壁厚的關(guān)鍵尺寸；

6)檢測步驟5)中加工形成的外圓弧型面17：與內(nèi)腔圓弧型面16檢測的原理相同，將標準外腔圓弧型面檢測樣板分為兩段，利用兩段外半截樣板18分兩次進行檢測，兩段外半截樣板18逐段與外圓弧型面17進行貼合檢測，如圖13所示，即采用透光檢測法將分為兩段的標準外圓弧型面檢測樣板逐段周向移動對所有位置的型面進行貼合檢測；

7)檢測蝸殼集液器的壁厚：通過取點的方式測量多個位置的壁厚，取點方式具體為：經(jīng)過步驟6)加工完成蝸殼集液器后，等間隔取蝸殼集液器軸線的五個法向周向圓，每個法向周向圓沿圓周均勻取16個檢測點，所有檢測點的壁厚滿足尺寸和公差要求即可。

上述步驟7)中檢測壁厚的原則如下：

相鄰兩個法向周向圓之間沿蝸殼集液器截面的圓弧長度間隔不大于20mm，每個法向周向圓上的檢測點數(shù)量根據(jù)蝸殼集液器截面圓弧中心點直徑確定，即當中心點直徑小于200mm，每個法向周向圓沿圓周取8個均布點；當中心點直徑大于200mm小于400mm，每個法向周向圓沿圓周取16個均布點；當中心點直徑大于400mm小于600mm，每個法向周向圓沿圓周取24個均布點；當中心點直徑大于600mm小于800mm，每個法向周向圓沿圓周取32個均布點；當中心點直徑大于800mm，每個法向周向圓沿圓周取40個均布點。

采用三個專用刀具及一個專用刀座，分步加工內(nèi)腔圓弧型面，即中間圓弧段刀具采用豎直的方式進刀加工中間圓弧段的內(nèi)側(cè)面、中間圓弧段刀具采用傾斜的方式進刀加工中間圓弧段的外側(cè)面、外側(cè)圓弧段刀具采用傾斜的方式進刀加工外側(cè)圓弧段及內(nèi)側(cè)圓弧段刀具采用豎直的方式進刀加工內(nèi)側(cè)圓弧段。采用分步加工的工藝其穩(wěn)定性好，零件的加工合格率可達98％以上，且工序簡單，加工效率高，適合批量化生產(chǎn)；本發(fā)明液體火箭發(fā)動機推力室用大弧面蝸殼集液器加工方法相對于傳統(tǒng)的工藝方法，其零件質(zhì)量更好，可靠性更高。