CN110524202A - 反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法 - Google Patents

反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，该加工方法包括如下步骤：1)坯料工艺设计；2)粗加工；3)调质热处理；4)半精加工；5)去应力回火；6)精加工；7)精度检测；8)磁力探伤；9)表面化学氧化处理。本发明的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法不仅提高了材料利用率、加工效率和检测效率，而且降低了加工时间和加工成本，提高了检测效率。

Description

反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法
技术领域
本发明涉及反推火箭喷管加工的技术领域，具体涉及一种反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法。
背景技术
固体火箭发动机是航天飞行器的动力装置，由燃烧室、推进剂药柱、喷管、点火器等主要部分组成。燃烧室壳体是固体火箭发动机系统中的关键件，通过推进剂的燃烧为飞行器提供动力。当飞行器到达预定位置或多级火箭完成工作，弹上计算机发出解爆指令，多级火箭发生分离，在反推火箭(或称分离发动机)的作用下，保证发动机对飞行器的上面级或载入体为负推力或者零推力，达到准确控制上面级或再入体的位置，从而保证预期的位置精度。因此，对反推火箭喷管的角度、位置精度有较高的设计要求。该反推火箭限于多级火箭的结构特点，反推火箭的喷管与反推火箭发动机燃烧室呈一定的夹角，提供反推分离推力的同时，避免损伤尾段和变轨火箭发动机。
常规的反推火箭结构较简单，其喷管发火孔和燃烧室在同一条轴线上，而此新型反推火箭喷管为异形斜切结构，其喷管壳体结构较复杂，存在以下不足：(1)材料利用率低；(2)加工效率低；(3)加工精度检测难度大、且检测精度不准。针对上述不足，需要提出有效的解决途径。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，该方法不仅提高了材料利用率、加工效率和检测效率，而且降低了加工时间和加工成本，提高了检测效率。
为实现上述目的，本发明提供的一种反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，包括如下步骤：
1)坯料工艺设计：
在一件坯料上设计第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件，所述第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件呈中心对称布置；
2)粗加工：
在坯料上加工六方见光作为装夹找正的基准面，再粗加工全部型面，最后将坯料切割开形成第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件；
3)调质热处理：
对粗加工处理后的第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件进行调质热处理；
4)半精加工：
对调质热处理后的第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件半精加工全部型面；
5)去应力回火：
对半精加工处理后的第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件进行去应力回火处理；
6)精加工：
对去应力回火处理后的第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件分别精加工斜锥孔和外形型面；
7)精度检测：
对第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件的斜锥孔和外形型面进行精度检测；
8)磁力探伤：
对精度检测合格的第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件进行磁力探伤，要求无裂纹；
9)表面化学氧化处理：
对磁力探伤合格的第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件进行表面化学氧化处理，即可得到两个喷管壳体零件。
进一步地，所述步骤1)中，坯料采用圆钢坯料；所述圆钢坯料的直径Φa＝L1+3mm～8mm，其中L1为喷管壳体的最大外圆轮廓直径，单位为mm；
所述圆钢坯料的长度L4＝L3+5mm～10mm，其中L3为喷管壳体的最大轴向长度，单位为mm。
进一步地，所述步骤1)中，第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件之间的间距L2＝2mm～6mm。
进一步地，所述步骤2)中，粗加工全部型面后留单边余量3mm～6mm。
进一步地，所述步骤3)中，第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件调质热处理至硬度为34HRC～38HRC。
进一步地，所述步骤4)中，半精加工全部型面后留单边余量0.5mm～1.5mm。
进一步地，所述步骤5)中，去应力回火温度比调质热处理的回火温度低30℃～60℃，回火保温时间120min～180min。
进一步地，所述步骤6)中，精加工处理过程中，先精加工第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件的底平面作为后续加工的基准面，再精加工斜锥孔和外形型面。
再进一步地，所述步骤6)中，第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件上分别精加工有若干个锁丝孔。
更进一步地，所述步骤7)中，采用同轴度检具检测斜锥孔的同轴度，保证同轴度误差小于0.1mm；采用塞规检测斜锥孔的内径，保证内径误差小于0.1mm；采用型面样板检测外形型面的外形面的尺寸，保证各个尺寸误差小于0.1mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法采用一坯两件的设计工艺，在一件坯料上设计第一喷管壳体坯件和第二喷管壳体坯件，不仅降低了锻造及检测成本，而且提高了材料利用率。
其二，本发明的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法包括粗加工、半精加工以及精加工，确保了零件的尺寸精度，提高了成品合格率。
其三，本发明的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法包括精度检测、磁力探伤，提高了检测效率，保证了斜锥孔和外形型面的精度，确保产品无裂纹。
附图说明
图1为本发明的坯料工艺设计示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为第一喷管壳体坯件的结构示意图；
图4为图3所示第一喷管壳体坯件的左视结构示意图；
图5为图3所示第一喷管壳体坯件的剖视结构示意图；
图中：第一喷管壳体坯件1、第二喷管壳体坯件2、斜锥孔3、外形型面4、底平面5、锁丝孔6。
具体实施方式
下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
实施例1：
针对某30CrMnSiA高强度钢反推火箭异形斜切喷管壳体，其外形尺寸为155×148×208mm，其反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法及过程如下：
1)坯料工艺设计：
如图1～5所示，在一件坯料上设计第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2，第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2呈中心对称布置；坯料采用圆钢坯料，降低了锻造及检测成本；圆钢坯料直径Φa＝L1+3mm，其中L1为喷管壳体的最大外圆轮廓直径，单位为mm；并按照GB/T702热轧圆钢标准规格尺寸就近选取；圆钢坯料长度尺寸L4＝L3+5mm，其中L3为喷管壳体的最大轴向长度，单位为mm。第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2之间的间距L2＝2mm，采用一坯两件中心对称坯料工艺设计，从而提高了材料利用率。
2)粗加工：
2.1)首先在坯料上加工六方见光作为装夹找正的基准面，保证平行度、垂直度、平面度误差不大于0.2mm；
2.2)四轴加工中心粗加工全部型面，留单边余量3mm；
2.3)将坯料从L2尺寸之间切割开形成第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2；
3)调质热处理：
将粗加工后的第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2调质热处理至34HRC～38HRC，在零件上打硬度。
4)半精加工：
4.1)四轴加工中心半精加工全部型面，留单边余量0.5mm；
4.2)加工后查看有无缺料和变形导致没有加工余量的部位。
5)去应力回火：
5.1)半精加工后进行去应力回火，消除加工应力和残余应力，保持精加工后尺寸稳定；
5.2)去应力回火温度比调质热处理的回火温度低30℃，回火保温时间120min。
6)精加工：
6.1)四轴加工中心精加工第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2的底平面5并作为后续加工基准；
6.2)四轴加工中心精加工斜锥孔3和外形型面4，保证尺寸、同轴度、角度等；
6.3)四轴加工中心精加工4处锁丝孔6；
7)精度检测：
7.1)设计型面样板检测外形型面4的尺寸，保证各个尺寸误差小于0.1mm；
7.2)设计同轴度检具检测斜锥孔的同轴度，保证同轴度误差小于0.1mm；
7.3)设计塞规检测斜锥孔的内径，保证内径误差小于0.1mm。
8)磁力探伤：
对精度检测合格的第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2进行磁力探伤，要求无裂纹。
9)表面处理：
对磁力探伤合格的第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2进行表面化学氧化处理，即可得到两个喷管壳体零件。
实施例2：
针对某30CrMnSiA高强度钢反推火箭异形斜切喷管壳体，其外形尺寸为255×248×358mm，其反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法及过程如下：
1)坯料工艺设计：
在一件坯料上设计第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2，第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2呈中心对称布置；坯料采用圆钢坯料，降低了锻造及检测成本；圆钢坯料直径Φa＝L1+8mm，其中L1为喷管壳体的最大外圆轮廓直径，单位为mm；并按照GB/T702热轧圆钢标准规格尺寸就近选取；圆钢坯料长度尺寸L4＝L3+10mm，其中L3为喷管壳体的最大轴向长度，单位为mm。第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2之间的间距L2＝6mm；采用一坯两件中心对称坯料工艺设计，从而提高了材料利用率；
2)粗加工：
2.1)首先在坯料上加工六方见光作为装夹找正的基准面，保证平行度、垂直度、平面度误差不大于0.2mm；
2.2)四轴加工中心粗加工全部型面，留单边余量6mm；
2.3)将坯料从L2尺寸之间切割开形成第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2；
3)调质热处理：
将粗加工后的第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2调质热处理至34HRC～38HRC，在零件上打硬度。
4)半精加工：
4.1)四轴加工中心半精加工全部型面，留单边余量1.5mm；
4.2)加工后查看有无缺料和变形导致没有加工余量的部位。
5)去应力回火：
5.1)半精加工后进行去应力回火，消除加工应力和残余应力，保持精加工后尺寸稳定；
5.2)去应力回火温度比调质热处理的回火温度低60℃，回火保温时间180min。
6)精加工：
6.1)四轴加工中心精加工第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2的底平面5并作为后续加工基准；
6.2)四轴加工中心精加工斜锥孔3和外形型面4，保证尺寸、同轴度、角度等；
6.3)四轴加工中心精加工4处锁丝孔6；
7)精度检测：
7.1)设计型面样板检测外形型面4的尺寸，保证各个尺寸误差小于0.1mm；
7.2)设计同轴度检具检测斜锥孔的同轴度，保证同轴度误差小于0.1mm；
7.3)设计塞规检测斜锥孔的内径，保证内径误差小于0.1mm。
8)磁力探伤：
对精度检测合格的第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2进行磁力探伤，要求无裂纹。
9)表面处理：
对磁力探伤合格的第一喷管壳体坯件1和第二喷管壳体坯件2进行表面化学氧化处理，即可得到两个喷管壳体零件。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。

Claims (10)

1.一种反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)坯料工艺设计：
在一件坯料上设计第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)，所述第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)呈中心对称布置；
2)粗加工：
在坯料上加工六方见光作为装夹找正的基准面，再粗加工全部型面，最后将坯料切割开形成第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)；
3)调质热处理：
对粗加工处理后的第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)进行调质热处理；
4)半精加工：
对调质热处理后的第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)半精加工全部型面；
5)去应力回火：
对半精加工处理后的第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)进行去应力回火处理；
6)精加工：
对去应力回火处理后的第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)分别精加工斜锥孔(3)和外形型面(4)；
7)精度检测：
对第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)的斜锥孔(3)和外形型面(4)进行精度检测；
8)磁力探伤：
对精度检测合格的第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)进行磁力探伤，要求无裂纹；
9)表面化学氧化处理：
对磁力探伤合格的第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)进行表面化学氧化处理，即可得到两个喷管壳体零件。
2.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，坯料采用圆钢坯料；所述圆钢坯料的直径Φa＝L1+3mm～8mm，其中L1为喷管壳体的最大外圆轮廓直径，单位为mm；
所述圆钢坯料的长度L4＝L3+5mm～10mm，其中L3为喷管壳体的最大轴向长度，单位为mm。
3.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)之间的间距L2＝2mm～6mm。
4.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，粗加工全部型面后留单边余量3mm～6mm。
5.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤3)中，第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)调质热处理至硬度为34HRC～38HRC。
6.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤4)中，半精加工全部型面后留单边余量0.5mm～1.5mm。
7.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤5)中，去应力回火温度比调质热处理的回火温度低30℃～60℃，回火保温时间120min～180min。
8.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤6)中，精加工处理过程中，先精加工第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)的底平面(5)作为后续加工的基准面，再精加工斜锥孔(3)和外形型面(4)。
9.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤6)中，第一喷管壳体坯件(1)和第二喷管壳体坯件(2)上分别精加工有若干个锁丝孔(6)。
10.根据权利要求1所述的反推火箭异形斜切喷管壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤7)中，采用同轴度检具检测斜锥孔(3)的同轴度，保证同轴度误差小于0.1mm；采用塞规检测斜锥孔(3)的内径，保证内径误差小于0.1mm；采用型面样板检测外形型面(4)的外形面的尺寸，保证各个尺寸误差小于0.1mm。
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