CN111058966A - 脉冲发动机硬隔板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲发动机硬隔板的制作方法，包括以下步骤，法兰环和预制块的制备：制备铝碳化硅铸件，然后将铝碳化硅铸件切割为法兰环和多种型号的预制块，多个同一型号的预制块可拼接成相应型号的隔板圈；法兰环和预制块的装配：将法兰环置于装配工装上，然后将多个同一型号的预制块拼接在法兰环上形成相应型号的隔板圈，由外到内依次将多种型号的隔板圈装配在装配工装上，直至组成圆拱形或者椭圆拱形的打开组件；焊接：将相邻的法兰环与预制块以及相邻的两个预制块焊接成为一个整体的硬隔板。利用切割的方法，可以快速制备法兰环和预制块，通过拼接的方式组成打开组件，再通过焊接的方式得到整体的硬隔板，步骤简单，操作方便。

Description

脉冲发动机硬隔板的制作方法
技术领域
本发明涉及脉冲发动机技术领域，特别涉及一种脉冲发动机硬隔板的制作方法。
背景技术
隔板装置是脉冲固体火箭发动机实现多次脉冲工作功能的核心部件。目前脉冲固体发动机的隔离装置主要分为非金属易碎式硬隔板、铝膜隔板以及金属栓塞式隔板。非金属易碎式隔板目前主要采用玻璃/陶瓷材料，陶瓷隔板存在以下缺陷：①陶瓷材料具有刻痕难加工、遇震易碎裂的缺陷；②陶瓷硬隔板需要配做钢制支撑座，使其重量大幅增加(以150～200mm口径为例，其重量超过5kg)；③陶瓷隔板破碎时产生的碎块边角尖锐，极易对一级燃烧室内壁的绝热层形成严重划伤，导致二级燃烧室工作时高温燃气对钢制飞行器内壁形成烧蚀，最终形成穿孔等严重影响武器正常工作的缺陷。铝膜隔板主要依靠金属支架作为支撑件，在支撑件与压板之间利用附着绝热层的铝膜进行密封，铝膜上设计有预制刻痕，该型隔板也存在着以下缺陷：①支架和压板材料一般选用45#碳钢，密度相对较重；②铝膜预制刻痕多为十字形，瞬时打开的面积较小，降低了发动机的功率。金属栓塞式隔板主要依靠金属作为支撑件，在金属支撑件上设计有锥孔，并用钢制锥塞进行密封，这种隔板也存在着以下缺陷：①由于隔板结构存在着锥塞孔，其结构强度受到了影响，所以需要进一步加厚隔板结构(经常需要在20mm厚度以上)，导致整体重量极高；②钢制锥塞结构虽然可以承压和打开功能，然而瞬时打开面积较小，降低了发动机的功率，缩减了飞行器的射程且“喷射棒”会划伤发动机内壁。也即是说，现有隔板是设计存在加工困难、重量较大、无法达到脉冲发动机的功率需求、存在损坏燃烧室的风险等缺陷。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种脉冲发动机硬隔板的制作方法，制作出来的硬隔板能够单向承受高压和单向瞬时破裂，性能优良，且加工方法简单，操作方便。
根据本发明的实施例的脉冲发动机硬隔板的制作方法，包括以下步骤，法兰环和预制块的制备：制备铝碳化硅铸件，然后将所述铝碳化硅铸件切割为法兰环和多种型号的预制块，多个同一型号的所述预制块可拼接成相应型号的隔板圈；法兰环和预制块的装配：将所述法兰环置于装配工装上，然后将多个同一型号的所述预制块拼接在所述法兰环上形成相应型号的所述隔板圈，由外到内依次将多种型号的所述隔板圈装配在所述装配工装上，直至组成圆拱形或者椭圆拱形的打开组件；焊接：将相邻的所述法兰环与所述预制块以及相邻的两个所述预制块焊接成为一个整体的硬隔板。
根据本发明实施例的脉冲发动机硬隔板的制作方法，至少具有如下有益效果：硬隔板具有轻量化、抗压强度高、尺寸稳定性高、材料性能稳定、可加工性高以及加工成本低等特点，利用切割的方法，可以快速制备法兰环和预制块，预制块在高温下，预制块的边角上铝成分会融化挥发，和其相关的碳化硅也会失去粘结性而分散，使得预制块钝化。通过拼接的方式组成打开组件，通过焊接的方式得到整体的硬隔板，步骤简单，操作方便。
根据本发明的一些实施例，所述预制块制备完成之后，对所述预制块进行倒钝处理。
根据本发明的一些实施例，所述法兰环和预制块的装配步骤中，所述隔板圈相邻的的两块所述预制块之间形成交接缝，相邻的两圈所述隔板圈的所述交接缝错位分布。
根据本发明的一些实施例，所述焊接步骤之前，设有所述预制块锁紧步骤，利用锤子敲击中心区域的所述预制块。
根据本发明的一些实施例，所述预制块锁紧之后焊接之前，往所述法兰环与所述预制块之间以及所述预制块与所述预制块之间的结合缝隙填充密封胶。
根据本发明的一些实施例，所述制备铝碳化硅铸件的工艺步骤为，先烧制高体份多孔SiC陶瓷预制体，再使用压力铸造法将铝合金和SiC陶瓷预制体复合为铝碳化硅铸件。
根据本发明的一些实施例，制备所述高体份多孔SiC陶瓷预制体的设备为烧结炉，参数包括将所述烧结炉升温至1200℃～1400℃，升温速率约为2.6℃/min,保温时间为2天，降温速率约为3.6℃/min，将所述铝合金和所述SiC陶瓷预制体复合为所述铝碳化硅铸件的设备为真空压力浸渗炉，参数包括熔化铝合金的温度为650℃-750℃，冲压压力5Mpa～8Mpa，保压2～3min后冷却。
根据本发明的一些实施例，切割所述铝碳化硅铸件采用的设备为可摆角度电火花线切割机，所述设备采用0.18mm钼丝，线速度2800m㎡/h-3200m㎡/h。
根据本发明的一些实施例，所述焊接步骤采用连续光纤激光焊接机，功率密度1.5×105W/c㎡-2.5×105W/c㎡，扫描速度120-150mm/min，激光束与硬隔板需焊接处的法线夹角为0°-15°，透镜焦距150-200mm。
根据本发明的一些实施例，所述焊接步骤之后，给硬隔板的表面喷涂防护层。
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为本发明实施例的脉冲发动机硬隔板的示意图；
图2为图1示出的脉冲发动机硬隔板的剖视示意图。
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，仅用于解释本发明，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，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，脉冲发动机硬隔板包括法兰环100和设于法兰环100上的打开组件，法兰环100可设于脉冲发动机的燃烧室内壁上；打开组件呈圆拱形或者椭圆拱形，打开组件包括多个呈圈状的隔板圈200，隔板圈200包括多个预制块210，预制块210的边角倒钝，相邻两个隔板圈200之间形成交接面，与交接面平行的直线和隔板圈200的中轴线形成夹角，夹角为1.5°-7.5°。更具体的，隔板圈200共计设有五个，由外往内的与交接面平行的直线和隔板圈200的中轴线的夹角依次为7.5°、6°、4.5°、3°、1.5°。
由多个预制块210拼接成为隔板圈200，然后由各个隔板圈200拼接成为打开组件，且与交接面平行的直线和隔板圈200的中轴线形成夹角，使得打开组件具有正向破碎打开，反向可承受外界高压力的能力，也即是说打开组件具有自锁的功能。隔板圈200相邻的两块预制块210之间形成交接缝，相邻的两圈隔板圈200的交接缝错位分布，保证打开组件可瞬时按照预制块210的形式破碎。
脉冲发动机硬隔板的制作方法，包括以下步骤，法兰环100和预制块210的制备：制备铝碳化硅铸件，然后将铝碳化硅铸件切割为法兰环100和多种型号的预制块210，多个同一型号的预制块210可拼接成相应型号的隔板圈200；法兰环100和预制块210的装配：将法兰环100置于装配工装上，然后将多个同一型号的预制块210拼接在法兰环100上形成相应型号的隔板圈200，由外到内依次将多种型号的隔板圈200装配在装配工装上，直至组成圆拱形或者椭圆拱形的打开组件；焊接：将相邻的法兰环100与预制块210以及相邻的两个预制块210焊接成为一个整体的硬隔板。
高体分铝碳化硅材料密度为3.0g/cm3，压缩强度为400MPa，刚度不低于50Gpa，使得硬隔板具有轻量化、抗压强度高、尺寸稳定性高、材料性能稳定、可加工性高以及加工成本低等特点，利用切割的方法，可以快速制备法兰环100和预制块210，预制块210在高温下，预制块210边角上的铝成分会融化，和其相关的碳化硅也会失去粘结性而分散，使得预制块210钝化。通过拼接的方式组成打开组件，通过焊接的方式得到整体的硬隔板，步骤简单，操作方便。
本发明的一些实施例中，高体分铝碳化硅材料碳化硅含量不低于55％，断裂延伸率：δ≤1％，冲击韧性：aKV≤2.0J/c㎡。
本发明的一些实施例中，预制块210制备完成之后，对预制块210进行倒钝处理，预制块210无锋利的边角。脉冲发动机工作时，硬隔板的打开组件依据预制块210与预制块210之间的结合缝破碎为多个碎块，因为预制块210无锋利的边角，所以碎块的表面也无锋利的边角，避免碎块划伤脉冲发动机燃烧室的内壁。
本发明的一些实施例中，法兰环和预制块的装配步骤中，隔板圈相邻的的两块预制块之间形成交接缝，相邻的两圈隔板圈的所述交接缝错位分布。也即是，在预制块拼接在法兰环上形成相应型号的隔板圈时，相邻隔板圈的预制块错位分布。
本发明的一些实施例中，焊接步骤之前，设有预制块210锁紧步骤，利用锤子敲击中心区域的预制块210，相当于沿着反向施加力在打开组件上，预制块210受到作用力并将部分组用力传到相邻的预制块210上，使得各个预制块210以及法兰环100与预制块210之间的装配更紧密且产生预紧力，自锁的力度更大。
本发明的一些实施例中，预制块210锁紧之后焊接之前，往法兰环100与预制块210之间以及预制块210与预制块210之间的结合缝隙填充密封胶，密封胶起到填充缝隙以及初步将法兰环100和所以预制块210粘结在一起的作用。
本发明的一些实施例中，制备铝碳化硅铸件的工艺步骤为，先烧制高体份多孔SiC陶瓷预制体，再使用压力铸造法将铝合金和SiC陶瓷预制体复合为铝碳化硅铸件。压力铸造法可使得铝合金和SiC陶瓷进行充分的浸渗，得到高性能的铝碳化硅铸件。
本发明的一些实施例中，制备高体份多孔SiC陶瓷预制体的设备为烧结炉，参数包括将烧结炉升温至1200℃～1400℃，升温速率约为2.6℃/min,保温时间为2天左右，降温速率约为3.6℃/min，将铝合金和SiC陶瓷预制体复合为铝碳化硅铸件的设备为真空压力浸渗炉，参数包括熔化铝合金的温度为650℃-750℃，冲压压力5Mpa～8Mpa，保压2～3min后冷却。
本发明的一些实施例中，切割铝碳化硅铸件采用的设备为可摆角度电火花线切割机，设备采用0.18mm钼丝，线速度2800m㎡/h-3200m㎡/h。当然也可以采用其他市场上常见的切割设备。可以理解的是，法兰环100的形状可以利用数控车床完成，采用如下参数：S＝450r/min-550r/min、F＝80mm/min-100mm/min、ap＝0.2mm。焊接步骤采用连续光纤激光焊接机，功率密度1.5×105W/c㎡-2.5×105W/c㎡，扫描速度120-150mm/min，激光束与硬隔板需焊接处的法线夹角为0°-15°，透镜焦距150-200mm，当然也可以采用其他市场上常见的焊接机。
本发明的一些实施例中，焊接步骤之后，给硬隔板的表面喷涂防护层，防护层可以起到保护硬隔板的作用，避免硬隔板受霉菌或盐雾或湿热的侵蚀，保证硬隔板的质量。防护层采用材料为特氟龙，特氟龙是一种使用范围宽，耐高温、耐低温性能优良；强度高；耐化学腐蚀性优异的涂料，几乎耐所有的强酸、强碱、强氧化剂以及有机溶剂；具有很小的动静摩擦系数，表面不粘性更为突出；喷涂工艺灵活，适用于所有尺寸和形状的产品。其结合力强，可在铝碳化硅表面制备出20～100μm厚的特氟龙涂层，制备的涂层厚度均匀，显微硬度高，能有效的提高铝碳化硅材料的耐腐蚀性和耐磨性，可以满足国军标的三防测试要求。特氟龙可通过阳极氧化或微弧氧化的方式制备在硬隔板的表面。当然，防护层也可以采用其他材料，如水性奈米树脂。也可以使硬隔板表面发生阳极氧化和微弧氧化从而使得硬隔板表面覆盖上一层铝材料。
本发明的一些实施例中，装配工装包括圆盘以及设于圆盘中心上的凸起，凸起的表面呈圆拱形或者椭圆拱形，凸起的表面与硬隔板反向的表面相匹配，装配工装起到支撑法兰环100和各种预制块210的作用，便于硬隔板的制作。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤，法兰环和预制块的制备：制备铝碳化硅铸件，然后将所述铝碳化硅铸件切割为法兰环和多种型号的预制块，多个同一型号的所述预制块可拼接成相应型号的隔板圈；
法兰环和预制块的装配：将所述法兰环置于装配工装上，然后将多个同一型号的所述预制块拼接在所述法兰环上形成相应型号的所述隔板圈，由外到内依次将多种型号的所述隔板圈装配在所述装配工装上，直至组成圆拱形或者椭圆拱形的打开组件；
焊接：将相邻的所述法兰环与所述预制块以及相邻的两个所述预制块焊接成为一个整体的硬隔板。
2.根据权利要求1所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述预制块制备完成之后，对所述预制块进行倒钝处理。
3.根据权利要求1所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述法兰环和预制块的装配步骤中，所述隔板圈相邻的的两块所述预制块之间形成交接缝，相邻的两圈所述隔板圈的所述交接缝错位分布。
4.根据权利要求1至3任一项所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述焊接步骤之前，设有所述预制块锁紧步骤，利用锤子敲击中心区域的所述预制块。
5.根据权利要求4所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述预制块锁紧之后焊接之前，往所述法兰环与所述预制块之间以及所述预制块与所述预制块之间的结合缝隙填充密封胶。
6.根据权利要求1所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述制备铝碳化硅铸件的工艺步骤为，先烧制高体份多孔SiC陶瓷预制体，再使用压力铸造法将铝合金和SiC陶瓷预制体复合为铝碳化硅铸件。
7.根据权利要求5所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：制备所述高体份多孔SiC陶瓷预制体的设备为烧结炉，参数包括将所述烧结炉升温至1200℃～1400℃，升温速率约为2.6℃/min,保温时间为2天，降温速率约为3.6℃/min，将所述铝合金和所述SiC陶瓷预制体复合为所述铝碳化硅铸件的设备为真空压力浸渗炉，参数包括熔化铝合金的温度为650℃-750℃，冲压压力5Mpa～8Mpa，保压2～3min后冷却。
8.根据权利要求1所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：切割所述铝碳化硅铸件采用的设备为可摆角度电火花线切割机，所述设备采用0.18mm钼丝，线速度2800m㎡/h-3200m㎡/h。
9.根据权利要求1所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述焊接步骤采用连续光纤激光焊接机，功率密度1.5×105W/c㎡-2.5×105W/c㎡，扫描速度120-150mm/min，激光束与硬隔板需焊接处的法线夹角为0°-15°，透镜焦距150-200mm。
10.根据权利要求1所述的脉冲发动机硬隔板的制作方法，其特征在于：所述焊接步骤之后，给硬隔板的表面喷涂防护层。
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