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摘要:針對離心式噴嘴結(jié)構(gòu)特點、材料特性,對噴嘴的加工流程進行分析,找出了影響噴嘴性能的核心加工工藝,通過合理設(shè)計工藝參數(shù),確保了綜合試驗性能滿足產(chǎn)品的設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞:噴嘴;加工工藝;性能分析
引言
離心式噴嘴在液體火箭發(fā)動機中大量應(yīng)用,主要作用是對氧化劑和燃料進行流量分配、霧化、混合,使推力室或發(fā)生器具備燃燒和膨脹做功的基本條件。流阻特性和霧化特性作為噴嘴液流試驗重點考察性能要求,是噴嘴制造過程中需要重點控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1噴嘴加工工藝
噴嘴材料設(shè)計選材為1Cr18Ni9Ti不銹鋼,其組織類別為奧氏體型,由于該類型不銹鋼具有優(yōu)異的耐蝕性、成形性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強韌性等系列特點,在航天領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,我國生產(chǎn)非常成熟,一般對其熱處理是進行固溶,根據(jù)需要進行穩(wěn)定化處理。
1.1噴嘴加工性能分析
不銹鋼熱處理前后均可進行加工,具體到噴嘴,因其尺寸較小,所以可選用進行熱處理后奧氏體狀態(tài)加工工藝。由于其伸長率較大,噴嘴完全可以采用冷收口的工藝進行加工。由于該材料加工時發(fā)粘,對刀具和機床轉(zhuǎn)速都有要求,尤其是針對小孔的鉆削工序更應(yīng)引起重視。
1.2加工工藝風(fēng)險、難點
因噴嘴切向孔孔徑較小,材料又是不銹鋼,切削時發(fā)粘,這樣加工成的小孔的形狀精度、孔內(nèi)粗糙度等將會影響噴嘴的流量,因此,微小切向孔的加工可確定為加工難點。對加工中難點都要進行仔細(xì)分析,試加工,嚴(yán)格控制兩道工序。
2噴嘴加工工藝設(shè)計、確定
2.1噴嘴殼體的加工過程工藝工序見圖1。
2.2噴嘴技術(shù)要求
①有配合要求的圓柱面或工作面同軸度要求0.03-0.05mm;②圓柱面與軸垂直度要求≤0.05mm;③切向孔孔徑公差一般為+0.02mm。
2.3殼體粗、精車
①殼體加工采用軟爪裝夾定位,定位時控制徑向、軸向的跳動量在0.03mm內(nèi)。②燃料或氧化劑經(jīng)過的腔體盡量一次裝夾加工完成,以保證各液流腔體平滑過渡及各腔的同軸性;對于一次裝夾加工困難,需要倒頭對接的,在加工后,需先采用鉆頭或鉸刀將內(nèi)腔交接處的毛刺去除,然后采用砂紙進行打磨,保證對接棱邊,無劃痕、毛刺。③噴嘴采用數(shù)控精密小車,是為小型軸類零件、盤類零件的高效率生產(chǎn)而開發(fā)的精密數(shù)控設(shè)備。大型鑄件采用高強度、低應(yīng)力的密烘鑄鐵;采用日本THK精密直線導(dǎo)軌、絲杠和臺灣高速精密主軸。具有高剛性、高精度、高效率和可靠性高的特點,不僅適合加工各種合金鋼、不銹鋼的精密零件,而且加工銅、鋁合金等有色金屬零件尤為出色。設(shè)備主要參數(shù)見表1。④噴嘴噴口狀態(tài)對噴嘴霧化質(zhì)量有決定性影響,對于霧化均勻性要求高的噴嘴,在滿足設(shè)計圖紙要求的前提下,需對噴嘴噴口用砂紙進行拋光,并在至少30倍顯微鏡下檢查是否存在缺陷。⑤噴嘴常見的材料有不銹鋼、高溫合金、白銅等,各材料粗、精車推薦的工藝參數(shù)及機床如表2所示。
2.4切向小孔加工
①噴嘴切向孔機械加工一般可分為鉆模加工與銑鉆加工兩種;②兩種加工方式特點,見表3。現(xiàn)噴嘴均由加工中心銑鉆完成切向孔。③銑鉆加工切向孔是先用微型銑刀劃平臺,然后再鉆、鉸孔到要求孔徑。當(dāng)采用加工中心或數(shù)控銑床加工時,銑刀直徑比最終孔徑小0.05-0.1mm,其余參數(shù)詳見表4。
2.5鉗工去毛刺
噴嘴毛刺主要集中在切向孔入口及切向孔出口與內(nèi)腔的交接處,去毛刺過程及參數(shù)如下:①外圓粗去毛刺:自制工裝將噴嘴裝夾在臺鉆上,轉(zhuǎn)速1500-2000r/min,用什錦銼刀將外圓0.1mm以上的大毛刺及入口突起清除干凈。②內(nèi)腔粗鉸毛刺:用比內(nèi)腔直徑小0.01-0.03mm的專用鉸刀,裝夾在臺鉆上,轉(zhuǎn)速500-800r/min,將內(nèi)腔與切向孔交界處的大毛刺鉸除。③粗鉸切向孔翻邊毛刺:采用比孔徑小0.005-0.01mm的鉸刀,在鉆床上,將切向孔與內(nèi)腔交界處翻邊毛刺鉸除。④外圓精去毛刺:自制工裝將噴嘴裝夾在臺鉆上,轉(zhuǎn)速1500-2000r/min,用什錦細(xì)銼刀將外圓毛刺清除干凈。⑤內(nèi)腔精鉸毛刺:用比內(nèi)腔直徑小0.01-0.03mm的專用鉸刀,裝夾在臺鉆上,轉(zhuǎn)速500-800r/min,將內(nèi)腔與切向孔交界處的毛刺鉸除。⑥精鉸切向孔翻邊毛刺:采用比孔徑小0.005-0.01mm的鉸刀,在鉆床上,將切向孔與內(nèi)腔交界處翻邊毛刺再次鉸除。⑦內(nèi)腔精拋毛刺:在小型臥式車床上,將150-180目細(xì)砂紙纏在油石頭上,拋光切向孔附近得內(nèi)腔,將毛刺清除。⑧疏通切向孔:用比孔徑小0.005-0.01mm左右的銷棒,疏通切向孔。⑨切向孔毛刺去除完成后,需采用顯微鏡對切向孔毛刺進行檢查,放大倍數(shù)不低于30倍,且切向孔進、出口狀態(tài)需滿足相關(guān)技術(shù)文件要求。
2.6流試驗與返修
噴嘴液流不合格或配套比例不滿足要求時,設(shè)計技術(shù)文件一般允許通過鉸孔或切向孔入口倒角的方式滿足要求。對于技術(shù)要求倒角保證流量的,需要滿足以下要求:①倒角時,雙手端持噴嘴,臺鉆轉(zhuǎn)速為1000-1500r/min,切向孔向上正對鉆頭,鉆頭角度約120°。②倒角后,采用約17°的油石尖角,對倒角后的棱邊均勻鈍化,并在至少30倍顯微鏡下檢查切向孔入口毛刺。
2.7質(zhì)量檢測
①噴嘴尺寸需全檢全測量,為適應(yīng)大批量生產(chǎn)需求,對于采用數(shù)控加工的尺寸,在工藝規(guī)程中已經(jīng)明確機床、加工程序、刀具更換頻率、抽檢比例等參數(shù)的前提下,允許采用首件、中間件、尾件抽檢的方式進行尺寸檢驗。②切向孔孔徑檢測應(yīng)采用塞規(guī)檢測;切向孔定位尺寸推薦采用插銷棒,測量銷棒與定位面的距離,然后再加上銷棒半徑的方式進行測量,銷棒直徑比孔徑小0.005-0.01mm,不得晃動;切向孔偏心距推薦采用插校棒,然后三坐標(biāo)或萬能工具顯微鏡進行測量,銷棒直徑比孔徑小0.005-0.01mm,不得晃動;切向孔毛刺在至少30倍顯微鏡下進行檢查。
3結(jié)論
噴嘴作為燃?xì)獍l(fā)生器的重要單元,主要研究了噴嘴技術(shù)要求,殼體的粗、精車、切向小孔加工、鉗工去毛刺、液流試驗與返修、質(zhì)量檢測等相關(guān)工藝參數(shù)和要求。在經(jīng)過相應(yīng)試驗后,噴嘴的加工合格率和質(zhì)量有了大幅提升。
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作者:崔薇 李業(yè)棟 單位:西安航天發(fā)動機有限公司