薄壁花瓶状冷却室的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液体火箭冲压发动机推力室的零件，具体地指一种液体冲压发动机推力室的薄壁花瓶状冷却室的加工方法。
【背景技术】
[0002]在液体火箭发动机领域，推力是导弹飞行的动力来源，液态燃料燃烧产生喷流通过推力室产生推力来助推导弹飞行。推力室由助力室、冷却室和喷注器组成，如图1所示，是推力室其中零部件冷却室。冷却室表面是由几十条放射性沟槽组成，诸多沟槽可以起到很好的冷却作用，以降低燃烧室的温度，增强导弹材料的抗高温性能，从而使得导弹顺利击中目标，因此，薄壁花瓶状放射性沟槽类冷却室在液体火箭发动机中得到广泛应用。
[0003]冷却室为典型的长径比大的零件，传统的机械加工方法是用三爪自定心或四爪卡盘装夹冷却室底座，加工时因冷却室壁厚薄和高度大的原因，冷却室变形严重，加工质量不稳定。冷却室毛坯最初制造是采用圆环锻件，然后逐步去除余料，因该类零件上下直径相差悬殊，造成材料利用率仅为15 %左右，不仅造成了原材料的浪费，同时，加大了加工周期和生成成本。因此，解决薄壁花瓶状放射性沟槽零件加工过程中变形和毛坯料制造问题。就能提高该类零件的加工效率、表面质量和材料利用率，同事解决了液体发动机推力室冷却效果差的难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种液体冲压发动机推力室的薄壁花瓶状冷却室的加工方法，本加工方法保证该零件的表面质量，提高其冷却效果，助力液体火箭发动机推力室的温度处于正常范围指标内工作。利用该零件制备推力室，有效地解决了液体发动机推力室冷却效果差的难题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供的一种薄壁花瓶状冷却室的加工方法，包括以下步骤:
[0006]1)根据薄壁花瓶状冷却室尺寸大小加工毛坯组件，该毛坯组件由圆柱形锻件毛坯、喉颈形锻件毛坯和锥形环锻件毛坯组成，其中，所述圆柱形锻件毛坯的外径，喉颈形锻件毛坯为中间窄两端大的结构，其一端外径与圆柱形锻件毛坯的外径的大小相同，另一端外径与锥形环锻件毛坯一端外径大小相同，锥形环锻件毛坯的外径由一端至另一端逐渐增大且锥形环锻件毛坯大直径端外延上设置有圆环；
[0007]2)在圆柱形锻件毛坯、喉颈形锻件毛坯和锥形环锻件毛坯的外圆与内孔单边预留3?5mm粗加工余量;将上述三个毛还置于卧式车削中心上进行粗加工，外圆单边去除余量
0.5?1.5mm，内孔单边去除余量1.0?1.5mm;它们焊接处削出相互配合焊接的坡口，
[0008]3)将圆柱形锻件毛坯、喉颈形锻件毛坯和锥形环锻件毛坯焊接成毛坯组件；
[0009]4)将辅助工装穿插压板从圆柱形锻件毛坯穿入毛坯组件内部，从锥形环锻件毛坯处分批注入石膏，石膏完全充满毛坯组件内部，然后辅助工装穿插压板与T型螺母配合固定，再通过辅助工装穿插压板将毛坯组件固定在数控机床回转工作台上，
[0010]5)机床刀具选择和机床工作参数，粗加工刀具选择面铣刀、精加工采用车削中心内孔切槽刀、最后采用端铣刀清理毛坯组件底面；数控机床的参数的设置，主轴转速S为2600 ?3200rpm;F = 800 ?1200mm/min;
[0011]6)放射性沟槽的加工分别粗加工和精加工，其中，
[0012]粗加工的参数:切深ap = 0.8?1.2111111，切削速度\^=160?180111111/111；[11
[0013]精加工的参数:切深ap = 0.3?0.5mm，切削速度VC = 200?220mm/min
[0014]7)最后用木质榔头轻敲小头端石膏，使石膏移出冷却室内孔，并用工业酒精对冷却室进行擦拭清洗;得到薄壁花瓶状冷却室，其中，薄壁花瓶状冷却室由圆柱形锻件、喉颈形锻件和锥形环锻件组成。
[00?5] 进一步地，所述步骤1)中，所述圆柱形锻件毛还一端的外径Φ为158?168mm，所述喉颈形锻件毛坯中间处外径Φ为55?65mm;所述锥形环锻件毛坯一端的外径Φ为150?168mm，另一端的外径Φ为360?370mm。
[0016]再进一步地，所述步骤2)中，坡口的角度为30?60°，宽度为0.5?1.5mm。
[0017]再进一步地，所述步骤3)中，将喉颈形锻件毛坯一端和锥形环锻件毛坯小直径端焊接成一体，打磨焊缝平整，不允许有夹杂或裂纹出现;然后在温度为150?170°C条件下退火5?7h，再在温度为80°C?85°C温度下保温3?4h;再将圆柱形锻件毛坯的小直径端与喉颈形锻件毛坯另一端焊接成一体，打磨焊缝平整，不允许有夹杂或裂纹出现;然后在温度为150?170°C条件下退火5?7h，再在温度为80°C?85°C温度下保温3?4h;得到毛坯组件。
[0018]再进一步地，所述步骤5)中，面铣刀的大小为Φ80 X 3，精加工采用车削中心内孔切槽刀的大小为Φ 20 X 3、端铣刀大小为Φ 3。
[0019]再进一步地，所述步骤7)制备得到的薄壁花瓶状冷却室的表面粗糙度<3.2。
[0020]再进一步地，所述薄壁花瓶状冷却室的圆柱形锻件外径Φ为150?155mm，圆柱形锻件外壁的沟槽壁厚为0.8?1.5_;所述薄壁花瓶状冷却室的喉颈形锻件中间处外径为48?55mm，喉颈形锻件外壁的沟槽从一端至另一端壁厚先逐渐减小再逐渐增大，其两端的壁厚为0.8?1.5mm，中间的壁厚为0.2?0.5mm;所述薄壁花瓶状冷却室的锥形环锻件一端的外径Φ为140?145mm，另一端的外径Φ为315?330mm;锥形环锻件外壁的沟槽的厚度逐渐增大，其最大厚度为1.50?1.80mm。
[0021 ]再进一步地，所述薄壁花瓶状冷却室的沟槽的数目为50?60个。
[0022]本发明的机械加工方法是通过对推力室壳体冷却室零件上花瓶状放射性沟槽的加工，保证了设计的尺寸要求和表面粗糙度要求，论证了操作的可行性，产品经过多次地面试验考核，具有以下技术效果:
[0023]其一，加工精度高，几十条沟槽完全满足产品设计精度要求；
[0024]其二，加工效率较高，工程实现容易，较传统的其它装夹方式加工，效率提高2倍以上；
[0025]其三，产品可靠性好，达到了设计液体流畅降低燃烧室温度的效果，未有一次产品返修现象出现；
[0026]其四，毛坯料制造工艺过程简单，原材料利用率提高4倍以上。
[0027]本发明的加工方法工序安排合理、工作效率高、制造成本低，不仅有效解决了零件的加工变形问题、大大提高了原材料利用率，而且提高了零件的加工精度和表面质量。
【附图说明】
[0028]图1为薄壁花瓶状冷却室的结构示意图；
[0029]图2为辅助工装穿插压板的结构示意图；
[0030]图3为T型螺母的示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
[0032]实施例1
[0033 ] 一种薄壁花瓶状冷却室的加工方法，包括以下步骤:
[0034]1)根据薄壁花瓶状冷却室尺寸大小加工毛坯组件，该毛坯组件由圆柱形锻件毛坯1、喉颈形锻件毛坯2和锥形环锻件毛坯3组成，其中，所述圆柱形锻件毛坯1的外径，喉颈形锻件毛坯2为中间窄两端大的结构，其一端外径与圆柱形锻件毛坯1的外径的大小相同，另一端外径与锥形环锻件毛坯一端外径大小相同，锥形环锻件毛坯3的外径由一端至另一端逐渐增大且锥形环锻件毛坯3大直径端外延上设置有圆环；
[0035]所述圆柱形锻件毛坯1 一端的外径Φ为158mm，所述喉颈形锻件毛坯2中间处外径Φ为5