[发明专利]液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法

说明书

本发明公开了一种液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，包括如下步骤：1)弯形：将处于退火态且内部充满填充物的单管工件置于弯形工装中进行弯形加工，使其沿理论单管的内型面曲线进行弯曲；2)预成形：将单管工件置于合页压板结构的预成形工装中，利用预成形工装将单管工件压制成两侧平面夹角与理论单管相同的扁圆形；3)液压胀形：采用具有与理论单管外表面完全贴合的高压成形内腔的内高压成形模具，从单管工件的内部向外施加高压进行胀形处理；4)退火使单管工件恢复退火态。5)重复步骤3)、4)直至单管工件与高压成形内腔壁面完全贴合，截取获得成品单管。该方法可显著提高单管产品的加工精度和合格率。

技术领域

本发明涉及一种液体火箭发动机推力室，特别是指一种液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法。

背景技术

管束式是液体火箭发动机推力室再生冷却身部的主要结构形式之一，由一定数量的成形管子组合装配在一起，用钎焊和熔焊的方法焊接成整体。

管束式再生冷却身部可以采用圆管、半圆抛物线型管、矩形管，其中圆管填凹槽费钎料且降低了冷却能力，半圆管相对节省一半焊料，但整体刚性低，需要增加加强箍等，导致重量较重，而且半圆管成本较高。进一步研究表明，采用纵横比小的矩形管是兼顾刚性、成本、重量的最佳方案。

液体火箭发动机推力室管束式再生冷却身部管加工的工艺难点在于受限于拉瓦尔喷管的结构，管截面积呈先变小后变大的变化趋势，且管束式再生冷却身部由若干根管束装配后钎焊完成，焊接之后没有冷加工工序，因此对管的一致性和尺寸的精度提出了极高的要求。其工艺难点主要体现在以下几个方面：

1)每台推力室身部有几十甚至几百根单管，其累积误差值对组合、钎焊影响很大，单管成形不但要保证型面尺寸，而且应严格控制各截面尺寸，尤其要保证圆心角，成形方法对保证质量至关重要。

2)单管成形过程中易出现：侧面不规则凹陷；管子非对称收口，两边受力不均影响该处成形尺寸精度；零件长，管径小，在成形过程中易产生非正常变形，一般需采用液压填充成形法。

3)零件的内腔容积较小，承压能力较差，传统加压方式极易将内腔液压瞬间冲高，超越管屈服极限，产生非正常变形或者发生爆破现象；

4)管的伸长率较低，受限于拉瓦尔喷管的结构，单管部分位置的伸长率最大超过100％。

另外，此类零件采用传统的加工工艺，材料利用率低、加工成本高，且合格率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高产品加工精度和合格率的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法。

为实现上述目的，本发明所设计的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，包括如下步骤：

1)弯形：将处于退火态且内部充满填充物(如石蜡、细砂、松香、机油等)的单管工件(指加工所用的单管)置于弯形工装中进行弯形加工，使其沿理论单管(指由设计模型导出的变截面异形单管)的内型面曲线进行弯曲；

2)预成形：将经过步骤1)处理后的单管工件置于合页压板结构的预成形工装中，利用预成形工装将单管工件压制成两侧平面夹角与理论单管相同的扁圆形；

3)液压胀形：采用具有与理论单管外表面完全贴合的高压成形内腔的内高压成形模具，将上一步骤获得的单管工件固定在该内高压成形模具中，再在单管工件的两端分别设置管接头，将其中一端的管接头通过液压管道与液压装置相连；在较低压力下向单管工件内输入液压油，待液压油充满单管工件后，封堵另一端的管接头；提高液压装置压力到成形所需压力，从单管工件的内部向外施加高压进行胀形处理，保压适当时间，卸压后开模取出；

4)退火：将开模取出的单管工件清理干净后，进行退火处理使之恢复退火态；