CN107718576A - 潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，该方法包括如下步骤：将回转体状的喉衬沿其环向均分为N块喉衬块进行加工，每块所述喉衬块由长方体坯料在数控铣床上通过铣加工成具有一个斜切角的等腰梯形体结构，每块所述喉衬块的两侧梯形斜面上沿其长度方向加工有条形凹槽；利用粘接装配工装将N块喉衬块拼装粘接成回转体状的喉衬；利用加压工装向喉衬施加压力进行周向加固直至胶粘剂完全固化；将加压工装拆卸后，取出粘接固化后的喉衬按照设计的形状和尺寸进行机加工成型。本发明的装配方法能有效地降低喉衬的生产及加工难度，保证产品质量的一致性。

Description

潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法
技术领域
本发明涉及潜入式喷管喉衬的技术领域，具体地指一种潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法。
背景技术
固体火箭发动机的喷管飞行器提供推力的部位，喉衬位于喷管的喉部，其烧蚀状态最苛刻，喉衬内型面容易受高温、高压、高速且含有侵蚀性粒子的热流冲刷烧蚀而损伤，尤其在发动机点火瞬间，喉衬从常温以大于2000℃/s速度骤然升温，产生极大的温度梯度和热应力，易使喉衬出现裂纹或碎裂，将直接影响发动机的推力和效率，甚至失去工作能力。
目前，国内外固体火箭发动机喉衬最常用的材料是整体3D编织C/C复合材料。由于国内外固体火箭发动机技术的飞速发展，大直径、大流量固体火箭发动机应用越来越多，但对于整体3D编织C/C复合材料喉衬来讲，由于制作工艺及设备的限制，喉衬尺寸达到某种瓶颈尺寸时，会极大的增加工艺难度、复杂性，成型后的产品质量较差，可能存在渗碳不均匀、富碳区较多、材料强度离散度大等缺陷，产品的一致性难以保证，而且生产成本高昂。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，该装配方法将回转体状的喉衬沿其环向均分为N块喉衬块进行装配，能有效地降低喉衬的生产及加工难度，保证产品质量的一致性。
为实现上述目的，本发明所提供的一种潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，它包括如下步骤：
1)将回转体状的喉衬沿其环向均分为N块喉衬块进行加工，每块所述喉衬块由长方体坯料在数控铣床上通过铣加工成具有一个斜切角的等腰梯形体结构，每块所述喉衬块的两侧梯形斜面上沿其长度方向加工有条形凹槽；
2)利用粘接装配工装将N块喉衬块拼装粘接成回转体状的喉衬，相邻两块所述喉衬块之间填充有胶粘剂，每块所述喉衬块两侧的条形凹槽内填充有条状抗烧蚀材料；
3)利用加压工装向喉衬施加压力进行周向加固直至胶粘剂完全固化；
4)将加压工装拆卸后，取出粘接固化后的喉衬按照设计的形状和尺寸进行机加工成型。
进一步地，所述步骤2)中，粘接装配工装包括底座、设置在底座中部与其垂直固定连接的芯轴、套设在芯轴外圈的衬套；
所述底座的上端面设置有用于放置喉衬块且环绕芯轴外周布置的环形槽，所述环形槽的横截面呈倒直角梯形状，且环形槽的梯形斜面可与喉衬块的斜切角相抵合。
进一步地，所述底座的中部设置有限位孔，所述芯轴的底部设置有用于与限位孔相嵌合的限位凸台。
进一步地，所述步骤3)中，加压工装包括用于套设在喉衬的外圈可对其施加周向约束力的中空圆台状箍环、用于套设在箍环的外圈上方可对其施加周向约束力的具有圆台状内腔的滑盖、设置在滑盖的上方用于对其传递向下压力的压力传感装置、以及设置在压力传感装置的上方用于对其施加向下压力的加压平台；
所述箍环由第一半箍环和第二半箍环组成，所述第一半箍环与第二半箍环的连接处呈锯齿状；所述箍环的外圈直径由顶端向底端逐渐增大，所述滑盖的内腔直径由顶端向底端逐渐增大，且所述滑盖的内腔形状与箍环的外圈形状相匹配；所述滑盖可在加压平台施加向下压力的作用下沿箍环的外壁向下滑动对箍环的外周形成周向约束。
进一步地，所述加压工装还包括设置在加压平台两侧的导向杆、以及用于固定导向杆的支撑平台，所述加压平台的两侧对应设置有用于供导向杆穿过的导向孔。
进一步地，所述步骤2)中，利用粘接装配工装将N块喉衬块拼装粘接成回转体状的喉衬的具体方法为：
2.1)将芯轴由下至上穿过底座的限位孔直至底部的限位凸台与限位孔嵌合，再将衬套套装在芯轴上；
2.2)将喉衬块的两侧梯形斜面上涂抹胶粘剂，并将抗烧蚀材料填充于条形凹槽内；
2.3)将喉衬块依次沿周向摆放在环形槽内，且将喉衬块的斜切角与环形槽的梯形斜面相抵合，相邻两块喉衬块的梯形斜面相贴合，直至最后一块喉衬块装配完成。
进一步地，所述步骤3)中，利用加压工装向喉衬施加压力进行周向加固的具体步骤为：
3.1)在步骤2)处理后的喉衬外圈套设箍环，箍环的内壁与上下端面均涂抹有脱模剂，箍环的底端面与环形槽的梯形斜面相抵接，调节每块喉衬块与衬套贴合牢固；
3.2)在箍环的外圈上部套设滑盖，并在滑盖的上部依次放置压力传感装置、加压平台，并将加压平台上的导向孔穿过对应的导向杆；
3.3)向加压平台缓慢施加向下压力，直至压力值达到设定值后停止加压，并保持压力直至胶粘剂完全固化。
进一步地，所述步骤4)中，在机加工过程中，喉衬通过套设在其外圈上的包容环进行夹装，所述包容环上具有可调节松紧的开口。
再进一步地，所述步骤1)中，N为10～30内的整数；所述长方体坯料为C/C复合材料制成的坯料。
更进一步地，所述步骤2)中，条状抗烧蚀材料为柔性石墨或碳纤维材料制成的弹性条状构件。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明通过将回转体状的喉衬沿其环向均分为N块喉衬块进行加工，再通过特定的装配工艺及装配工装连接成整体式喉衬，单独的喉衬块体积相对整体喉衬小，能有效地降低喉衬的生产及加工难度。
其二，本发明将大尺寸的喉衬分为N块小尺寸的喉衬块进行加工，对坯料尺寸要变小，可以有效地节约原材料，工艺制备及加工成本也得以降低，同时由于单独的喉衬块尺寸减小、厚度减薄，使得渗碳较为均匀，产品的质量一致性更容易保证。
其三，本发明的装配方法中利用粘接装配工装将N块喉衬块拼装粘接成回转体状的喉衬，粘接装配工装的底座上端面设置有用于放置喉衬块且环绕芯轴外周布置的环形槽，环形槽的横截面呈倒直角梯形状，可以使得环形槽的梯形斜面可与喉衬块的斜切角相抵合，对喉衬块起到支撑和定位的作用。
其四，本发明的装配方法中利用加压工装向喉衬施加压力进行周向加固，加压工装设计有箍环和滑盖，滑盖可在加压平台施加向下压力的作用下沿箍环的外壁向下滑动对箍环的外周形成周向约束，同时对环向分块的喉衬块加压自动锁紧，从而保证喉衬块之间粘接的均匀性。
附图说明
图1为一种潜入式喷管喉衬的结构示意图；
图2为喉衬块的放大结构示意图；
图3为图2中沿A-A方向的剖视结构示意图；
图4为喉衬块粘接装配时的结构示意图；
图5为喉衬加压固化时的结构示意图；
图6为图5中箍环的结构示意图；
图7为包容环的结构示意图；
图中：喉衬1、喉衬块2、斜切角2.1、条形凹槽2.2、粘接装配工装3、底座3.1、环形槽3.11、限位孔3.12、芯轴3.2、限位凸台3.21、衬套3.3、、加压工装4、箍环4.1、第一半箍环4.11、第二半箍环4.12、滑盖4.2、压力传感装置4.3、加压平台4.4、导向孔4.41、导向杆4.5、支撑平台4.6、包容环5、开口5.1。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。
如图所示一种潜入式喷管喉衬，它的环向分块装配方法包括如下步骤：
1)将回转体状的喉衬1沿其环向均分为N(N为10～30内的整数)块喉衬块2进行加工，每块N块喉衬块2由长方体坯料(C/C复合材料制成的规则长方体坯料)在数控铣床上通过铣加工成具有一个斜切角2.1的等腰梯形体结构，每块喉衬块2的两侧梯形斜面上沿其长度方向加工有条形凹槽2.2；
2)利用粘接装配工装3将N块喉衬块2拼装粘接成回转体状的喉衬1，相邻两块喉衬块2之间填充有胶粘剂(优选为耐超高温有机胶粘剂)，每块喉衬块2两侧的条形凹槽2.2内填充有条状抗烧蚀材料，条状抗烧蚀材料为柔性石墨或碳纤维材料制成的弹性条状构件，形成“盲区”结构，防止穿火造成发动机工作失效；
3)利用加压工装4向喉衬1施加压力进行周向加固直至胶粘剂完全固化，保证喉衬块2之间粘接的均匀性，；
4)将加压工装4拆卸后，取出粘接固化后的喉衬1按照设计的形状和尺寸进行机加工成型，在机加工过程中，喉衬1通过套设在其外圈上的包容环5进行夹装，包容环5上具有可调节松紧的开口5.1。
上述技术方案中，步骤2中，粘接装配工装3包括底座3.1、设置在底座3.1中部与其垂直固定连接的芯轴3.2、套设在芯轴3.2外圈的衬套3.3；底座3.1的上端面设置有用于放置喉衬块2且环绕芯轴3.2外周布置的环形槽3.11，环形槽3.11的横截面呈倒直角梯形状，且环形槽3.11的梯形斜面可与喉衬块2的斜切角2.1相抵合。底座3.1的中部设置有限位孔3.12，芯轴3.2的底部设置有用于与限位孔3.12相嵌合的限位凸台3.21。
上述技术方案中，步骤2中，利用粘接装配工装3将N块喉衬块2拼装粘接成回转体状的喉衬1的具体方法为：
2.1)将芯轴3.2由下至上穿过底座3.1的限位孔3.12直至底部的限位凸台3.21与限位孔3.12嵌合，再将衬套3.3套装在芯轴3.2上；
2.2)将喉衬块2的两侧梯形斜面上涂抹胶粘剂，并将抗烧蚀材料填充于条形凹槽2.2内；
2.3)将喉衬块2依次沿周向摆放在环形槽3.11内，且将喉衬块2的斜切角2.1与环形槽3.11的梯形斜面相抵合，直至最后一块喉衬块2装配完成，喉衬块2的梯形体面积最小的一侧端面朝向衬套3.3且与其外壁贴合，相邻两块喉衬块2的梯形斜面之间相互贴合，喉衬块2的宽度由朝向衬套3.3的一端向朝向箍环4.1的一端逐渐增大。
上述技术方案中，步骤3中，加压工装4包括用于套设在喉衬1的外圈可对其施加周向约束力的中空圆台状箍环4.1、用于套设在箍环4.1的外圈上方可对其施加周向约束力的具有圆台状内腔的滑盖4.2、设置在滑盖4.2的上方用于对其传递向下压力的压力传感装置4.3、设置在压力传感装置4.3的上方用于对其施加向下压力的加压平台4.4、设置在加压平台4.4两侧的导向杆4.5、以及用于固定导向杆4.5的支撑平台4.6，加压平台4.4的两侧对应设置有用于供导向杆4.5穿过的导向孔4.41。箍环4.1由第一半箍环4.11和第二半箍环4.12组成，第一半箍环4.11与第二半箍环4.12的连接处呈锯齿状；箍环4.1的外圈直径由顶端向底端逐渐增大，滑盖4.2的内腔直径由顶端向底端逐渐增大，且滑盖4.2的内腔形状与箍环4.1的外圈形状相匹配；滑盖4.2可在加压平台4.4施加向下压力的作用下沿箍环4.1的外壁向下滑动对箍环4.1的外周形成周向约束。
上述技术方案中，步骤3中，利用加压工装4向喉衬1施加压力进行周向加固的具体步骤为：
3.1)在步骤2处理后的喉衬1外圈套设箍环4.1，箍环4.1的内壁与上下端面均涂抹有脱模剂，保证不会被挤出的胶粘剂将其与喉衬块2粘接在一起，箍环4.1的底端面与环形槽3.11的梯形斜面相抵接，检查并手动调节每块喉衬块2与衬套3.3贴合牢固，衬套3.3为由弹性非金属材料制成；
3.2)在箍环4.1的外圈上部套设滑盖4.2，并在滑盖4.2的上部依次放置压力传感装置4.3、加压平台4.4，并将加压平台4.4上的导向孔4.41穿过对应的导向杆4.5；
3.3)向加压平台4.4缓慢施加向下压力，直至压力值达到设定值后停止加压，并保持压力直至胶粘剂完全固化。
本发明通过将喉衬由原有的整体式喉衬结构，分割为特定结构形式的N块喉衬块，再通过特定的装配工艺及装配工装连接成整体式喉衬。单独的喉衬块体积相对整体喉衬小，能有效地降低喉衬的生产及加工难度；因对坯料尺寸要变小，可以有效地节约原材料，工艺制备及加工成本也得以降低；同时由于单独的喉衬块尺寸减小，厚度减薄，使得渗碳较为均匀，产品的质量一致性更容易保证。
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。

Claims (10)

1.一种潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：它包括如下步骤：
1)将回转体状的喉衬(1)沿其环向均分为N块喉衬块(2)进行加工，每块所述喉衬块(2)由长方体坯料在数控铣床上通过铣加工成具有一个斜切角(2.1)的等腰梯形体结构，每块所述喉衬块(2)的两侧梯形斜面上沿其长度方向加工有条形凹槽(2.2)；
2)利用粘接装配工装(3)将N块喉衬块(2)拼装粘接成回转体状的喉衬(1)，相邻两块所述喉衬块(2)之间填充有胶粘剂，每块所述喉衬块(2)两侧的条形凹槽(2.2)内填充有条状抗烧蚀材料；
3)利用加压工装(4)向喉衬(1)施加压力进行周向加固，直至胶粘剂完全固化；
4)将加压工装(4)拆卸后，取出粘接固化后的喉衬(1)，按照设计的形状和尺寸进行机加工成型。
2.根据权利要求1所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤2)中，粘接装配工装(3)包括底座(3.1)、设置在底座(3.1)中部与其垂直固定连接的芯轴(3.2)、套设在芯轴(3.2)外圈的衬套(3.3)；
所述底座(3.1)的上端面设置有用于放置喉衬块(2)且环绕芯轴(3.2)外周布置的环形槽(3.11)，所述环形槽(3.11)的横截面呈倒直角梯形状，且环形槽(3.11)的梯形斜面可与喉衬块(2)的斜切角(2.1)相抵合。
3.根据权利要求2所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述底座(3.1)的中部设置有限位孔(3.12)，所述芯轴(3.2)的底部设置有用于与限位孔(3.12)相嵌合的限位凸台(3.21)。
4.根据权利要求3所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤3)中，加压工装(4)包括用于套设在喉衬(1)的外圈可对其施加周向约束力的中空圆台状箍环(4.1)、用于套设在箍环(4.1)的外圈上方可对其施加周向约束力的具有圆台状内腔的滑盖(4.2)、设置在滑盖(4.2)的上方用于对其传递向下压力的压力传感装置(4.3)、以及设置在压力传感装置(4.3)的上方用于对其施加向下压力的加压平台(4.4)；
所述箍环(4.1)由第一半箍环(4.11)和第二半箍环(4.12)组成，所述第一半箍环(4.11)与第二半箍环(4.12)的连接处呈锯齿状；所述箍环(4.1)的外圈直径由顶端向底端逐渐增大，所述滑盖(4.2)的内腔直径由顶端向底端逐渐增大，且所述滑盖(4.2)的内腔形状与箍环(4.1)的外圈形状相匹配；所述滑盖(4.2)可在加压平台(4.4)施加向下压力的作用下沿箍环(4.1)的外壁向下滑动对箍环(4.1)的外周形成周向约束。
5.根据权利要求4所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述加压工装(4)还包括设置在加压平台(4.4)两侧的导向杆(4.5)、以及用于固定导向杆(4.5)的支撑平台(4.6)，所述加压平台(4.4)的两侧对应设置有用于供导向杆(4.5)穿过的导向孔(4.41)。
6.根据权利要求3所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤2)中，利用粘接装配工装(3)将N块喉衬块(2)拼装粘接成回转体状的喉衬(1)的具体方法为：
2.1)将芯轴(3.2)由下至上穿过底座(3.1)的限位孔(3.12)直至底部的限位凸台(3.21)与限位孔(3.12)嵌合，再将衬套(3.3)套装在芯轴(3.2)上；
2.2)将喉衬块(2)的两侧梯形斜面上涂抹胶粘剂，并将抗烧蚀材料填充于条形凹槽(2.2)内；
2.3)将喉衬块(2)依次沿周向摆放在环形槽(3.11)内，且将喉衬块(2)的斜切角(2.1)与环形槽(3.11)的梯形斜面相抵合，相邻两块喉衬块(2)的梯形斜面相贴合，直至最后一块喉衬块(2)装配完成。
7.根据权利要求5所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤3)中，利用加压工装(4)向喉衬(1)施加压力进行周向加固的具体步骤为：
3.1)在步骤2处理后的喉衬(1)外圈套设箍环(4.1)，箍环(4.1)的内壁与上下端面均涂抹有脱模剂，箍环(4.1)的底端面与环形槽(3.11)的梯形斜面相抵接，调节每块喉衬块(2)与衬套(3.3)贴合牢固；
3.2)在箍环(4.1)的外圈上部套设滑盖(4.2)，并在滑盖(4.2)的上部依次放置压力传感装置(4.3)、加压平台(4.4)，并将加压平台(4.4)上的导向孔(4.41)穿过对应的导向杆(4.5)；
3.3)向加压平台(4.4)缓慢施加向下压力，直至压力值达到设定值后停止加压，并保持压力直至胶粘剂完全固化。
8.根据权利要求1～7任一项所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤4)中，在机加工过程中，喉衬(1)通过套设在其外圈上的包容环(5)进行夹装，所述包容环(5)上具有可调节松紧的开口(5.1)。
9.根据权利要求1～7任一项所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤1)中，N为10～30内的整数；所述长方体坯料为C/C复合材料制成的坯料。
10.根据权利要求1～7任一项所述的潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法，其特征在于：所述步骤2)中，条状抗烧蚀材料为柔性石墨或碳纤维材料制成的弹性条状构件。
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