铌环-C∕SiC复合材料喷管的车削工装设计.pdf

《铌环-C∕SiC复合材料喷管的车削工装设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、制造技术研究航天制造技术铌环-C/SiC复合材料喷管的车削工装设计1,212黎明顾力强郭洪勤（1.上海交通大学，上海200030；2.上海空间推进研究所，上海200233）摘要：某火箭发动机采用C/SiC复合材料的喷管，并在喷管上沉积一个带焊接头的铌环，通过该铌环与发动机金属头部进行电子束焊接。现需要车削完成喷管铌环的焊接台阶等特征。本文介绍了一种工装设计的新思路，即通过组合车削工装寻找定位基准。通过实际加工证明：该工艺技术完全满足焊接台阶的形位公差要求，并有效地解决了C/SiC复合材料脆性断裂等难题，最终满足了发动机的性能指标。关键词：C/SiC复合材料喷管；车削

2、；工装设计DesignofTurningEquipmentofNiobiumRing-ceramicMatrixCompositesRocketEngineThrusters1,212LiMingGuLiqiangGuoHongqin(1.ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030;2.ShanghaiInstituteofSpacePropulsion,Shanghai200233)Abstract：Amodelofrocketengineadoptstheceramicmatrixcompositesnozzle,onwh

3、ichaniobiumringwasdepositedtoconnecttotheenginebymeansofelectronbeamwelding.Forturningtheweldingstageofniobiumring,thispaperintroducesakindofprocessequipmentdesigntrainofthought.Byusingcombiningprocessequipmenttofindnewpositioningbase,iteffectivelysolvedtheproblemofthefractureofceramic

4、matrixcomposites.Thistechnologycompletelysatisfiedtherequirementsoftoleranceofweldingstagebyturningresults.Anditimprovestheperformanceoftheenginemuchfurther.Keywords：ceramicmatrixcompositesnozzle；turning；equipmentdesign1引言化学气相沉积技术在喷管上沉积一截铌层，将铌层加工成一个带焊接头的铌环，通过铌环与发动机金属头液体火箭发动机的工况主要有高燃气温度

5、、强氧部进行电子束焊接，从而实现复合材料喷管与发动机化性、强冲刷性等特点，故对推力室喷管的材料有严的连接。格的要求。传统的双组元液体火箭发动机液膜冷却推本文介绍了一种C/SiC复合材料喷管组合车加工力室一般采用高温合金制备而成。高温合金材料的密技术。主要从工艺装备的设计阐述了如何保证喷管的度大、工作温度通常不超过1500℃，这限制了火箭发推力轴线精度，并满足电子束焊接的要求。动机比冲和推重比等性能的进一步提高。C/SiC复合材料的特点主要有：低密度（1.8～2加工难点32.0g/cm）、零热胀系数、耐高温、抗氧化。使用该复合材料能够减轻发动机的重量，提高工作温度，进

6、而图1为铌环-复合材料喷管连接结构示意图。由[1，2]提高发动机的整体性能。图1可知，该铌层不规则地沉积在复合材料喷管上，现有发动机采用了C/SiC复合材料喷管，并通过垂直度与圆柱度均无法满足电子束焊接的要求，需要作者简介：黎明（1986-），工程师，液体火箭发动机机械加工工艺专业；研究方向：液体火箭发动机双元推力室机械加工工艺。收稿日期：2013-12-1845制造技术研究2014年4月第2期另外车加工铌环，形成一个焊接台阶。图2为铌环-复合材料喷管的加工示意图。[3]图4C/SiC复合材料断面图1铌环-复合材料喷管连接结构示意图b.无定位基准：C/SiC复合材料

7、喷管的外圆圆柱度与内、外型面轮廓度与金属制品件无法同日而语。经实测，外圆圆柱度最大偏差可达到2mm左右；外型面轮廓度则普遍在0.5mm。微观上看，C/SiC复合材料喷管呈扭曲状，而复合材料的制品现状则无法通过喉部内型面这一基准来实现同轴度0.15mm与垂直度0.05mm的精度。c.头重脚轻：如图5所示，沉积铌层的重量要比C/SiC重，在车加工光出铌环平面并保证总长时，需图2铌环-复合材料喷管的加工示意图要车削的余量很多；如控制不好进给量，则极容易造成工件翘尾并断裂。由图2可知，以C/SiC复合材料喷管内型面靠近喉部处为基准，要求铌环的焊接台阶保证同轴度0.15m