固体火箭发动机制造工艺.ppt

固体火箭发动机 加工工艺,侯玮杰,,,提 纲,燃烧室壳体加工工艺流程,,,,燃烧室壳体加工工艺流程,,,,低合金超高强度钢合金元素含量少（<5%），经济性好，强度高，屈强比低，但韧性相对 较低此类钢是通过淬火和低温回火处理获得回火马氏体组织或者通过淬火和高温回火处理获得回火索氏体，钢的强度有所降低，但是具有更好的综合性能含碳量增加，钢的强度升高；而塑性和韧性相应降低因此，在保证足够强度的原则下，尽可能降低钢中含碳量，一般含碳量在0.30~0.45%钢中合金元素总量约在5%左右，Cr（铬）、Ni（镍）和Mn（锰）在钢中的主要作用是提高钢的淬透性，以保证较大的零件在适当的冷却条件下获得马氏体组织，Mo（钼），W（钨）和V（钒）的主要作用是提高钢的抗回火能力和细化晶粒等燃烧室壳体加工工艺流程,,,,这类钢的抗拉强度为1000-1860MPa，屈服强度范围为800-1660MPa.适宜于各种冷成形，可采用钨极氩弧焊（TIG）焊接，可采用一般的电阻炉进行热处理广泛应用于各种战术和战略固体导弹发动机壳体主要包括：30CrMnSiA（ 简称 30钢 ）、32SiMnMoV（ 简称 32钢 ）、35SiMnCrMoV（ 406 ）、30SiMnCrMoV（D406）、45CrNiMoV（D6AC）。

燃烧室壳体加工工艺流程,,,,,钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC优点：比强度高、密度小、具有较高的高温强度；没有磁性，适合于空间发动机钛合金中以TC3和TC4应用比较广泛在固体火箭发动机上，铝合金主要用于纤维缠绕壳体的接头、裙框、喷管固定体、扩张段、支耳环等燃烧室壳体加工工艺流程,1.金属筒体,,2.封头,,燃烧室壳体加工工艺流程,,,,旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件旋压成形特别适用于中、大型固体火箭发动机壳体和喷管外壳，它可以消除纵向焊缝，显著提高壳体的承载能力和可靠性燃烧室壳体加工工艺流程,,,,根据旋压加工过程中毛坯厚度的变化情况，一般将旋压工艺分为普通旋压和强力旋压两种。

圆筒形件强力旋压工艺过程，其材料变形过程始终遵循体积不变原则，工件形状的改变为旋压前后圆筒壁厚的减薄、直径的变小、长度的增加，同时产品内径也会因工艺参数的不同而有不同程度的改变，最终产品要素为圆筒外（内）径、壁厚、长度、直线度、圆度等产品长度公式为：,燃烧室壳体加工工艺流程,,,,技术关键：控制圆筒的扩径量和避免内壁划伤通过合理选择旋压方式（正旋或反旋）和工艺参数（包括：旋压道次、减薄率、旋轮圆角半径、成形角、进给比等),采用高强度、高硬度的模具材料、用GM-1型二硫化钼成膜膏作为润滑剂和H-1型水剂高精磨夜作为冷却液等D406A钢Φ2m圆筒体旋压工艺流程如下：,圆筒体加工的特殊性 毛坯为锻件燃烧室壳体加工工艺流程,,,,采用旋压法加工大、中型封头具有其它加工方法无可比拟的优越性封头旋压通常是采用板料成形，变形前后壁厚不变化或者变化极小，直径变化较大，或收缩或扩大，旋压时较易失稳或局部拉薄，有单向前进旋压和往复摆动多道次逐步旋压两种方式（图中a和b）产品要素为封头外形轮廓度、已知位置直径、高度、壁厚等燃烧室壳体加工工艺流程,,,,目前，国内外在封头冷旋压成形中，主要采用两种方法一是一步法，即板坯在旋压机上一次旋压成形。

二是二步法，即板坯是在压鼓机上沿板坯展面逐点压制成球冠形，然后在旋压机上翻边一步法旋压封头，其工作效率远远高于采用二步法成形封头工艺过程，产品质量较好现阶段一步法旋压封头已处于主导地位，并已发展成熟 一次旋压成形工艺流程如下：,燃烧室壳体加工工艺流程,,,,冲压成形又称深拉伸成形，一般在液压机床上进行其原理如图所示：模具由铸钢加工而成，阳模为球形或者椭球形，阴模为圆环形冲压时将圆形毛料至于阴模上，施加适当的压边力，阳模向下移动，毛料与阳模接触后，各处发生不同的塑性变形，最后毛料紧贴阳模，成为厚度基本均匀的薄壁件燃烧室壳体加工工艺流程,,,,空间用球形固体火箭发动机壳体，一般采用TC3或TC4钛合金加工由于TC3钛合金板材变形抗力大，在室温下难以冲压成形，一般采用“夹板成形”工艺冲压工艺流程如下：,用两片稍大于毛料尺寸的普通钢板，将钛合金毛料夹在中间，周边焊接密封，留两个接管嘴，抽真空后通入氩气，然后加热至780-800℃，热透后置于液压机上冲压成形为了使冲压时的温度不至于降低太快，模具和压边圈应预热；为了防止板料从加热炉转移过程中散热，应加蓄热垫板和盖板，冲压前将他们移开，待冷却后将钛合金半球与钢半球分离开。

燃烧室壳体加工工艺流程,,,,切削加工主要适用于小型固体火箭发动机燃烧室筒体的加工，其毛坯一般直接选用热轧或者冷轧的无缝钢管主要用于加工火箭弹发动机、反坦克导弹、航空导弹等直径较小的固体火箭发动机130mm火箭弹燃烧室机械加工工艺流程如下：,在机械加工过程中应使内外表面交替进行加工，并使之互为定心基准，有利于壁厚差的消除和提高有关表面的同轴度燃烧室壳体加工工艺流程,,,,钨极氩弧焊是以氩气作为保护气体，利用钨电极与工件之间的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层来隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及近缝区的有害影响，从而获得优质的焊缝钨棒电极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件间产生电弧在焊接过程中可以填丝也可以不填丝填丝时，焊丝应从钨极前方填加a)钨极氩弧焊 b)熔化极氩弧焊,1—熔池 2一喷嘴 3一钨极 4一气体 5一焊缝 6一焊丝 7一送丝滚轮,燃烧室壳体加工工艺流程,,,,D406A是我国自行研制的一种超高强度钢, 含碳量高, 合金元素种类多, 热裂敏感性达, 淬硬倾向大, 可焊性比较差, 焊后容易出现冷裂纹等严重缺陷。

1.焊前准备因为产生冷裂纹的原因是氢聚集在焊缝金属的晶格内部, 产生内应力导致冷裂纹, 所以焊接坡口的表面及坡口附近的水分、油污、锈蚀都要清理干净, 可以用喷砂、打磨、烘烤等物理办法去氢焊前预热对焊缝和根部焊道很重要, 焊接过程中和焊接后的温度越高, 氢越容易从钢中逸出2.焊接坡口氩弧焊时一般根据焊丝直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、板料厚度来设计坡口坡口形式选择V 形坡口3.焊接规范燃烧室壳体加工工艺流程,,,热处理：通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改善其内部组织结构，以获得所需要性能的一种加工工艺燃烧室壳体加工工艺流程,,,铁碳相图,铁素体：碳在-Fe中的固溶体称铁素体, 用F或 表示铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅0.0008% 奥氏体:碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体用A或  表示溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%727 ℃时为0.77% 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示 珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示 马氏体: 指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变。

燃烧室壳体加工工艺流程,,高温转变：A1 ~ 550℃ 过冷A → P 型组织 中温转变：550℃ ~ MS 过冷A →贝氏体(B) 低温转变：MS ~ Mf 过冷A →马氏体 ( M ),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A1,T,t,转变开始线,转变终了线,,C曲线：形状似C,TTT曲线：Time，Temperature、Transformation,燃烧室壳体加工工艺流程,,,珠光体,贝氏体,马氏体,燃烧室壳体加工工艺流程,,●四个重要因素: (1)加热速度V；(2)最高加热温度T;(3)保温时间h;(4)冷却速度Vt.,燃烧室壳体加工工艺流程,,退火：将钢加热至适当温度保温， 然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火冷却方式 （如图）保温时间：保证透烧，一般以1.0～1.5mm/min计算1、退火目的⑴ 调整硬度，便于切削加工适合加工的硬度170-250 HB⑵ 消除内应力，防止加工中变形⑶ 细化晶粒，为最终热处理 作组织准备真空退火炉,燃烧室壳体加工工艺流程,,2、退火工艺退火的种类很多，常用的有完全退火、球化退火、去应力退火等。

完全退火：将亚共析钢加热到Ac3+30～50℃，保温后缓冷的退火工艺称为完全退火 目的：降低硬度，消除内应力去应力退火：将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却的热处理工艺称为去应力退火燃烧室壳体加工工艺流程,,2、退火工艺退火的种类很多，常用的有完全退火、球化退火、去应力退火等球化退火：将共析钢或过共析钢加热到 Ac1 +20～30℃，保温适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火 目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状珠光体，为后面的淬火作组织准备对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状燃烧室壳体加工工艺流程,,正火工艺正火是将钢加热到 Ac3或 Accm以上30～50℃，保温后空气中冷却的热处理工艺目的⑴ 对于低、中碳钢(≤0.77C%)，目的与退火的相同⑵ 对于过共析钢， 用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备正火和退火：作为改善切削性能，预备热处理的选择低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火正火＋球化退火）,正火比退火简单,燃烧室壳体加工工艺流程,,淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却的热处理工艺 目的是为了获得马氏体，为了提高钢的硬度和耐磨性。

淬火加热温度是淬火工艺的主要参数它的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以使淬火后获得细小的马氏体组织为防止奥氏体晶粒粗化，淬火加热温度一般限制在临界点以上30一50℃范围 淬硬性:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度 淬透性:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占50%处) 的深度燃烧室壳体加工工艺流程,,为了保证得到马氏体组织，淬火速度必须大于临界冷却速度Vk，但往往会引起工件变形和开裂要想既得到马氏体又避免变形和开裂，理想的淬火冷却曲线如图所示在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力最常用的淬火介质是水和油燃烧室壳体加工工艺流程,,把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到室温消除淬火应力,降低脆性;稳定工件尺寸;调整淬火零件的力学性能低温回火（150～250℃）组织为回火马氏体，能降低内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性用于工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件 中温回火（350～500℃）组织为回火索氏体，具有较高弹性和一定韧性，主要用于弹簧的处理。

高温回火（500～650℃）组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能简称调质燃烧室壳体加工工艺流程,,,406钢,D406A钢,D6AC钢,燃烧室壳体加工工艺流程,,,复合材料的组分可分为：1.增强材料，例如纤维、颗粒、晶须等；2.基体材料，例如聚合物、金属、陶瓷等复合材料,增强材料,基 体,界 面,,,,。