液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法技术

本发明专利技术公开了一种液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法，包括建立整体化头部三维模型；根据整体化头部三维模型，确定头部的生长方向；根据头部的期望流阻和期望热阻确定的毛细管的相关参数，实现整体化头部三维模型的优化，得到优化三维模型；根据头部的生长方向和优化三维模型，确定工艺支撑及工艺清粉口，得到头部的工艺三维模型；确定激光增材制造的成形工艺；利用头部的工艺三维模型和成形工艺进行激光增材制造成形；清除工件内部的金属粉末，并通过热处理去除工艺支撑；对工件进行化学抛光，得到头部。本发明专利技术可实现异形毛细结构头部整体精密成形。毛细结构头部整体精密成形。毛细结构头部整体精密成形。

【技术实现步骤摘要】
液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种液体火箭发动机异形毛细结构头部高精度增材制造成形方法。

技术介绍

[0002]头部是姿控发动机燃气发生器和推力室中完成推进剂导流和分配，实现推进剂在分解室均匀分布的核心组件，内含大量直径为0.6mm～0.8mm、壁厚为0.1mm～0.2mm、空间异形扭曲的毛细管结构。目前，姿控头部采用传统分体制造+钎焊的工艺制造，该种方法主要存在以下问题：一、一致性差：毛细管弯制依靠手工操作，尺寸一致性差，钎焊后需对毛细管进行修配，影响产品装配和液流压降的稳定性。二、可靠性差。头部由毛细管、法兰盘、喷注盘等20余个零件钎焊而成，钎焊质量控制难、焊缝强度低于本体材料且焊缝不可检、不可测，若工作过程中焊缝强度不足，可导致毛细管炸开，存在较大的热爆风险，影响发动机的可靠性。三、加工周期长。制造涉及锻造、热处理、表面处理、机械加工、试验及组件装配、钎焊等多个专业和工序，整个生产周期耗时长达2个月，不利于头部的可靠研制生产。增材制造技术作为当下最新最先进的制造技术之一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法，其特征在于，包括：S1建立整体化头部三维模型；S2根据整体化头部三维模型，确定头部的生长方向；S3根据头部的期望流阻和期望热阻确定的毛细管的相关参数，实现整体化头部三维模型的优化，得到优化三维模型；S4根据头部的生长方向和优化三维模型，确定工艺支撑及工艺清粉口，得到头部的工艺三维模型；S5确定激光增材制造的成形工艺；S6利用步骤S4所得头部的工艺三维模型和步骤S5所得成形工艺进行激光增材制造成形；S7清除步骤S6所得工件内部的金属粉末，并通过热处理去除工艺支撑；S8对步骤S7所得工件进行化学抛光，得到头部。2.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法，其特征在于，步骤S1中，整体化头部三维模型包括法兰盘、喷注盘、隔热框和毛细管，法兰盘和喷注盘分别位于隔热框两端，若干根毛细管集成于隔热框内表面，毛细管的两端分别连接法兰盘和喷注盘；步骤S2中，根据整体化头部三维模型，以应力最小、工艺支撑最少且可去除的原则，确定头部的生长方向为：法兰盘与基板相接，竖直摆放。3.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法，其特征在于，步骤S3中，根据头部的期望流阻和期望热阻确定的毛细管的相关参数，实现整体化头部三维模型的优化，得到优化三维模型的方法包括：S3.1建立关于毛细管成形角度的毛细管形状补偿公式；S3.2建立关于毛细管管径和毛细管表面粗糙度的头部流阻公式；基于头部流阻公式，根据头部的期望流阻确定毛细管管径和毛细管表面粗糙度；S3.3基于毛细管形状补偿公式，根据头部的期望热阻确定毛细管数量、毛细管分布、毛细管成形角度和毛细管长度；S3.4利用确定后的毛细管管径、毛细管表面粗糙度、毛细管数量、毛细管分布、毛细管成形角度和毛细管长度，实现头部三维模型的优化。4.根据权利要求3所述的一种液体火箭发动机异形毛细结构头部增材制造成形方法，其特征在于，步骤S3.1中，建立关于毛细管成形角度的毛细管形状补偿公式的方法为：设计一系列成形角度在0
°
～60
°
范围内等间隔变化、管径在0.4～1mm范围内等间隔变化的毛细管，利用包含所述一系列毛细管的一系列头部三维模型进行激光选区熔化成形；统计各成形角度、各管径下毛细管悬垂部位的坍塌信息，拟合后得到关于毛细管成形角度的毛细管形状补偿公式；所述成形角度为毛细管内表面与水平面的夹角；毛细管形状补偿公式为：其中，θ为毛细管成形角度，d0为毛细管的管径补偿值；
步骤S3.2中，建立关于毛细管管径和毛细管表面粗糙度的头部流阻公式的方法为：设计一系列管径在0.4～1mm范围内等间隔变化的毛细管，利用包含所述一系列毛细管的一系列头部三维模型进行激光选区熔化成形，得到具有不同毛细管管径的一系列头部；对具有同一毛细管管径的头部进行不同时间的化学抛光，直至完成所有不同毛细管管径的头部的化学抛光；采用三维数字显微镜测量不同化学抛光时间下的毛细管表面粗糙度；测量包含不同管径、不同表面粗糙度的各头部的液流压降及液流压降均匀性，拟合后得到关于毛细管管径和毛细管表面粗糙度的头部流阻公式：式中，P为压降，d为毛细管管径，R为毛细管表面粗糙度；步骤S3.3中，根据头部的期望流阻确定的毛细管数量为30～100，毛细管数量分布为多个同心环，同一根毛细管包括竖直段和倾斜段，分布于同一同心环的毛细管的倾斜段的成形角度相同，分布于不同同心环的毛细管的倾斜段的成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢庆，彭东剑，白静，王迎，王云，王丁雯，谢冲，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：