本發(fā)明涉及固體火箭發(fā)動機零部件技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種固體火箭發(fā)動機大噴管粘接壓配工藝。

背景技術(shù)：

近年來，伴隨國家大力推動軍民融合以及“互聯(lián)網(wǎng)+航天”的產(chǎn)業(yè)升級變革，在全球新一輪工業(yè)革命的大背景下，中國航天領(lǐng)域在商業(yè)航天方面取得了突破性進(jìn)展。目前國內(nèi)外商業(yè)航天領(lǐng)域主要以液體火箭發(fā)動機作為動力，存在成本高、發(fā)射準(zhǔn)備時間長、機動性差等缺點。因此，采用固體火箭發(fā)動機作為動力成為各國包括我國目前研究的重點領(lǐng)域?？熘刍鸺且恍偷统杀尽⒏呖煽啃缘耐ㄓ眯瓦\載火箭，采用國際通用接口，主要為300kg級低軌小衛(wèi)星提供發(fā)射服務(wù)，具有發(fā)射成本低、飛行可靠性高、入軌精度高、準(zhǔn)備周期短、保障條件少等特點。該火箭有效提高了操作的便利性；由移動發(fā)射車在普通硬實地面實施發(fā)射，不需要復(fù)雜的發(fā)射塔架，簡化了發(fā)射保障設(shè)施；火箭具有先進(jìn)末級，可同時保證多軌道發(fā)射能力和高精度入軌姿態(tài)，滿足一箭多星用戶的快速發(fā)射和部署需求。

噴管是固體火箭的關(guān)鍵部件，位于火箭的尾部，是固體火箭的能量轉(zhuǎn)換裝置?？熘酃腆w火箭噴管是國內(nèi)直徑和重量最大的噴管，直徑達(dá)2m以上，具有高壓強、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點。其主要由噴管殼體、擴散段絕熱層、倒錐體絕熱層以及喉襯體等粘接壓配而成，各部件的間隙控制、粘接質(zhì)量等成型工藝和制造質(zhì)量對噴管發(fā)揮能量轉(zhuǎn)換起著非常重要和關(guān)鍵性作用。

噴管為大尺寸回轉(zhuǎn)體組合結(jié)構(gòu)，其粘接配合面多要求高，擴散段絕熱層、倒錐體絕熱層以及喉襯體等非金屬部件價格昂貴，如何保證粘接壓配質(zhì)量和效率，是迫切需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要針對大尺寸固體火箭噴管粘接配合部位多、粘接工序多、粘接面大及尺寸及重量大等結(jié)構(gòu)特點，提供了一種能保證噴管各部件粘接質(zhì)量高(貼合良好、氣密性高、裝配精度高)以及粘接過程可靠、方便的固體火箭發(fā)動機大噴管粘接壓配工藝。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的固體火箭發(fā)動機大噴管粘接壓配工藝，所述固體火箭發(fā)動機大噴管為組合式回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，包括噴管殼體、擴散段絕熱層、喉襯體及倒錐體絕熱層；所述粘接壓配工藝方法包括如下步驟：

1)將鈦合金噴管殼體毛坯鑄造成噴管殼體粗加工件，然后對噴管殼體粗加工件的內(nèi)外型面車加工形成噴管殼體；

2)擴散段絕熱層毛坯粘接前，車加工擴散段絕熱層毛坯外型面的粘接部位和進(jìn)口端凸臺段形成擴散段絕熱層，并保證粘接部位的外型面與噴管殼體內(nèi)型面配車；

3)將噴管殼體與擴散段絕熱層采用專用粘接夾具粘接；；

4)將半精加工后的倒錐體絕熱層與步驟3)粘接而成的部件采用步驟3)中的專用粘接夾具粘接為噴管組件，并對噴管組件進(jìn)行車加工并與喉襯體裝配面尺寸進(jìn)行精加工；

5)分別粗加工背襯和喉襯，并將背襯和喉襯粘接為喉襯體毛坯，并對喉襯體毛坯進(jìn)行配車加工形成喉襯體，滿足與噴管組件的粘接壓配要求；

6)將喉襯體安裝在專用喉襯體翻轉(zhuǎn)夾具上，并對喉襯體各粘接壓配面進(jìn)行刷膠，刷膠完畢后翻轉(zhuǎn)喉襯體進(jìn)行吊裝與噴管組件粘接壓配成為噴管，并對噴管出口段及與發(fā)動機的裝配接口尺寸進(jìn)行加工。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中，鈦合金噴管殼體毛坯鑄造成噴管殼體粗加工件的同時采用近凈尺寸成型噴管殼體粗加工件的內(nèi)外型面，且內(nèi)外型面的加工余量為2～3mm；鑄造成噴管殼體粗加工件后、在內(nèi)外型面車加工前進(jìn)行熱等靜壓穩(wěn)定化處理；

車加工噴管殼體粗加工件內(nèi)外型面的加工余量采用內(nèi)外型面反復(fù)交替車加工且最后加工外型面的方式進(jìn)行加工，并分為半精加工和精加工兩步，且半精加工和精加工后的余量分別為單邊1.5mm和0.5mm；在半精加工和精加工之間增加去應(yīng)力退火工序。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中，擴散段絕熱層毛坯粘接前車加工粘接部位和進(jìn)口端凸臺段，采用邊車加工邊著色檢測的方法；

擴散段絕熱層毛坯粘接前對外型面的粘接部位和進(jìn)口端凸臺段進(jìn)行車加工，其具體車加工過程為：先車加工出口端底平面并在靠近出口端底部的外型面車加工找正帶作為基準(zhǔn)，再車加工粘接部位外型面和進(jìn)口端凸臺段；最后待步驟4)粘接為噴管組件后，加工出口端底部和出口端底部外型面至設(shè)計尺寸。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中，將噴管殼體與擴散段絕熱層采用專用粘接夾具粘接具體過程如下：

第一步：粘接前找正擴散段絕熱層配車后的粘接部位和小頭端端面跳動不大于0.05，并檢查專用粘接夾具底面與擴散段絕熱層底面的貼合是否良好；

第二步：將噴管殼體與擴散段絕熱層進(jìn)行試裝配，測量擴散段絕熱層與噴管殼體的臺階面的高度差值h，應(yīng)均布四點等高，差值不大于0.05mm；

第三步：試裝合格后，對噴管殼體的粘接部分和擴散段絕熱層的粘接部位涂膠，同時以手觸能印上指紋而不扯起膠絲時方可進(jìn)行粘接；

第四步：將噴管殼體與擴散段絕熱層對應(yīng)粘接部位對正后壓合，用專用粘接夾具壓緊，對稱加壓，邊加壓邊找正；并要求擴散段絕熱層小端端面相對噴管殼體內(nèi)孔臺階面的高度值對稱四點應(yīng)等高，差值不大于0.05；要求噴管殼體法蘭密封端面對稱四點跳動≤0.05，噴管殼體外圓柱面對稱四點跳動值≤0.03。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中，噴管殼體粘接前對噴管殼體粘接部位進(jìn)行噴砂毛化處理；在噴管殼體的粘接部分和擴散段絕熱層的粘接部位均勻涂刷101-t鐵錨膠，邊涂刷邊檢查和清除殘留的毛刷絲。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中，半精加工后的倒錐體絕熱層上部加工有吊裝用環(huán)形槽。

進(jìn)一步地，所述步驟5)中，喉襯體與步驟4)中噴管組件粘接壓配的部位配車，具體配車間隙為：b面0.08～0.12、c面0.08～0.12、d面0.05～0.10、e面0.03～0.08、h面0.05～0.10、i面0.05～0.08、j面0.10～0.15、k面0.15～0.20、l面0.10～0.15。

進(jìn)一步地，所述專用粘接夾具包括下底板、下壓板、中壓板、上壓板、支撐桿組件、上支撐板及定位拉桿；所述下底板與所述下壓板通過第一拉桿連接，所述下壓板與所述中壓板通過第二拉桿連接，所述支撐桿組件的底端固定在所述下底板上，所述支撐桿組件的頂端固定在所述上支撐板上，所述定位拉桿的底端固定在所述上支撐板上，所述定位拉桿的頂端通過螺母與所述上壓板連接；所述上壓板的外邊緣開有穿過第一螺桿的第一定位孔，所述上壓板的內(nèi)邊緣開有穿過第二螺桿的第二定位孔，所述定位拉桿套有抵壓在噴管殼體上的第一壓環(huán)或套有抵壓在半精加工后的倒錐體絕熱層上的第二壓環(huán)；所述上支撐板的外錐面作為后續(xù)粘接時的裝配基準(zhǔn)，且所述上支撐板的外錐面與所述擴散段絕熱層內(nèi)型面之間襯有橡膠墊；所述下底板、所述支撐桿組件和所述上支撐板一體成型；所述第一螺桿和所述第二螺桿的底端均設(shè)有鋁合金墊塊。

進(jìn)一步地，所述步驟6)中，專用喉襯體翻轉(zhuǎn)夾具包括底座、通過翻轉(zhuǎn)銷安裝在所述底座上的大撐板及通過拉桿對稱固定在所述大撐板兩側(cè)的兩個小撐板，所述大撐板和所述小撐板上均設(shè)置有吊環(huán)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、綜合采取熱等靜壓(hip)、內(nèi)外型面交替加工及去應(yīng)力退火等措施控制和減小大尺寸薄壁鈦合金噴管殼體的變形，為后續(xù)粘接創(chuàng)造良好條件；

2、針對大尺寸噴管殼體與大尺寸擴散段絕熱層及倒錐體絕熱層的粘接，采用配車各粘接面、試裝驗證、涂刷膠液等措施，同時設(shè)計制造多用途專用粘接夾具滿足多工步粘接壓配要求；

3、針對喉襯體與噴管組件粘接面多、粘接要求高的特點，喉襯體各粘接面采用配車方式保證與噴管組件的粘接裝配間隙要求；

4、針對大重量喉襯體的吊裝、翻轉(zhuǎn)和對中壓配，設(shè)計制造了專用喉襯體翻轉(zhuǎn)夾具，便于其粘接前的涂膠，粘接過程中的吊裝和翻轉(zhuǎn)及對中，解決了大重量喉襯體粘接壓配的難題；

5、粘接后采用超聲波無損檢測方法檢驗粘接面的粘接質(zhì)量，同時通過氣密試驗驗證粘接質(zhì)量的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例噴管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為噴管殼體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為擴散段絕熱層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為噴管殼體與擴散段絕熱層粘接過程圖(含專用粘接夾具)；

圖5為噴管殼體與擴散段絕熱層粘接后結(jié)構(gòu)圖；

圖6為半精加工后的倒錐體絕熱層結(jié)構(gòu)圖；

圖7為半精加工后的倒錐體絕熱層粘接示意圖；

圖8為倒錐體絕熱層粘接為噴管組件結(jié)構(gòu)圖；

圖9為喉襯體毛坯圖；

圖10為喉襯體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為喉襯體粘接前刷膠狀態(tài)示意圖；

圖12為喉襯體刷膠后吊裝裝配示意圖。

其中：柔性堵蓋1、背襯2、半精加工后的倒錐體絕熱層3’、環(huán)形槽3.1、倒錐體絕熱層3、噴管殼體4、喉襯體毛坯5’、喉襯體5、擴散段絕熱層6(其中：粘接部位6.1、進(jìn)口端凸臺段6.2、找正帶6.3、出口端底平面6.4)、喉襯7、上壓板8、第一螺桿9、中壓板10、第二拉桿11、下壓板12、第一拉桿13、下底板14、支撐桿組件15、上支撐板16、定位拉桿17、第一壓環(huán)18、螺母19、橡膠墊20、拉桿21、第二螺桿22、第二壓環(huán)23、翻轉(zhuǎn)銷24、底座25、小撐板26、大撐板27、吊環(huán)28、、鋁合金墊塊29。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

由于噴管粘接分為三個大的步驟，分別為噴管殼體4與擴散段絕熱層6粘接，再粘接倒錐體絕熱層3，然后粘接壓配喉襯體5，因此粘接夾具采用多用途可拆卸式結(jié)構(gòu)，其底座部分通用，通過更換不同的壓環(huán)和螺桿適應(yīng)不同粘接步驟。因此，結(jié)合圖4所示，以下步驟中所用到的專用粘接夾具包括下底板14、下壓板12、中壓板10、上壓板8、支撐桿組件15、上支撐板16及定位拉桿17；下底板14與下壓板12通過第一拉桿13連接，下壓板12與中壓板10通過第二拉桿11連接，支撐桿組件15的底端固定在下底板14上，支撐桿組件15的頂端固定在上支撐板16上，定位拉桿17的底端固定在上支撐板16上，定位拉桿17的頂端通過螺母19與上壓板8連接，且下底板14、支撐桿組件15和上支撐板16一體成型。上壓板8的外邊緣開有穿過第一螺桿9的第一定位孔，上壓板8的內(nèi)邊緣開有穿過第二螺桿22的第二定位孔，且第一螺桿9和第二螺桿22的底端均設(shè)有鋁合金墊塊29，定位拉桿17套有抵壓在噴管殼體4上的第一壓環(huán)18或套有抵壓在半精加工后的倒錐體絕熱層3’上的第二壓環(huán)23；上支撐板16的外錐面作為后續(xù)粘接時的裝配基準(zhǔn)，且上支撐板的外錐面與擴散段絕熱層內(nèi)型面之間襯有橡膠墊20。

結(jié)合圖11、12所示，以下步驟中所用到的專用喉襯體翻轉(zhuǎn)夾具包括底座25、通過翻轉(zhuǎn)銷24安裝在底座25上的大撐板27及通過拉桿21對稱固定在大撐板27兩側(cè)的兩個小撐板26(即一個小撐板26位于大撐板27一側(cè)，另一個小撐板26位于大撐板27一側(cè))，大撐板27和小撐板26上均設(shè)置有吊環(huán)28。

結(jié)合圖1所示，針對直徑φd約為1800mm、高度l為2000mm、重量約為500kg大尺寸大重量航天一級固體火箭發(fā)動機大噴管，該固體火箭發(fā)動機大噴管為組合式回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，包括柔性堵蓋1、噴管殼體4、擴散段絕熱層6、喉襯體5及倒錐體絕熱層3；其粘接壓配工藝包括如下步驟：

1)鈦合金噴管為大尺寸薄壁件，直徑超過￠1800，薄壁部位壁厚僅為2.5(+0.3/0)，剛性較差易變形，影響后續(xù)的粘接質(zhì)量。采取的加工方法和工藝主要有如下幾點：

將鈦合金噴管殼體毛坯鑄造成噴管殼體粗加工件：

鈦合金噴管殼體毛坯鑄造成噴管殼體粗加工件的同時采用近凈尺寸成型噴管殼體粗加工件的內(nèi)外型面，且內(nèi)外型面的加工余量為2～3mm，加工余量供后續(xù)車加工，減小車加工量和加工變形；鑄造成噴管殼體粗加工件后、在內(nèi)外型面車加工前進(jìn)行熱等靜壓(hip)穩(wěn)定化處理；

對噴管殼體粗加工件的內(nèi)外型面車加工形成噴管殼體(如圖2所示)：

車加工噴管殼體粗加工件內(nèi)外型面的加工余量(即去除加工余量)采用內(nèi)外型面反復(fù)交替車加工且最后加工外型面的方式進(jìn)行加工，從而保證噴管殼體擴散段薄壁部分與擴散段絕熱層粘接處的壁厚公差(+0.3/0)要求，加工方式分為半精加工和精加工兩步，且半精加工和精加工后的余量分別為單邊1.5mm和0.5mm；另外，在半精加工和精加工之間增加去應(yīng)力退火工序，增加去應(yīng)力退火，可保證大尺寸噴管殼體變形量控制在0.5以下，為后續(xù)粘接創(chuàng)造條件。

2)采用的擴散段絕熱層毛坯內(nèi)型面為方程曲線，其直接由纏繞模具成型，不再進(jìn)行機械加工，保留纏繞表面致密層，可提高其抗燒蝕性能；擴散段絕熱層毛坯粘接前，車加工擴散段絕熱層毛坯外型面的粘接部位6.1和進(jìn)口端凸臺段6.2形成擴散段絕熱層6(如圖3所示)，采用邊車加工邊著色檢測的方法，保證裝配粘接面貼合率≥90％，可防止后續(xù)粘接過程中出現(xiàn)粘接不良或脫粘；具體車加工方法為：先車加工出口端底平面6.4并在靠近出口端底部的外型面車加工找正帶6.3作為基準(zhǔn)，再車加工粘接部位外型面和進(jìn)口端凸臺段的接口尺寸及要素，其中，保證粘接部位的外型面與噴管殼體內(nèi)型面配車，保證后續(xù)粘接裝配的貼合率；最后待步驟4)粘接為噴管組件后，加工出口端底部和出口端底部外型面至設(shè)計尺寸。

3)結(jié)合圖4所示，將噴管殼體4與擴散段絕熱層6采用專用粘接夾具粘接，主要控制裝配是否到位、粘接面的粘接質(zhì)量(貼合率)，具體過程如下：

第一步：將噴管殼體4和擴散段絕熱層6按照如圖4所示進(jìn)行安裝固定，采用第一壓環(huán)18和第一螺桿9將噴管殼體4壓住固定。

第二步：粘接前找正擴散段絕熱層配車后的粘接部位和小頭端端面跳動不大于0.05，并檢查專用粘接夾具底面與擴散段絕熱層底面的貼合是否良好；

第三步：將噴管殼體與擴散段絕熱層進(jìn)行試裝配，測量擴散段絕熱層與噴管殼體的臺階面的高度差值h，應(yīng)均布四點等高，差值不大于0.05mm；

第四步：試裝合格后，將噴管殼體和擴散段絕熱層從專用粘接夾具上拆卸，對噴管殼體粘接部位進(jìn)行噴砂毛化處理增加二者的粘接強度，并在噴管殼體的粘接部分和擴散段絕熱層的粘接部位均勻涂刷101-t鐵錨膠，101-t鐵錨膠的甲乙組比例為10：2，邊涂刷邊檢查和清除殘留的毛刷絲，以免影響粘接效果，同時以手觸能印上指紋而不扯起膠絲時方可進(jìn)行粘接；

第五步：完成第四步后，再進(jìn)行第一步安裝固定后將噴管殼體與擴散段絕熱層對應(yīng)粘接部位對正后壓合，用專用粘接夾具壓緊，對稱加壓，邊加壓邊找正(而下底板上與擴散段絕熱層接觸的部位加工基準(zhǔn)面便于產(chǎn)品與夾具的裝配找正)，形成如圖5所示的粘接結(jié)構(gòu)；支撐板外錐與產(chǎn)品內(nèi)型面間隙設(shè)定為2mm，不直接與擴散段絕熱層內(nèi)壁接觸，裝配時可通過間隙初步找正產(chǎn)品與夾具，同時二者之間采用橡膠板作為緩沖，避免在壓力作用下?lián)p傷擴散段絕熱層。并要求擴散段絕熱層小端端面相對噴管殼體內(nèi)孔臺階面的高度值對稱四點應(yīng)等高，差值不大于0.05；要求噴管殼體法蘭密封端面對稱四點跳動≤0.05，噴管殼體外圓柱面對稱四點跳動值≤0.03；對粘接夾具螺母加力時，先對中壓板處螺母適當(dāng)預(yù)緊，力矩值不大于60n.m，再對上壓板處螺母擰緊，力矩值不大于160n.m；加壓后，在常溫下保持72h。

4)將半精加工后的倒錐體絕熱層3’(如圖6所示)與步驟3)粘接而成的部件按照如圖7所示進(jìn)行安裝固定，并采用第二壓環(huán)23和第二螺桿22將半精加工后的倒錐體絕熱層3’壓住固定，然后粘接為噴管組件，如圖8所示，并對噴管組件進(jìn)行車加工并與喉襯體裝配面尺寸進(jìn)行精加工，保證倒錐體絕熱層外形面要求；

另外，半精加工后的倒錐體絕熱層3’在粘接前上部加工有吊裝用環(huán)形槽3.1，為保證倒錐體絕熱層3粘接時的吊裝。

5)分別粗加工背襯2和喉襯7，并將背襯和喉襯粘接為喉襯體毛坯5’，如圖9所示，并對喉襯體毛坯進(jìn)行配車加工形成喉襯體5(如圖10所示)，滿足與步驟4)中噴管組件的粘接壓配要求；喉襯體與噴管組件粘接壓配的部位配車，具體配車間隙為：g面貼合、b面0.08～0.12、c面0.08～0.12、d面0.05～0.10、e面0.03～0.08、h面0.05～0.10、i面0.05～0.08、j面0.10～0.15、k面0.15～0.20、l面0.10～0.15。因喉襯體粘接后外形面不再加工，因此各粘接面間隙較小保證粘接后喉襯體型面相對噴管形位公差和尺寸要求。

6)經(jīng)過步驟5)加工的喉襯體5與噴管組件(噴管殼體、擴散段絕熱層、倒錐體絕熱層粘接而成)進(jìn)行粘接壓配：為便于喉襯體粘接前的吊裝、刷膠及對中壓配，設(shè)計制造了專用喉襯體翻轉(zhuǎn)夾具，同時仍使用上述專用粘接夾具進(jìn)行粘接。

其中：專用喉襯體翻轉(zhuǎn)夾具有兩種工作狀態(tài)，其中一種工作狀態(tài)見圖11，在該工作狀態(tài)下對各裝配面進(jìn)行刷膠處理；另一種工作狀態(tài)見圖12，在此工作狀態(tài)下吊裝并與噴管組件對中；兩種工作狀態(tài)通過翻轉(zhuǎn)銷實現(xiàn)；喉襯體與噴管組件的粘接壓配成為噴管仍使用上述噴管殼體與擴散段絕熱層及倒錐體絕熱層粘接時采用的專用粘接夾具，僅通過更換部分零件就可以實現(xiàn)；最后對噴管出口段及與發(fā)動機的裝配接口尺寸進(jìn)行加工。

7)將步驟6)形成的噴管制件相關(guān)型面進(jìn)行車加工，主要包括擴散段絕熱層大端外錐及底部，同時在噴管殼體與擴散段絕熱層之間裝配螺釘，最后粘接柔性堵蓋后進(jìn)行氣密試驗。