СПОСОБ ФРЕЗЕРОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ НЕЖЕСТКИХ ОЖИВАЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК СОПЕЛ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ЖРД) Российский патент 2014 года по МПК B23Q3/14 B23C3/02 B21B31/00 

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к оправкам, и может быть использовано для фрезерования пазов на наружной поверхности огневой стенки (внутренней оболочки) камеры сгорания и снятия с оправки крупногабаритных нежестких оболочек сопел жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известно изготовление пазов на наружной поверхности огневой стенки камеры сгорания механической обработкой - фрезерованием. Пазы в стенке получают фрезерованием на специальном копировально-фрезерном станке, предварительно установив заготовку внутренней оболочки на оправку (В.А.Моисеев, В.А.Тарасов и др. «Технология производства жидкостных ракетных двигателей», М.: Из-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008, с.203-208).

Недостатком указанной конструкции оправки является невозможность снятия отфрезерованной внутренней оболочки с оправки без деформаций, что может привести к повышенным зазорам между внутренней и наружной оболочками сопла ЖРД и браку при пайке. Условия сборки и пайки камеры сгорания (КС) требуют обеспечения минимальных зазоров между сопрягаемыми поверхностями.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение снятия отфрезерованной оболочки с оправки без деформаций и механизация ее снятия.

Данный технический результат достигается с помощью оправки для фрезерования крупногабаритных нежестких оживальных оболочек сопел ЖРД, состоящей из конструкции, по профилю эквидистантной наружной поверхности огневой стенки оболочки. Оправка выполнена из 2-х частей: неподвижной части оправки и подвижной верхней части - съемника. Перемещение съемника происходит с помощью по меньшей мере 3-х нажимных болтов, упирающихся в торец неподвижной части оправки при снятии с нее отфрезерованной внутренней оболочки, перемещая ее вверх. Для предотвращения деформации оболочки во время съема должно выполняться условие следующего неравенства:

$$F_{сцеп.}\times S_{бок.}\times \cos \alpha <S_{сеч.}\times {\sigma }_{в},\left(1\right)$$

где

F_сцеп. - сила сцепления между гипсом и оболочкой (определяют экспериментально и принята равной 0,03 кгс/мм²), т.е. сила сцепления F_сцеп. оболочки с оправкой должна быть меньше, чем усилие деформации оболочки в опасном сечении;

S_бок. - площадь боковой поверхности оболочки ниже съемника, мм²;

$$S_{бок.}=\pi \times L\times \frac{\left(d1+d2\right)}{2}$$

Поверхность оболочки имеет оживальную форму (для упрощения расчета, условно считаем форму оболочки усеченным конусом) и задается величинами d₁, d₂, L, π, где

L - высота конуса, мм;

d₁ - малый диаметр конуса оболочки, мм;

d₂ - большой диаметр конуса оболочки, мм;

α - среднее значение угла наклона оживальной оболочки, град;

S_сеч. - площадь поперечного сечения оболочки в месте стыковки неподвижной части оправки и съемника, мм²;

σ_в - предел прочности материала оболочки, кгс/мм².

На фигуре показана оправка, общий вид.

В производстве ЖРД одна из основных профильных работ - фрезерование пазов на нежестких оболочках оживальной формы. Габариты оболочек по диаметру и длине превышают 2000 мм, толщина остаточной стенки после фрезеровки пазов составляет 0,5-0,9 мм. Для фрезерования пазов заготовку внутренней оболочки устанавливают на специальную оправку. Для придания жесткости при фрезеровании между оправкой и оболочкой используют гипсовый раствор.

После фрезерования внутренняя оболочка представляет собой весьма нежесткую конструкцию, которую можно повредить и деформировать профиль при снятии, что недопустимо, так как приведет к повышенным зазорам между внутренней и наружной оболочками и браку при пайке сопла. Особенно опасно местное приложение усилий при снятии, учитывая нежесткость оболочки.

Предлагаемая оправка представляет собой конструкцию, по профилю эквидистантную наружной поверхности огневой стенки оболочки, и состоит из двух частей: неподвижной части оправки 1 и подвижной верхней части - съемника 2. Верхнюю подвижную часть - съемник 2 закрепляют по меньшей мере тремя нажимными болтами 3 так, чтобы происходило перемещение съемника 2 вверх, осуществляя съем отфрезерованной оболочки с неподвижной части оправки без повреждения.

После фрезерования пазов на внутренней оболочке 4 подкручивают нажимные болты 3 в шахматном порядке, происходит перемещение съемника 2 вверх, осуществляя таким образом съем оболочки с неподвижной части оправки 1 без повреждения оболочки. Верхняя часть оправки - съемник 2 опирается на оболочку значительной поверхностью, не деформируя ее. Для предотвращения деформации оболочки во время съема должно выполняться условие вышеуказанного неравенства. Поверхность подвижной части оправки должна быть такой, чтобы ее удельное давление на поверхность оболочки было меньше давления смятия материала оболочки и потери устойчивости.

При снятии оболочки с оправки максимальное напряжение в поперечном сечении оболочки возникает в месте стыковки подвижной и неподвижной части оправки (см. чертеж).

Для предотвращения деформации оболочки во время съема должно выполняться условие следующего неравенства:

$$F_{сцеп.}\times S_{бок.}\times \cos \alpha <S_{сеч.}\times {\sigma }_{в},\left(1\right)$$

Определяют высоту съемника h, которая не приводит к деформации оболочки:

- предварительно подбирают высоту съемника из диапазона 1/7-1/10 высоты оправки;

- проверяют выполнение условия (1), а именно сила сцепления F_сцеп. между оболочкой и боковой поверхностью оправки не должна превышать предела прочности σ_в опасного сечения;

- определяют коэффициент запаса прочности К оболочки (для этого правую часть неравенства (1) делят на левую);

- при коэффициенте запаса прочности K>4 уменьшают высоту съемника h, при коэффициенте запаса прочности K<1,3 рекомендуют увеличить высоту съемника h (см. Справочник металлиста. В 5-ти т., T.1, Изд. 3-е, перераб., под ред. С.А.Чернавского и В.Ф.Рещикова, М., Машиностроение, 1976, с.191-192).

Остальные элементы съемника подбирают конструктивно.

Пример.

Параметры оболочки и расчетные данные принимают:

Высота съемника h=200 мм, высота оправки H=1500 мм.

Малый диаметр конуса оболочки d₁=770,45 мм.

Большой диаметр конуса оболочки d₂=1438,7 мм.

Высота конуса L=1300 мм.

α - средний угол конусности оболочки составляет 14°30'.

S_сеч.=4277,58 мм, σ_в=60 кгс/мм².

S_бок.=3,14×1300×(770,45+1438,7)/2=4508875,15 мм².

Подставив полученные данные в неравенство (1), имеем:

0,03×4508875,15×0,968<4277,58×60

130937,7 кгс/мм²<256654,8 кгс/мм²

Определяют коэффициент запаса прочности K оболочки:

K=256654,8/130937,7=1,96.

При высоте съемника h=200 мм - коэффициент запас прочности K=1,96.

Коэффициент запаса прочности K учитывают при расчете высоты съемника h.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить снятие отфрезерованной внутренней оболочки с оправки без деформаций и механизацию ее снятия.

Изобретение относится к ракетной технике, может быть использовано для фрезерования пазов на наружной поверхности оживальной оболочки сопла ЖРД и снятия с оправки крупногабаритных нежестких оболочек сопел жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ включает установку заготовки оживальной оболочки сопла ЖРД на оправке, профиль наружной поверхности которой эквидистантен профилю наружной поверхности оживальной оболочки сопла ЖРД, и фрезерование пазов на ее наружной поверхности и снятие заготовки с оправки. Оправка выполнена из неподвижной части и подвижной верхней части в виде съемника, который устанавливают с возможностью перемещения вверх посредством трех нажимных болтов при упоре их в торец неподвижной части при снятии с оправки отфрезерованной заготовки оживальной оболочки сопла ЖРД. Для обеспечения жесткости соединения между оправкой и оживальной оболочкой сопла ЖРД используют гипсовый раствор. Для предотвращения деформации оболочки обеспечивают выполнение условия взависимости от силы сцепления между оживальной оболочкой сопла ЖРД и боковой поверхностью оправки и предела прочности опасного сечения в месте стыковки подвижной и неподвижной частей оправки. Обеспечивается снятие отфрезерованной заготовки оживальной оболочки сопла ЖРД с оправки без деформаций и механизация ее снятия. 1 пр., 1 ил.

Способ фрезерования крупногабаритных нежестких оживальных оболочек сопел жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), включающий установку заготовки оживальной оболочки сопла ЖРД на оправке, профиль наружной поверхности которой эквидистантен профилю наружной поверхности оживальной оболочки сопла ЖРД, фрезерование пазов на ее наружной поверхности и снятие заготовки с оправки, отличающийся тем, что используют оправку, состоящую из неподвижной части и подвижной верхней части в виде съемника, который устанавливают с возможностью перемещения вверх посредством трех нажимных болтов при упоре их в торец неподвижной части при снятии с оправки отфрезерованной заготовки оживальной оболочки сопла ЖРД, при этом для обеспечения жесткости между оправкой и оживальной оболочкой сопла ЖРД используют гипсовый раствор, а для предотвращения деформации оболочки обеспечивают выполнение условия:


где
F_сцеп. - сила сцепления между гипсом и оживальной оболочкой сопла
ЖРД, кгс/мм².
S_бок. - площадь боковой поверхности оживальной оболочки сопла ЖРД,
расположенная ниже съемника, мм², определяемая как
, где
L - высота конуса оживальной оболочки сопла ЖРД, мм;
d₁ - малый диаметр конуса оживальной оболочки сопла ЖРД, мм;
d₂ - большой диаметр конуса оживальной оболочки сопла ЖРД, мм;
α - среднее значение угла наклона оживальной оболочки сопла ЖРД,
град;
S_сеч. - площадь поперечного сечения оживальной оболочки сопла ЖРД в
месте стыковки подвижной и неподвижной частей оправки, мм²;
σ_в - предел прочности материала оживальной оболочки сопла ЖРД,
кгс/мм^{2 .}