СПОСОБ ФРЕЗЕРОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ НЕЖЕСТКИХ ОЖИВАЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК СОПЕЛ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ЖРД)
MILLING OF LARGE-SIZED FLEXIBLE OGIVAL SHELLS FOR LIQUID-PROPELLANT ROCKET ENGINE NOZZLES

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:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ц</mi><mi>е</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>б</mi><mi>о</mi><mi>к</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo><</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>ч</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msub><mi>σ</mi><mi>в</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где
сцеп.
сцеп.
2
F - сила сцепления между гипсом и оболочкой (определяют экспериментально и принята равной 0,03 кгс/мм), т.е. сила сцепления F оболочки с оправкой должна быть меньше, чем усилие деформации оболочки в опасном сечении;
бок.
2
S - площадь боковой поверхности оболочки ниже съемника, мм;
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>б</mi><mi>о</mi><mi>к</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mi>π</mi><mo>×</mo><mi>L</mi><mo>×</mo><mfrac><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
1
2
Поверхность оболочки имеет оживальную форму (для упрощения расчета, условно считаем форму оболочки усеченным конусом) и задается величинами d, d, L, π, где
L - высота конуса, мм;
1
d - малый диаметр конуса оболочки, мм;
2
d - большой диаметр конуса оболочки, мм;
α - среднее значение угла наклона оживальной оболочки, град;
сеч.
2
S - площадь поперечного сечения оболочки в месте стыковки неподвижной части оправки и съемника, мм;
в
2
σ - предел прочности материала оболочки, кгс/мм.
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:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ц</mi><mi>е</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>б</mi><mi>о</mi><mi>к</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo><</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>ч</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msub><mi>σ</mi><mi>в</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Определяют высоту съемника h, которая не приводит к деформации оболочки:
- предварительно подбирают высоту съемника из диапазона 1/7-1/10 высоты оправки;
сцеп.
в
- проверяют выполнение условия (1), а именно сила сцепления F между оболочкой и боковой поверхностью оправки не должна превышать предела прочности σ 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.
1
Малый диаметр конуса оболочки d=770,45 мм.
2
Большой диаметр конуса оболочки d=1438,7 мм.
Высота конуса L=1300 мм.
α - средний угол конусности оболочки составляет 14°30'.
сеч.
в
2
S=4277,58 мм, σ=60 кгс/мм.
бок.
2
S=3,14×1300×(770,45+1438,7)/2=4508875,15 мм.
Подставив полученные данные в неравенство (1), имеем:
0,03×4508875,15×0,968<4277,58×60
2
2
130937,7 кгс/мм<256654,8 кгс/мм
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.