一种旋气室的加工方法与流程

1.本发明属于发动机燃料管领域，尤其涉及一种旋气室的加工方法。


背景技术：

2.电弧加热器是地面试验中模拟高超声速热障效应卓具成效的设备之一，在高超声速飞行器热防护的研究中占据着重要地位。当前，随着高焓值大功率电弧加热器设备的建成及投入使用，对加热设备各分部件的性能提出了更高的要求。
3.目前，大多数类型的旋气室壳体与进气环之间采用整体套装焊接方式进行连接。该结构导致旋气室结构复杂度高，轴向结构冗余度高，加工周期长，制约着加热器的结构设计和性能的提高。此外，在电弧加热器大功率运行时，加热器旋气室内部的高温高压流场容易使得焊缝间隙渗水漏气，导致试验失败。
4.现有技术中由于旋气室的结构特殊性，缺乏对旋气室异性内孔打压工装，在需对钎缝进行压力试验，由于内部腔体为异形面，难以用o型圈直接进行密封，因此无法进行打压测试。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种旋气室的加工方法，以提高集气通道、冷却水通道和进气孔的表面粗糙度和精度。
6.本发明采用以下技术方案：一种旋气室的加工方法，旋气室的结构包括：轴线相互重合、且均为中空圆柱状的外环和内环，外环位于内环的外围，
7.外环的加工方法为：
8.在圆环金属基体的中心位置车加工出中空的外环，
9.绕外环内壁一周车加工出外凹槽，
10.在外环的一侧环面上车加工出圆形的扣环槽，扣环槽的中心点与外环的中心点重合，
11.在扣环槽内向内铣加工出冷却水槽，冷却水槽的中心点与外环的中心点重合；
12.在内环上加工出内凹槽、台阶孔、内伸孔，并将外环和内环进行钎焊后得到旋气室。
13.进一步地，内环的加工方法为：
14.在圆环金属基体的中心位置车加工出中空的内环，
15.绕内环外壁一周车加工出内凹槽，使得内凹槽和外凹槽相对应，
16.在内环上、靠近外环处利用铣刀铣加工出台阶孔，
17.在内环上、靠近内环处利用铣刀铣加工出内伸孔，台阶孔和内伸孔同轴设置；
18.利用钻头处理内伸孔，
19.用铣刀铣加工内伸孔，使得连接的台阶孔和内伸孔组成进气孔，使得多个进气孔环绕内环一周自外向内贯穿开设，并且多个进气孔绕内环一周螺旋设置。
20.进一步地，在扣环槽内放置有扣环板，扣环板面向冷却水槽设置，并与冷却水槽相互配合形成冷却水通道；
21.在加工得到内环和外环后，将内环和外环进行钎焊得到旋气室，
22.钎焊的方法为：在扣环板面向冷却水槽的一面粘带钎料，在内凹槽和外凹槽的周边预置钎料，使得内凹槽和外凹槽口对口相互配合形成环状的集气通道，然后进行真空钎焊，制得旋气室。
23.进一步地，钎焊具体方法包括：
24.a:抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到6
‑9×
10
‑3pa，工作真空度1
‑2×
10
‑2pa；
25.b：加热程序：
26.以250
‑
350℃/h的速率加热到350
‑
500℃，保温25
‑
35min；
27.以350
‑
400℃/h的速率加热到900
‑
1000℃，保温35
‑
45min；
28.以400
‑
450℃/h的速率加热到1000
‑
1010℃，开始钎焊；
29.c：真空钎焊：在1000
‑
1010℃
±
5℃进行钎焊，保持15
‑
25min；
30.d：冷却程序：钎焊结束后随炉真空冷却至850
‑
900℃后,向炉内填充高纯气体(ar≥99.999％或n2≥99.999％)冷却到550
‑
650℃，再填充纯气体，使炉内压力达到8
‑9×
104pa后，启动风扇冷却至60
‑
70℃出炉。
31.进一步地，在钎焊后需要对旋气室的集气通道和冷却水通道进行密封性试验，在试验时夹持旋气室的具体工装包括：
32.柱状芯轴，其两端分别为头端和尾端，靠近尾端处绕其外壁开设横截面为l形的安装槽，安装槽较长的一段与柱状芯轴的轴线平行，较短的一段与柱状芯轴垂直，进而使得柱状芯轴的尾端向外延伸，当固定旋气室时，使得旋气室内环的一侧贴在安装槽较短的一段上，头端处绕其外壁开设有横截面为l形的固定槽，固定槽较短的一段与柱状芯轴的轴线平行，较长的一段与柱状芯轴垂直、且其端部与安装槽较长一段相互连通，安装槽和固定槽相互配合使得柱状芯轴自头端向尾端依次形成两个台阶，两个台阶分别为靠近头端的头端台阶和靠近尾端的尾端台阶，头端台阶和尾端台阶的台阶面均与柱状芯轴的轴线平行，
33.压环，为中空的圆环状，其轴线与柱状芯轴轴线相重合，其靠近柱状芯轴的一侧开设有横截面为l形的配合槽，配合槽与固定槽相互吻合，使得压环对位于尾端台阶上的内环的另一侧进行压紧，进而使得内环的两侧分别贴在压环一侧和安装槽较短的一段，
34.压板，为一圆形平板，其板面与柱状芯轴的轴线垂直，其中心开设有用于将压板和柱状芯轴固定的安装孔，压板的外径大于压环远离柱状芯轴一侧的内径，压板用于将压环固定在柱状芯轴上。
35.进一步地，旋气室内环的一侧与安装槽较短的一段之间、旋气室内环的另一侧与压环之间、压环与尾端台阶之间均设置有o型密封圈，压环与尾端台阶之间的o型密封圈用于对内伸孔的内端进行密封。
36.本发明的有益效果是：本发明的加工方法，可以提高集气通道、冷却水通道和进气孔的表面粗糙度和精度；本发明的打压工装通过设置3个密封圈以及压环和压板相互配合，并且自行组成腔体，并将钎缝漏出，便于观察在打压过程中的渗漏情况。
附图说明
37.图1为本发明的结构示意图；
38.图2为本发明中旋气室外环的纵截面结构示意图；
39.图3为本发明中夹持旋气室的工装的结构示意图。
40.其中：1.柱状芯轴；2.头端；3.尾端；4.安装槽；5.固定槽；6.头端台阶；7.尾端台阶；8.压环；9.配合槽；10.压板；11.外环；12.内环；13.冷却水通道；15.扣环槽；16.集气通道；17.进气孔；18.台阶孔；19.内伸孔。
具体实施方式
41.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
42.本发明公开了一种旋气室的加工方法，如图1和图2所示，旋气室的结构包括：轴线相互重合、且均为中空圆柱状的外环11和内环12，外环11位于内环12的外围，在外环11的一侧环面上开设有圆形的扣环槽15，扣环槽15的中心点与外环11的中心点重合，在扣环槽15内朝向外环11的另一侧环面、即向内开设有冷却水槽，冷却水槽的中心点与外环11的中心点重合，旋气室还包括扣环板，扣环板与冷却水槽相互配合形成冷却水通道13，冷却水通道13上设置有进水接头和堵头。绕外环11内壁一周、开设有外凹槽，绕内环12外壁一周开设有内凹槽，内凹槽和外凹槽口对口相互配合形成环状的集气通道16，环绕内环12一周自外向内贯穿开设有多个进气孔17，多个进气孔17绕内环12一周螺旋设置，各进气孔17均由连接的台阶孔18和内伸孔19组成，台阶孔18和内伸孔19同轴设置、且台阶孔18的直径大于内伸孔19的直径，靠近外环11为台阶孔18，靠近内环12为内伸孔19。
43.外环的加工方法为：
44.在圆环金属基体的中心位置车加工出中空的外环11，
45.绕外环11内壁一周车加工出外凹槽，
46.在外环11的一侧环面上车加工出圆形的扣环槽15，扣环槽15的中心点与外环11的中心点重合，
47.在扣环槽15内向内铣加工出冷却水槽，冷却水槽的中心点与外环11的中心点重合；例如选用d3刀具，进给1000mmpm，转速1800rpm，吃刀量0.06mm，刀具有效长大于15mm；
48.在内环12上开设内凹槽、台阶孔18、内伸孔19，并将外环11和内环12进行钎焊后得到旋气室。
49.内环的加工方法为：
50.在圆环金属基体的中心位置车加工出中空的内环12，
51.绕内环12外壁一周车加工出内凹槽，使得内凹槽和外凹槽相对应，
52.在内环12上、靠近外环11利用铣刀铣加工出台阶孔18，
53.在内环12上、靠近内环12处利用铣刀铣加工出内伸孔19，台阶孔18和内伸孔19同轴设置；
54.利用钻头处理内伸孔19，
55.用铣刀铣加工内伸孔19，使得连接的台阶孔18和内伸孔19组成进气孔17，使得多个进气孔17环绕内环12一周自外向内贯穿开设，并且多个进气孔17绕内环12一周螺旋设置。例如先用φ3铣刀，铣出φ4的孔，转速2000rpm，进给量800mmpm，再用φ1.5铣刀，铣出φ
1.6
‑
1.7的孔，转速2100rpm，进给量500mmpm，然后用ztφ1.8钻头，钻φ1.8
‑
1.9底孔，转速1800rpm，进给量30mmpm，最后用φ2铣刀，铰φ2
±
0.03孔，转速800rpm，进给量15mmpm。
56.在扣环槽15内放置有扣环板，扣环板面向冷却水槽设置，并与冷却水槽相互配合形成冷却水通道13；在加工得到内环12和外环11，将内环12和外环11进行钎焊得到旋气室，钎焊的方法为：在扣环板面向冷却水槽的一面粘带钎料，在内凹槽和外凹槽的周边预置钎料，使得内凹槽和外凹槽口对口相互配合形成环状的集气通道16，然后进行真空钎焊，制得旋气室。现有技术中旋气室壳体与进气环之间采用钎焊方式进行连接，与3d打印相比，本发明的加工方法可通过机加的方式保证集气通道、冷却水通道和进气孔的表面粗糙度和精度。
57.钎焊具体方法包括：
58.a:抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到6
‑9×
10
‑3pa，工作真空度1
‑2×
10
‑2pa；
59.b：加热程序：
60.以250
‑
350℃/h的速率加热到350
‑
500℃，保温25
‑
35min；
61.以350
‑
400℃/h的速率加热到900
‑
1000℃，保温35
‑
45min；
62.以400
‑
450℃/h的速率加热到1000
‑
1010℃，开始钎焊；
63.c：真空钎焊：在1000
‑
1010℃
±
5℃进行钎焊，保持15
‑
25min；
64.d：冷却程序：钎焊结束后随炉真空冷却至850
‑
900℃后,向炉内填充高纯气体ar≥99.999％或n2≥99.999％冷却到550
‑
650℃，再填充纯气体，使炉内压力达到8
‑9×
104pa后，启动风扇冷却至60
‑
70℃出炉。
65.在加工得到本发明的旋气室后，由于是钎焊内环12和外环11后得到旋气室，所以需要对其进行密封试验检测，即打压试验，在本发明对旋气室的集气通道16和冷却水通道13进行打压试验时，利用堵头将冷却水通道13的一端封堵，利用第二密封圈对内伸孔19的内端进行密封，然后通过连接头向集气通道16内充水打压，缓慢升压至5mpa水压试验，保压5min钎缝不得渗漏，在本发明对旋气室的冷却水通道13进行打压试验时，从进水接头充水打压，安装堵头，缓慢升压至5mpa水压试验，保压5min钎缝不得渗漏。
66.在钎焊后需要对旋气室的集气通道16和冷却水通道13进行密封性试验，本发明在对旋气室进行密封试验时的打压工装，在试验时夹持旋气室的具体工装，如图3所示，包括柱状芯轴1、压环8、压板10，柱状芯轴1的两端分别为头端2和尾端3，靠近尾端3处绕其外壁开设横截面为l形的安装槽4，安装槽4较长的一段与柱状芯轴1的轴线平行，较短的一段与柱状芯轴1垂直，进而使得柱状芯轴1的尾端3向外延伸，当固定旋气室时，使得旋气室内环12的一侧贴在安装槽4较短的一段上，头端2处绕其外壁开设有横截面为l形的固定槽5，固定槽5较短的一段与柱状芯轴1的轴线平行，较长的一段与柱状芯轴1垂直、且其端部与安装槽4较长一段相互连通，安装槽4和固定槽5相互配合使得柱状芯轴1自头端2向尾端3依次形成两个台阶，两个台阶分别为靠近头端2的头端台阶5和靠近尾端3的尾端台阶7，头端台阶5和尾端台阶7的台阶面均与柱状芯轴1的轴线平行。
67.压环8为中空的圆环状，压环8的轴线与柱状芯轴1轴线相重合，压环8靠近柱状芯轴1的一侧开设有横截面为l形的配合槽9，配合槽9与固定槽5相互吻合，使得压环8对位于尾端台阶7上的旋气室的内环12进行压紧，使得旋气室的内环12的两侧分别贴在压环8一侧和安装槽4较短的一段。
68.压板10为一圆形平板，压板10的板面与柱状芯轴1的轴线垂直，压板10中心开设有用于将压板10和柱状芯轴1固定的安装孔，压板10的外径大于压环8远离柱状芯轴1一侧的内径，压板10用于将压环8固定在柱状芯轴1上。通过将压板10的外径设置的大于压环8远离柱状芯轴1一侧的内径，可以保证压板10能对压环8进行压制，使得旋气室可以固定在压环8与柱状芯轴1的延伸处之间，进而对旋气室进行固定，方便对旋气室进行进一步加工。
69.旋气室内环12的一侧与安装槽4较短的一段之间、旋气室内环12的另一侧与压环8之间、压环8与尾端台阶7之间均设置有o型密封圈，压环8与尾端台阶7之间的o型密封圈用于对内伸孔19的内端进行密封。旋气室内环12的一侧与安装槽4较短的一段之间、旋气室内环12的另一侧与压环8之间均设置的为第一密封圈，压环8与尾端台阶7之间设置的为第二密封圈，压环8的外壁与柱状芯轴1的外壁平齐，旋气室在固定后其轴线与柱状芯轴1的轴线重合。
70.现有技术中缺乏对旋气室异性内孔打压工装，在需对钎缝进行压力试验，由于内部腔体为异形面，难以用o型圈直接进行密封，因此造成打压过程困难。本发明通过设置3个密封圈以及压环8和压板10相互配合，并且自行组成腔体，并将钎缝漏出，便于观察在打压过程中的渗漏情况。
71.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。