一种影响燃烧室壳体强度可靠性风险点工艺分析方法

技术领域

本发明属于结构工艺性分析技术领域，涉及一种风险点工艺分析方法。

背景技术

固体火箭发动机燃烧室壳体结构多由连接件与筒体经过焊接、热处理后组合加工而成，必须具备一定的强度要求。其中，壁厚尺寸为关键控制要素，能够保证发动机的工作安全性。燃烧室壳体在成型过程中，为提高材料利用率，筒体多采取旋压成型的工艺方法，保证壁厚和形位公差，但是这一方法相对机加零件外径尺寸离散度较大。因此，为保证焊接质量，控制连接件与筒体焊接部位径向错位量，连接件外径采取与筒体配车的工艺方法。连接件内型面多由直段和椭球面组成，椭球面长轴顶点与直段衔接，外型面为相对内型面偏移一定壁厚尺寸而成，基本结构如图1所示。

此设计结构存在主要问题为：

1)工艺成型过程对设计的影响较大；

2)存在结构薄弱点，发动机工作过程会出现应力集中点，影响使用安全性；

3)风险隐蔽性强，一般设计人员难以发现或关注。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种影响燃烧室壳体强度可靠性风险点工艺分析方法，能够确定风险点位置和具体偏离设计状态情况，并给出技术改进建议，使设计结构更科学、严谨、可靠，消除隐患，提高产品设计强度可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)计算外径尺寸

2)计算内径尺寸A0，A0

3)按外径加工过程极限尺寸上偏差计算，得到内径极限上偏差尺寸；按外径加工过程极限尺寸下偏差计算，得到内径极限下偏差尺寸；将内径极限上偏差尺寸和内径极限下偏差尺寸分别与设计最小壁厚对比，判断是否均满足要求，若任一不满足，则判定存在影响强度可靠性的风险点。

所述的筒体外径尺寸实测值

所述的壁厚尺寸为A2±0.05mm，则内径尺寸

所述按外径加工过程极限尺寸上偏差计算，外径取(A+0.5)mm，壁厚取下偏差(A2-0.05)mm，则内径极限上偏差尺寸为(A-2*A2)mm+0.6mm；内型面长轴顶点理论直径为(A-2*A2)mm，则判断出在直段和椭球面衔接处内径、外径均出现阶差，外径相对椭球面偏移+0.5/2＝0.25mm，内径相对椭球面偏移+0.6/2＝+0.3mm，即直段相对椭球面上移，衔接处壁厚为(A2-0.3)mm，不满足设计最小壁厚(A2-0.05)mm要求。

所述按外径加工过程极限尺寸下偏差计算，外径取(A-0.2)mm，壁厚取上偏差(A2+0.05)mm，则内径极限下偏差尺寸为(A-2*A2)mm-0.3mm；能够判断出在椭球面和直段衔接处内径、外径均出现阶差，直段外径相对椭球面偏移-0.2/2＝-0.1mm，内径相对椭球面偏移-0.3/2＝-0.15mm，即直段相对椭球面下移，衔接处壁厚为(A2-0.1)mm，不满足设计最小壁厚(A2-0.05)mm要求。

若步骤3)不满足壁厚要求，则对结构进行改进优化，将内型面分为筒段和锥段两部分，两部分之间采取锥面过渡。

本发明的有益效果是：

(1)工艺性对设计结构的影响

依据成型过程工艺特点，提供一种新的工艺分析方法。

(2)消除技术风险

能够分析并挖掘设计结构薄弱点和风险点，预防或消除设计缺陷。

(3)为设计优化提供依据

通过工艺性分析计算，能够确定实际产品偏离设计状况具体情况，为设计优化提供参考。

(4)具有推广价值

该分析方法和计算过程能够在类似结构中推广使用，给设计和工艺人员提供可能影响强度可靠性的风险控制点，尤其对于航天产品零部件结构设计，能够有效提高产品设计工艺性和可靠性。

附图说明

图1为理论设计图；

图2为成型工艺流程图；

图3为成型工艺流程结构图；

图4为尺寸链关系图；

图5为外径上偏差图；

图6为外径下偏差图；

图7为某型号连接件结构示意图；

图8为实施例的尺寸链关系图；

图9为实施例的外径上偏差图；

图10为实施例的外径下偏差图；

图11为改进后的外径上偏差图；

图12为改进后的外径下偏差图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过工艺性分析和计算确定风险点，消除技术风险。

为了实现上述目的，本发明提供了一种工艺分析方法和计算方法。

(1)成型过程分析

连接件多采用数控车加工成型，成型过程工艺流程如图2所示，结构如图3所示。

(2)成型过程工艺分析计算

1)外径尺寸

具体计算如下：

筒体外径尺寸精度按行业标准一般为(A±0.3)mm，连接件配车尺寸外径一般要求为

2)内径尺寸

依据成型过程工艺流程先后次序，构建尺寸链(壁厚、外径、内径)，其中开环分别为壁厚尺寸(A2±0.05)mm和外径尺寸A1，闭环为内径尺寸A0，如图3所示。计算过程如下：

A0

A0

则内径尺寸为：

(3)工艺性分析

通过工艺分析计算，连接件外径、壁厚、内径尺寸分别为

按外径加工过程极限尺寸下偏差计算，外径取(A-0.2)mm，壁厚取上偏差(A2+0.05)mm，则内径极限下偏差尺寸为(A-2*A2)mm-0.3mm。则可以判断出在椭球面和直段衔接处内径、外径均出现阶差，直段外径相对椭球面偏移-0.2/2＝-0.1mm，内径相对椭球面偏移-0.3/2＝-0.15mm，即直段相对椭球面下移，衔接处壁厚为(A2-0.1)mm，不满足设计最小壁厚(A2-0.05)mm要求。如图5所示。

综上，结合工艺手段进行工艺性分析和计算，此类结构设计存在影响强度可靠性的风险点。

以某型号连接件结构为例，结构如图7所示，壁厚2.5mm±0.1mm，内型面椭球方程X

(1)计算过程

1)外径尺寸

具体计算如下：

筒体外径尺寸为

2)内径尺寸

依据加工过程先后次序，确定尺寸链开环分别为壁厚尺寸(A2)和外径尺寸(A1)，闭环为内径尺寸(A0)，如图8所示。计算过程如下，：

则内径尺寸为：

(2)工艺成型过程

具体加工步骤：

①与筒体配车外径

②加工内型面直段，保证壁厚尺寸2.5mm±0.1mm及深度尺寸35mm；

③按方程加工内型椭球面；加工内型面锥面，依据内径实际尺寸确定锥面角度，并与椭球面长轴衔接；

④加工外型面，保证壁厚尺寸2.5mm±0.05mm。

⑤焊接、热处理后加工外径(架位)。

(3)工艺分析

通过工艺分析计算，连接件外径、壁厚、内径尺寸分别为

按外径加工过程极限尺寸下偏差计算，外径取

(4)改进措施或建议

依据工艺分析计算结果偏离设计技术状态情况，基于强度可靠性考虑，可以对结构进行改进优化，将内型面分筒段和锥段两部分，采取锥面过渡，可以包容所有尺寸偏差对设计关键壁厚尺寸的影响，提高产品设计的可靠性，消除设计缺陷，满足工作强度要求。

改进后效果如图11、12所示。