[发明专利]一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开了一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法，包括以下步骤：(1)建模；(2)将建立的模型按照要求进行摆放；(3)对模型进行迭代优化；(4)添加内腔实体自支撑和需去除的外部支撑；(5)激光选区熔化成形；(6)清理粉并去除外部支撑及热处理；(7)灌蜡、脱蜡处理；(8)表面光整；内腔实体自支撑主要包括：以第一层底和第二层底之间分布的喷嘴为支撑点，添加倾斜实体支撑，实现喷嘴之间的悬垂面无支撑成形；对第一层底和第二层底之间倾斜实体结构无法覆盖全部的0°悬垂面添加镂空实体支撑，在不影响内腔推进剂流动的前提下，使喷注器整体制造成为可能，保证喷注器内部成形质量。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体是一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法。

背景技术

喷注器为燃气发生器和推力室中完成液氧煤油发动机推进剂雾化、掺混及燃烧功能的核心组件。但是由于喷注器内部结构复杂，目前一般采用分体结构成形，将多个零件分体加工，然后将各个零件焊接连接成整体结构，该种方法主要存在以下问题：一、可靠性差。喷注器由上百个零件压合钎焊而成，连接过程中存在变形，影响液流数据；钎焊过程不易控制，特别是复合喷嘴与第一层底、第二层底的钎焊部位，一旦出现焊缝失效泄漏，就会发生氧化剂路和燃料路串腔，导致发动机爆炸；焊缝数量多、面积大，在发动机工作过程中，多次振动容易引起焊缝开裂，降低喷注器长时间工作可靠性。二、制造成本高。喷注器零件数量多，精度要求高，加工过程中需要很长的设备占用时间；在零件连接过程中，需要多个工装夹具进行固定和定位，制造成本高。三、加工周期长。喷注器加工制造涉及锻造、热处理、表面处理、机械加工、试验及组件装配、钎焊等近20多个领域和工序，从零件加工到组件焊接，再到喷注器装配及检查试验，整个生产周期耗时近4个月，不利于发动机的快速研制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法，能够实现喷注器的成体成形，且成形的喷注器质量高，可靠性高。

本发明的技术解决方案是：一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法，包括以下步骤：

(1)建立喷注器的三维模型并优化；

(2)将步骤(1)建立的三维模型按照要求进行摆放；

(3)根据步骤(2)摆放的三维模型，提取模型中的单个喷嘴进行迭代优化以确定最终三维模型；

(4)根据步骤(3)确定的三维模型和步骤(2)确定的摆放方案，添加成形后无需去除的内腔实体自支撑和需去除的外部支撑；

(5)在惰性气体环境中按照步骤(4)得到的三维模型进行激光选区熔化成形，得到带有外部支撑和实体自支撑的喷注器；

(6)对步骤(5)得到的带有外部支撑和实体自支撑的喷注器的内腔粉末进行清理，并去除外部支撑及热处理；

(7)对步骤(6)得到的去除了外部支撑及热处理得到的喷注器进行灌蜡处理，灌蜡完成后采用机械加工去除外部支撑，再进行脱蜡处理；

(8)对步骤(7)得到的去除外部支撑的喷注器进行表面光整，光整完成后得到复杂、多内腔、窄流道喷注器；

复杂、多内腔、窄流道喷注器包括第一层底、第二层底、喷嘴和燃气入口管，喷嘴和燃气入口管位于第一层底和第二层底之间，喷嘴围绕燃气入口管的中心设置，喷嘴的最小出口间隙为0.6mm；

步骤(4)中，添加无需去除的内腔实体自支撑主要包括：以第一层底和第二层底之间分布的喷嘴为支撑点，添加倾斜实体支撑，实现喷嘴之间的悬垂面无支撑成形；对第一层底和第二层底之间倾斜实体结构无法覆盖全部的0°悬垂面添加镂空实体支撑；添加倾斜实体结构的依据为“激光选区熔化成形技术在无支撑添加的情况下可以成形≥45°的倾斜结构以及直径不大于6mm的横向圆筒结构”；添加的镂空实体支撑需满足强度需求且不影响液流在腔体内流通。