[发明专利]一种采用激光成型的压差式阻隔结构及加工方法

说明书

一种采用激光成型的压差式阻隔结构，包含：膜片(2)、上挡圈(3)、下挡圈(1)；上挡圈(3)和下档圈(1)均为环形结构，共同压住膜片(2)的边缘；膜片(2)为反拱型结构，在拱内侧采用激光刻蚀加工十字型减弱槽；上挡圈(3)和下挡圈(1)与管路连接面设置密封槽，安装密封结构。本发明具有加工精度高、产品尺寸可测性、打开压力精确度高等特点，可应用于火箭动力系统的管路中，具有成品率高、产品一致性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种压差式阻隔结构及加工方法。

背景技术

压差式阻隔结构主要应用于航空航天、石油、化工等领域。目前，航天领域主要采用纯铝材料的压差式阻隔结构，一般采用机械冲制的方式加工减弱槽，减弱槽为“V型”结构，且加工过程铝膜片发生翘曲变形，导致成型后参数测量难度高，精度差；同时，其为纯铝材料，产品耐疲劳性能差，对工程应用造成一定的影响。

石油、化工领域的压力管道、容器也广泛使用压差式阻隔结构，但石油、化工领域对阻隔结构的打开压力精度要求相对不高，同时，产品主要应用于地面设备，方便定期检修及更换，因此石油化工领域采用的压差式阻隔结构主要采用机械冲制的方式，同样，存在产品加工精度不高、一致性差等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明目的是提出一种基于激光加工的压差式阻隔结构及加工方法，具有加工精度高、产品尺寸可测性、打开压力精确度高等特点，可应用于火箭动力系统的管路中，具有成品率高、产品一致性好等特点。

本发明所采用的技术方案是：一种采用激光成型的压差式阻隔结构，包含：膜片、上挡圈、下挡圈；上挡圈和下档圈均为环形结构，共同压住膜片的边缘；膜片为反拱型结构，在拱内侧采用激光刻蚀加工十字型减弱槽；上挡圈和下挡圈与管路连接面设置密封槽，安装密封结构。

上挡圈和下挡圈与膜片采用电子束焊接成为整体。

上挡圈、下挡圈与膜片均采用不锈钢316L材料。

膜片的初始参数通过经验公式计算得到，初试参数包括膜片的厚度、起拱高度、刻痕剩余厚度；经验公式如下：

失稳压力

式中，K₁为材料常数，A、B均为经验参数，A＝21，B＝0.304；S₀为膜片厚度，H为起拱高度，d为起拱直径；

通过有限元非线性稳定性分析进一步计算得到膜片参数，将材料非线性、刻痕剩余厚度、几何初始缺陷作为膜片设计参数进行有限元分析；通过有限元仿真分析的多轮迭代，从分析结果中得到最优的膜片设计参数，以此膜片设计参数为最终膜片尺寸，进行压差式阻隔结构的工艺试验验证。

一种采用激光成型的压差式阻隔结构的加工方法，包括步骤如下：

(1)计算膜片参数；

(2)选取膜片材料，加工膜片，膜片成型步骤包括原材料剪裁、线切割、液压起拱、激光加工减弱槽；

(3)加工上下挡圈；

(4)将上、下挡圈和膜片焊接为整体。

步骤(1)的具体方法为：

根据设计指标要求，采用经验公式的方法，初步估算膜片的基本设计参数，包括厚度、起拱高度、刻痕剩余厚度，再采用有限元非线性稳定性分析方法，进行仿真分析迭代，根据仿真结果，选取最优的膜片设计参数，开展工艺试验验证。

步骤(2)中，膜片材料选取不锈钢材料。

步骤(2)中，原材料剪裁：要求同一批膜片取自同一张金属带材，根据尺寸规格剪裁出一定规格尺寸的方形金属片；

线切割：将剪裁后的金属材料采用线切割加工成设定直径的圆形金属片；