航天閥門部件冷裝配與熱裝配工藝研究

劉永剛 董悅

通訊作者：董悅，1987年9月，女，漢，陜西渭南人，現(xiàn)任西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司中級(jí)工程師，碩士研究生。研究方向：閥門制造及裝配。

摘? ? 要：航天閥門是航天發(fā)動(dòng)機(jī)的重要控制組件，其工作介質(zhì)具有低溫推進(jìn)劑，高溫燃?xì)獠煌臏囟?。航天閥門作為一種切斷裝置，其部件的裝配分為冷裝配和熱裝配兩種方式，不同的裝配方式適用于不同的場景，有不同的裝配工藝，對此，本文將通過闡述航天閥門的概念入手，研究航天閥門部件冷裝配和熱裝配的工藝及注意事項(xiàng)，并提出具體的裝配方案。

關(guān)鍵詞：航天閥門部件;冷裝配工藝;熱裝配工藝

一、航天閥門部件的冷裝配工藝研究

冷裝配工藝一般很少使用，該工藝操作繁瑣復(fù)雜，但在一種情況之下則必須使用這種方式。當(dāng)航天閥門部件大于正常尺寸且其硬度和強(qiáng)度很低時(shí)，則不能對航天閥門部件進(jìn)行直接加熱，這種時(shí)候就可以采用冷裝配的方式，先將部件進(jìn)行冷縮，以此將過大的部件消除或減少至正常的尺寸，然后再進(jìn)行裝配[1]。除此之外，對于溫度超低的航天閥門部件也要使用冷裝配的工藝進(jìn)行安裝。當(dāng)然，安裝時(shí)一定要注意對裝配的控制和部件尺寸大小的變化，要根據(jù)實(shí)際情況來計(jì)算冷裝配需要的溫度[2]。以下是冷裝配工藝的操作流程和注意事項(xiàng)。

（一）冷裝配溫度的計(jì)算

在使用冷裝配工藝時(shí)首先要考慮的是裝配的溫度，溫度的確定與部件材質(zhì)和裝配尺寸、室溫等多種因素共同計(jì)算的，具體公式如下：

其中，T代表冷裝配時(shí)所需的溫度，用℃表示;y代表著實(shí)際的部件尺寸與應(yīng)使用部件尺寸之差，即最大過盈值，用mm表示;Δ代表冷裝配時(shí)的最小間隙值，用mm表示;α代表部件材料冷卻之后的膨脹系數(shù)，用1/℃表示;d代表航天閥門部件應(yīng)使用的尺寸，用mm表示;t代表裝配時(shí)的室內(nèi)溫度，用℃表示。上述是冷裝配溫度的計(jì)算公式及其代表的具體含義。

（二）冷裝配的最小間隙值

冷裝配的最小間隙值是上述公式中的Δ，Δ的具體取值需根據(jù)配合尺寸，即公式中d的值來決定。當(dāng)配合尺寸d的取值 ≤ 3時(shí)，最小間隙Δ值為0.003;當(dāng)配合尺寸d的取值在3～6之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.006;當(dāng)配合尺寸d的取值在6～10之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.010;當(dāng)配合尺寸d的取值在10～18之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.018;當(dāng)配合尺寸d的取值在18～30之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.030;當(dāng)配合尺寸d的取值在30～50之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.050;當(dāng)配合尺寸d的取值在50～80之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.059;當(dāng)配合尺寸d的取值在80～120之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.069;當(dāng)配合尺寸d的取值在120～180之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.079;當(dāng)配合尺寸d的取值在180～250之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.003;當(dāng)配合尺寸d的取值在250～315之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.101;當(dāng)配合尺寸d的取值在315～400之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.111;當(dāng)配合尺寸d的取值在400～500之間時(shí)，最小間隙Δ值為0.123;當(dāng)配合尺寸d的取值 > 500時(shí)，則無最小間隙Δ值。其中配合尺寸和最小間隙的單位統(tǒng)一用mm表示。具體見下表1。

（三）檢查配合尺寸

在對航天閥門部件進(jìn)行冷裝配之前，需要全面檢查部件的配合尺寸，并將部件的表面清理干凈，確保部件尺寸等各方面符合使用冷裝配的標(biāo)準(zhǔn)[3]。同時(shí)也要保證冷卻后的配件尺寸符合安裝尺寸要求，只要各項(xiàng)尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)行冷安裝工藝的裝配工作。

（四）冷卻劑種類和性能

冷裝配工藝需要對過盈配件進(jìn)行冷卻，冷卻的過程中則需要冷卻劑的使用才能達(dá)到效果，一般在進(jìn)行冷卻時(shí)常用的冷卻劑有兩種，分別是干冰、液氮[4]。干冰的學(xué)術(shù)名稱為固態(tài)二氧化碳，它能夠?qū)⒑教扉y門部件的溫度冷卻降低，但最多只能降低到-75 ℃，對于過盈量過大的部件則不能滿足，因此，干冰只適用于過盈量小的部件，且部件不宜過大。

（五）航天閥門部件冷卻所需時(shí)間的計(jì)算公式

航天閥門部件的冷卻時(shí)間不能隨意確定，需要多方面的共同計(jì)算，包括部件的材質(zhì)及尺寸等因素，具體公式如下：

其中，t表示航天閥門部件所需要的冷卻時(shí)間，用min表示;α表示與航天閥門部件材質(zhì)有關(guān)的綜合系數(shù);?表示航天閥門部件的尺寸，包括其厚度、直徑等各種尺寸，用mm表示。關(guān)于綜合系數(shù)α的取值要根據(jù)材質(zhì)的不同，制作冷卻劑的液氮用量也不相同，如冷媒介質(zhì)為黃銅時(shí)，所需要的液氮為0.8;冷媒介質(zhì)為青銅時(shí)，所需要的液氮為0.9;冷媒介質(zhì)為鋼時(shí)，所需要的液氮為1.2;冷媒介質(zhì)為鑄鐵時(shí)，所需要的液氮為1.3。具體可見下表2。

（六）航天閥門部件冷裝配的操作注意事項(xiàng)

航天閥門部件冷裝配工藝要注意兩個(gè)方面。

第一方面是航天閥門部件的冷卻，將航天閥門部件放入調(diào)配好的冷卻劑中，起初會(huì)出現(xiàn)一種“沸騰”的現(xiàn)場，當(dāng)“沸騰”現(xiàn)象逐漸消弱直至消失時(shí)則完成一般冷卻，但此時(shí)需要注意的是，冷卻沸騰消失時(shí)不代表完全冷卻完成，需要根據(jù)零部件的厚度或者材質(zhì)來決定是否需要進(jìn)行二次透濕[5]。

第二方面是航天閥門部件的裝配，冷縮后的航天閥門部件需要迅速且穩(wěn)定地裝入包容件中，如果航天閥門部件從冷卻劑取出后在空氣中暴露較長時(shí)間，其表面則會(huì)形成一層白霜，這層白霜的出現(xiàn)會(huì)影響部件的裝入。當(dāng)裝入時(shí)零件出現(xiàn)歪斜的情況，可以通過錘子敲擊的方式進(jìn)行調(diào)整，錘子的材質(zhì)可以為紫銅錘，也可以是木錘，二者皆可。

（七）安全措施

在進(jìn)行航天閥門部件冷裝配時(shí)，工作人員一定要做好防護(hù)措施，防護(hù)用品穿戴齊全。在部件冷卻的過程中，要注意避免手部的直接接觸，一定要借助工具[6]。

二、閥門部件的熱裝配工藝研究

閥門部件熱裝配工藝與冷裝配工藝大不相同，其原理是溫差法，通過對包容件的加熱使其膨脹，然后將過盈部件放入包容件中。這種裝配工藝主要是對包容件進(jìn)行處理，配合件保持不變。

（一）加熱前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行航天閥門部件熱裝配工作前需要做好兩項(xiàng)準(zhǔn)備。

一是要對零件的各方面進(jìn)行檢查，核對好配合尺寸、直徑等數(shù)據(jù)，同時(shí)也要清理干凈零件表層，確保零部件表面光滑無刺，包括雜物的清理，如灰塵、銹斑等雜志。

二是在安裝之前要注意檢查零部件是否有墊片、擋圈等配套零件，并保證其配套零件的尺寸和材質(zhì)與主零部件相符，具備合格的檢驗(yàn)資質(zhì)[7]。

（二）加熱溫度及加熱時(shí)間的計(jì)算公式

航天閥門部件的熱裝配也需要計(jì)算加熱的溫度，與冷裝配計(jì)算溫度的不同之處有兩點(diǎn)。一是裝配時(shí)的室內(nèi)溫度，冷裝配是要減去室內(nèi)溫度，而熱裝配則要加上室內(nèi)溫度[8]。二是T所代表的含義不同。具體公式如下：

T = （y+Δ）/（α·d）+t

其中，T代表軸套的加熱溫度，用℃表示;y代表著實(shí)際的部件尺寸與應(yīng)使用部件尺寸之差，即最大過盈值，用mm表示;Δ代表冷裝配時(shí)的最小間隙值，用mm表示;α代表部件材料冷卻之后的膨脹系數(shù)，用1/℃表示;d代表航天閥門部件應(yīng)使用的尺寸，用mm表示;t代表裝配時(shí)的室內(nèi)溫度，用℃表示。

航天閥門部件的加熱時(shí)間需要結(jié)合零件的厚度、材質(zhì)等因素綜合考慮，一般情況下，長度為每10 mm則需要10 min的加熱，厚度為每40 mm則需要10 min的保溫。

三、結(jié)束語

航天閥門部件裝配工藝的選擇需要根據(jù)部件本身的性質(zhì)選取最適合的工藝手段，以此減少航天閥門冷卻中所產(chǎn)生的不必要的成本，也能夠提高閥門部件在使用中的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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