本發(fā)明涉及一種火焰穩(wěn)定器及制備方法，屬于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)及激光增材制造。

背景技術(shù)：

1、隨著科技進(jìn)步，航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比不斷提高，燃燒室溫升和燃燒室工作溫度也不斷提高，對(duì)燃燒室尤其火焰筒材料耐高溫、持久蠕變等性能要去愈發(fā)嚴(yán)格。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，尤其環(huán)形燃燒室火焰筒廣泛采用氣流冷卻、熱障涂層等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上燃燒室最大溫升，提高燃燒室及發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。

2、穩(wěn)定器主要為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室在高速氣流下穩(wěn)定火焰、保證燃燒可靠的作用，需要保證氣流穩(wěn)定、充足和流暢，特別是穩(wěn)定器的油氣管道流通性。此外，穩(wěn)定器需要承受著發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的高溫高壓來(lái)流沖擊。穩(wěn)定器整體結(jié)構(gòu)為薄壁異形曲面結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)鈑金焊接工藝方案無(wú)法一次成形，需由蒸發(fā)槽架、風(fēng)斗、油氣管、肋板、上蓋、下板、鉸鏈支架等多個(gè)薄壁零件經(jīng)過(guò)機(jī)加、鈑金成形、熱處理去應(yīng)力、組合焊接、焊后校形、焊后去應(yīng)力、激光打孔、精加工等工序加工而成，零件配套層級(jí)多、工序流程長(zhǎng)、生產(chǎn)周期久、專(zhuān)用工裝多、手工氬弧焊縫長(zhǎng)、需經(jīng)過(guò)多次熱處理、成本高。

3、采用激光選區(qū)熔化成形方案，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定器整體成形，不需多個(gè)零部件配套，避免了鈑焊加工方案中成形難度大、焊接變形大、加工周期長(zhǎng)等問(wèn)題，并能提高生產(chǎn)效率。

4、火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，為薄壁異形曲面結(jié)構(gòu)，激光選區(qū)熔化成形工藝為多層鋪粉，成形過(guò)程中低于45的區(qū)域不具備自支撐成形條件，采用支撐結(jié)構(gòu)輔助成型時(shí)，型面成形時(shí)易翹曲變形。而且火焰穩(wěn)定器整體為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其中油氣管與蒸發(fā)槽架為十字交叉結(jié)構(gòu)，打印成形過(guò)程易在風(fēng)斗成形時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力收縮線。蒸發(fā)槽架為開(kāi)口式薄壁結(jié)構(gòu)，采用激光打印及后處理過(guò)程變形較大。壁厚較大的吊耳相對(duì)于蒸發(fā)槽架為突變結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加重了成形過(guò)程中的變形程度。而穩(wěn)定器作為發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，對(duì)產(chǎn)品外形、配合尺寸和表面質(zhì)量要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足之一，提供一種火焰穩(wěn)定器及制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種火焰穩(wěn)定器制備方法，火焰穩(wěn)定器包括蒸發(fā)槽架、風(fēng)斗、油氣管、肋板、吊耳和長(zhǎng)吊耳，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

3、第一步，建立火焰穩(wěn)定器三維模型，增加防變形結(jié)構(gòu)和添加工藝余量；

4、第二步，優(yōu)化擺放角度，

5、擺放角度為，油氣管和蒸發(fā)槽架與打印平臺(tái)成45°夾角，長(zhǎng)吊耳結(jié)構(gòu)在上方，風(fēng)斗軸線與平臺(tái)夾角為α，且風(fēng)斗開(kāi)口斜向上；

6、第三步，分區(qū)域在三維模型上添加針對(duì)性支撐結(jié)構(gòu)并模型切片賦值處理；

7、第四步，激光選區(qū)熔化成形，得到火焰穩(wěn)定器坯件；

8、第五步，火焰穩(wěn)定器坯件與基板及外部支撐結(jié)構(gòu)分離；

9、第六步，進(jìn)行固溶強(qiáng)化真空熱處理；

10、第七步，去除防變形結(jié)構(gòu)、內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)和預(yù)留的工藝余量，得到火焰穩(wěn)定器。

11、一種采用上述任一制備方法得到的火焰穩(wěn)定器。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

13、(1)本發(fā)明通過(guò)對(duì)激光選區(qū)熔化成形工藝進(jìn)行改進(jìn)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，不僅減少產(chǎn)品加工工序、工裝數(shù)量和周期，而且降低制造成本，適于批量化工業(yè)生產(chǎn)；

14、(2)本發(fā)明通過(guò)特殊方式確定了合適的成形擺放角度，在保證油氣管與蒸發(fā)槽架盡可能多型面自支撐成形的前提下，使風(fēng)斗成形時(shí)緩慢閉合，從而消除了風(fēng)斗成形的應(yīng)力收縮線；

15、(3)本發(fā)明在蒸發(fā)槽架添加底板結(jié)構(gòu)，使蒸發(fā)槽架形成閉合結(jié)構(gòu)，在后續(xù)熱處理后再將其去除，從而控制了蒸發(fā)槽架變形問(wèn)題；

16、(4)本發(fā)明添加塊狀支撐和錐支撐相結(jié)合的強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)，并與基板相連，從而達(dá)到控制突變結(jié)構(gòu)等變形問(wèn)題；

17、(5)本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)伸入產(chǎn)品表面一定深度，在產(chǎn)品成型時(shí)，在接觸面將面與點(diǎn)接觸改為面面接觸，防止點(diǎn)面接觸，由于應(yīng)力收縮，支撐結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品在接觸端面上沒(méi)有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，造成產(chǎn)品脫開(kāi)和翹曲變形。

技術(shù)特征：

1.一種火焰穩(wěn)定器制備方法，火焰穩(wěn)定器包括蒸發(fā)槽架、風(fēng)斗、油氣管、肋板、吊耳和長(zhǎng)吊耳，其特征在于，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第一步中增加防變形結(jié)構(gòu)為在蒸發(fā)槽架底部增加底板，使蒸發(fā)槽架為封閉式結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第一步中依據(jù)火焰穩(wěn)定器增材制造成形工藝特點(diǎn)及后處理加工工藝需求，針對(duì)不同區(qū)域添加0.1mm～0.5mm的打磨和機(jī)加余量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第一步中火焰穩(wěn)定器三維模型邊緣結(jié)構(gòu)均倒圓角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第二步中風(fēng)斗軸線與平臺(tái)夾角α根據(jù)以下公式確定，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第二步中α為5°～7°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第三步中對(duì)成形過(guò)程中對(duì)于低于45°的區(qū)域，添加實(shí)體支撐、塊支撐或錐支撐結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第三步中蒸發(fā)槽架添加塊支撐，風(fēng)斗添加錐支撐，吊耳和長(zhǎng)吊耳添加實(shí)體支撐與塊支撐分段相結(jié)合的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)與基板相連段為空心圓柱形實(shí)體支撐，與產(chǎn)品相連段采用塊支撐結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第四步中，支撐結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品接觸面扎入一定深度，在激光選區(qū)熔化成形工藝過(guò)程中，在位于該深度的掃描面上，針對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的位置上先掃描一次再整體掃描產(chǎn)品本體。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第四步中，支撐結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品接觸面扎入深度范圍為0.15mm～0.25mm。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第四步中，激光選區(qū)熔化成形在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰穩(wěn)定器制備方法，其特征在于：所述第五步和第七步中采用線切割，并對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行打磨加工。

13.一種采用上述任一制備方法得到的火焰穩(wěn)定器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種火焰穩(wěn)定器及制備方法，火焰穩(wěn)定器包括蒸發(fā)槽架、風(fēng)斗、油氣管、肋板、吊耳和長(zhǎng)吊耳。本發(fā)明通過(guò)對(duì)激光選區(qū)熔化成形工藝進(jìn)行改進(jìn)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，不僅減少產(chǎn)品加工工序、工裝數(shù)量和周期，而且降低制造成本，適于批量化工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：肖海強(qiáng),馬瑞,王永衛(wèi),高佳旺,曹駿,張群,謝函穎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京動(dòng)力機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19