一种分段串联式可伸缩的内撑工装及方法技术

本发明专利技术一种分段串联式可伸缩的内撑工装及方法，属于固体发动机壳体局部校形及控制外部件焊接变形领域；包括内撑组件、芯轴和顶杆；内撑组件包括内撑筒、内端板和内撑顶具；多个内撑组件首尾相接且同轴设置，相邻内撑组件之间同轴设置有芯轴；芯轴为圆柱结构，一端同轴设置有锥形圆台结构，并在锥形圆台顶部中心轴处开有盲孔；顶杆为一端沿中心轴开有圆形凹槽的圆柱体，圆形凹槽的内径大于芯轴的圆柱外径。本发明专利技术能够实现固体发动机壳体外部件焊接过程中壳体焊接变形控制和校形处理。经试验验证，采用本发明专利技术提出的分段串联式可伸缩的内撑工装用于壳体外部件的焊接后，焊接变形得到了有效控制，并对壳体形成了校形作用，壳体的圆度由10mm减小至1.0mm。

【技术实现步骤摘要】
一种分段串联式可伸缩的内撑工装及方法
本专利技术属于固体发动机壳体局部校形及控制外部件焊接变形领域，具体涉及一种分段串联式可伸缩的内撑工装及方法。
技术介绍
固体发动机壳体主要由前、后接头、圆筒以及外部件组焊而成，壳体壁厚较薄，成壳后需在壳体外表面上焊接各类外部件，在焊接外部件过程中极易导致圆筒发生变形，影响产品圆度。常规解决方法是在圆筒内部采用工装对圆筒进行刚性支撑，减小变形产生，但由于固体发动机壳体前、后接头内径远小于圆筒内径，存在着无法将内撑工装放入壳体内部、或支撑效果不佳的问题。专利CN108608352A《一种内撑夹头》中是采用三角形螺纹或梯形螺纹结构实现工装涨径功能，但该方式涨径范围较小，对于两端与中间内径相差较大的情况，无法实现对壳体中间部位的支撑。专利CN108213829A《一种用于搅拌摩擦焊的交错轮辐式可伸缩工装及其调节方法》中是采用分层交错辐射状弧板结构，并利用气动装置，实现工装收缩功能，但气动装置结构在小直径产品中涨径范围也有一定局限，且不能跟随产品一起进行去应力热处理，控制变形效果相对较差。专利CN109366052A《一种可伸缩的内撑工装》中利用左右螺旋结构，实现了一组支撑板伸缩功能，对圆筒类产品形成了支撑作用，但由于支撑板环向覆盖范围不足，无法实现对圆筒整个周长范围内的支撑，对产品的形状精度控制效果无法达到高精度控制的要求。专利CN110666439A《用于圆筒外部件焊接、热处理变形的内撑装置及方法》设计了一种通过锥形结构实现涨径功能，并能够对圆筒某一区域进行整体内撑，但该工装只能实现某一区域的支撑，且工装重量较大，支撑范围受限，对于总长较长，外部件分布较多的壳体，该工装无法满足内撑要求。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种分段串联式可伸缩的内撑工装，采用径向分瓣可伸缩和轴向可拆分的结构，解决了普通内撑工装较难进入固体火箭发动机壳体内部，且由于需进行内撑的区域较大，内撑工装的设计存在刚性和重量无法兼顾，安装拆卸难的问题。本专利技术的技术方案是：一种分段串联式可伸缩的内撑工装，其特征在于：包括内撑组件、芯轴和顶杆；所述内撑组件包括内撑筒、内端板和内撑顶具，所述内撑筒为两端开口的圆筒结构，用于支撑内端板和内撑顶具；所述内端板为开有中心孔的圆板结构，其中心孔的孔径小于内撑筒的内径，其圆板结构的外径大于内撑筒的外径，同轴放置于内撑筒的上端面；所述内撑顶具是由多个扇形凸台组成的分瓣内撑结构，多个扇形凸台同轴放置于内端板的上端面，各扇形凸台的扇形内弧面位于同一周面形成倒锥形面，用于与所述芯轴配合安装；各扇形凸台的扇形外弧面位于同一周面形成圆柱面，用于支撑固体火箭发动机壳体；多个所述内撑组件首尾相接且同轴设置，相邻内撑组件之间同轴设置有芯轴；所述芯轴为圆柱结构，一端同轴设置有锥形圆台结构，锥形圆台与所述内撑顶具的倒锥形面配合；并在锥形圆台顶部中心轴处开有盲孔，盲孔内径大于圆柱；所述圆柱的外径小于内端板的中心孔内径；所述顶杆为一端沿中心轴开有圆形凹槽的圆柱体，圆形凹槽的内径大于芯轴的圆柱外径。本专利技术的进一步技术方案是：所述扇形凸台包括扇形内弧面板、扇形外弧面板和环向筋板，两个平行且相对设置的环向筋板将扇形内弧面板和扇形外弧面板连接为一体结构，两个环向筋板之间的距离不大于150mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述芯轴的盲孔孔径大于其圆柱外径8mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述芯轴的圆柱部分轴向高度等于内撑筒的轴向高度。一种分段串联式可伸缩的内撑工装的使用方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：将固体火箭发动机壳体竖直放置；步骤二：首先安装第一组内撑组件，将其内撑筒和内端板依次放入壳体内部，再将构成内撑顶具的分瓣内撑放在内端板平面上，将第一个芯轴放入内撑顶具中间的圆锥孔中，采用铁锤对所述顶杆施加轴向压力，同时顶杆将压力传递到芯轴，芯轴的锥形圆台内撑顶具形成紧密配合，通过径向分力和摩擦力共同作用，实现内撑顶具的扩张功能，进而实现内撑效果；步骤三：重复步骤二的操纵依次同轴放入第二组内撑组件和第三组内撑组件，即完成了对固体火箭发动机壳体的支撑；步骤四：拆卸工装时，将固体火箭发动机壳体倒置；采用所述顶杆敲击第一个芯轴的锥形圆台一侧，使第一个芯轴从第一组内撑顶具中脱落；同时第一个芯轴的圆柱底端落入第二个芯轴的盲孔内，两个芯轴形成一个配合体；继续敲击第一个芯轴，使两个芯轴同时向下位移，第二个芯轴从第二组内撑顶具中脱落，与第三个芯轴形成配合体；重复上述拆卸步骤，将每个芯轴从对应的内撑顶具中脱落，最终完成工装的拆卸。有益效果本专利技术的有益效果在于：本专利技术能够实现固体发动机壳体外部零件焊接过程中，壳体焊接变形控制和校形处理。本专利技术的原理是：首先，通过分瓣圆锥结构，在轴向力与径向力的转换作用下，实现工装的伸缩功能，使工装能够在缩短状态下进入壳体内部，然后伸长，对壳体形成支撑，实现对壳体的刚性约束，减小焊接变形，并通过带工装去应力退火热处理，消除变形应力，从而保证焊接后壳体圆度，同时，分瓣结构能够减少工装部件的单体重量，便于操作人员进行操作。其次，通过对内撑筒和内端板高度的精准计算，使工装能够实现对壳体任意部位的精准支撑。再次，整套工装采用分部结构，通过采用将工装分散化、依次进行安装的模式，减轻每部分工装部件的重量，降低工装装配的操作难度。最后，将工装设计为串联拆卸结构，相邻芯轴之间采用插接的结构，使工装具备一击拆卸功能，能够解决圆锥结构单向安装与拆卸，多区域内撑时，中间区域内撑部件形成隔离区，无法进行拆除的难题。本专利技术能够实现固体发动机壳体外部件焊接过程中壳体焊接变形控制和校形处理。经试验验证，采用本专利技术提出的分段串联式可伸缩的内撑工装用于壳体外部件的焊接后，焊接变形得到了有效控制，并对壳体形成了一定校形作用，壳体的圆度由10mm减小至1.0mm。附图说明图1待焊接固体发动机结构示意图。图2固体发动机分段串联式可伸缩内撑工装结构示意图。图3内撑顶具结构示意图。图4固体发动机分段串联式可伸缩内撑工装装配示意图。附图标记说明：1.前法兰；2.圆筒；3.外部零件；4.后法兰；5.第一内撑筒；6.内端板；7.第一内撑顶具；8.第一芯轴；9.第二内撑筒；10.第二内撑顶具；11.第二芯轴；12.第三内撑筒；13.第三内撑顶具；14.第三芯轴；15.顶杆；16.分瓣内撑。具体实施方式下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段串联式可伸缩的内撑工装，其特征在于：包括内撑组件、芯轴和顶杆；/n所述内撑组件包括内撑筒、内端板和内撑顶具，所述内撑筒为两端开口的圆筒结构，用于支撑内端板和内撑顶具；所述内端板为开有中心孔的圆板结构，其中心孔的孔径小于内撑筒的内径，其圆板结构的外径大于内撑筒的外径，同轴放置于内撑筒的上端面；所述内撑顶具是由多个扇形凸台组成的分瓣内撑结构，多个扇形凸台同轴放置于内端板的上端面，各扇形凸台的扇形内弧面位于同一周面形成倒锥形面，用于与所述芯轴配合安装；各扇形凸台的扇形外弧面位于同一周面形成圆柱面，用于支撑固体火箭发动机壳体；/n多个所述内撑组件首尾相接且同轴设置，相邻内撑组件之间同轴设置有芯轴；所述芯轴为圆柱结构，一端同轴设置有锥形圆台结构，锥形圆台与所述内撑顶具的倒锥形面配合；并在锥形圆台顶部中心轴处开有盲孔，盲孔内径大于圆柱；所述圆柱的外径小于内端板的中心孔内径；/n所述顶杆为一端沿中心轴开有圆形凹槽的圆柱体，圆形凹槽的内径大于芯轴的圆柱外径。/n

【技术特征摘要】
1.一种分段串联式可伸缩的内撑工装，其特征在于：包括内撑组件、芯轴和顶杆；
所述内撑组件包括内撑筒、内端板和内撑顶具，所述内撑筒为两端开口的圆筒结构，用于支撑内端板和内撑顶具；所述内端板为开有中心孔的圆板结构，其中心孔的孔径小于内撑筒的内径，其圆板结构的外径大于内撑筒的外径，同轴放置于内撑筒的上端面；所述内撑顶具是由多个扇形凸台组成的分瓣内撑结构，多个扇形凸台同轴放置于内端板的上端面，各扇形凸台的扇形内弧面位于同一周面形成倒锥形面，用于与所述芯轴配合安装；各扇形凸台的扇形外弧面位于同一周面形成圆柱面，用于支撑固体火箭发动机壳体；
多个所述内撑组件首尾相接且同轴设置，相邻内撑组件之间同轴设置有芯轴；所述芯轴为圆柱结构，一端同轴设置有锥形圆台结构，锥形圆台与所述内撑顶具的倒锥形面配合；并在锥形圆台顶部中心轴处开有盲孔，盲孔内径大于圆柱；所述圆柱的外径小于内端板的中心孔内径；
所述顶杆为一端沿中心轴开有圆形凹槽的圆柱体，圆形凹槽的内径大于芯轴的圆柱外径。


2.根据权利要求1所述分段串联式可伸缩的内撑工装，其特征在于：所述扇形凸台包括扇形内弧面板、扇形外弧面板和环向筋板，两个平行且相对设置的环向筋板将扇形内弧面板和扇形外弧面板连接为一体结构，两个环向筋板之间的距离不大于150mm。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊然，刘丽莉，白雪侠，尚勇，秦占领，王卫玲，何楠，张珊，杨波，赵武，杨礼军，谢晓辉，韩帅，李锋锋，李璟泽，
申请(专利权)人：西安航天动力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61