卫星推力器一体化结构去除/增材混合加工技术研究

摘要

随着航天科学技术的飞速发展，我国的卫星应用与应用卫星领域发展迅速，新型号的低轨道与高轨道卫星研制需求十分迫切。目前随着新型号卫星在轨控制精度的提高，结构多样化的卫星推力器结构应用到新型号卫星的研制与工程应用中，卫星推进系统中推力器组件结构形式多样化，使得卫星推力器结构的加工工艺复杂性显著增加，采用传统去除加工或者现代增材制造的加工方法均存在各自的不足。为实现卫星推力器一体化结构的高效加工，本文提出基于结构可制造性分析与几何特征分解的去除与增材制造混合高效加工技术，兼顾传统去除加工的高效、高质量的优势与增材制造的灵活性、适应性的优点，取长补短，在满足设计要求的同时从材料利用率上降低了加工成本并提高加工效率。本文重点研究面向去除与增材混合加工技术的可制造性评价系统，并依此进行软件系统的开发，实现软件在混合加工卫星推力器一体化结构中的应用，最后对混合加工制件接合面的力学性能进行初步研究。
　　首先，为实现去除和增材的混合加工，建立了相应的可制造性分析系统，根据去除加工和增材制造的相对特点，确定定量指标的可制造性评价方案，并分别制定去除加工和增材制造的各个定量评价指标，对每个指标对加工难度的影响进行分析，并结合STL文件的特点给出了每个指标的计算公式。
　　其次，根据上述可制造性分析系统完成了软件系统的开发：完成了软件的整体结构设计与开发，根据功能需要，完成几何信息提取、模型重建、指标计算与分析以及图像渲染等功能，并分别进行举例说明。将软件应用于卫星推力器一体化结构的混合加工制造中，通过对零件分别进行去除和增材的可制造性能分析以及特征分解，确定结构的混合加工的分解方案。
　　最后，对316L不锈钢的去除/增材混合加工试件分别进行了室温拉伸性能、弯曲性能以及微观组织观察的试验与分析，并对热处理前后的性能进行对比，试验结果表明，热处理后混合加工试件的性能达到了工程应用的要求。最后根据软件分析结果确定的结构分解方案，并根据试验工艺参数，采用去除加工和增材制造的混合加工方法加工出推力器一体化结构样件。