CN112140526A - 一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，包括变截面薄壁壳体、加固抱环、承压柱、定位模桶、成型主轴和定位堵头；定位堵头能进行中心定位微调和头部溢料、排气，加固抱环能对成型壳体进行固定及补强，成型主轴为阳模保证绝热层成型型面，成型主轴压料至限位凸台限位在环形限位凸起上时，承压柱能传递成型主轴的过载压力给加固抱环，定位模桶能对成型主轴实现定位及限位的同时满足壳体尾部溢料及排气需求。本发明适用于一端只有小开口的变截面薄壁壳体内壁上制备高粘度硅基绝热层。
Description
技术领域
本发明涉及一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，适用于一端只有小开口的变截面薄壁壳体内壁上制备高粘度硅基绝热层。
背景技术
冲压发动机能够大幅提高武器系统的射程和突防能力，是新一代武器装备动力系统的典型代表。此类发动机的比冲和补燃室温度更高，工作时间更长，燃烧室内的工作环境也更加恶劣；因此对热防护材料性能要求更高；由于导弹处于全程动力飞行状态，即冲压发动机一直处于工作状态，其工作时间远远大于其他固体火箭发动机。
硅基类绝热层具有成碳好，耐冲刷等特点，在冲压发动机绝热层领域应用广泛，但由于其材料组成中含有大量功能填料导致其工艺性能差，常规成型方式如浇注、常温模压等难以满足其成型要求，尤其是对小开口的变截面薄壁壳体的绝热层制备，其成型异常困难，主要体现在以下几个方面：1)壳体采用薄壁焊接，承压能力不强，过大的压力会导致壳体被破坏；2)壳体头部仅开小口，给模压工装定位及限位造成困难；3)变截面的的內型面增加了材料溢料和排气难度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，解决薄壁焊接壳体在模压高粘度硅基绝热层时壳体结构容易被破坏；壳体头部小开口，模压工装定位及限位困难和变截面的内型面增加了材料溢料和排气难度大等问题。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，包括变截面薄壁壳体、加固抱环、承压柱、定位模桶、成型主轴和定位堵头；
所述变截面薄壁壳体的一端开口且在开口端外壁设有法兰盘，另一端的端面中心设有螺纹通孔；所述承压柱设在法兰盘上的法兰孔内且承压柱的长度大于法兰盘的厚度；
所述加固抱环紧贴变截面薄壁壳体的外型面，加固抱环的一端开口且开口端端面对应所述法兰盘，另一端的端面中心设有贯通孔；
所述成型主轴包括成型部和定位部，定位部外壁为限位凸台，成型部的外壁与变截面薄壁壳体的内型面相同且与变截面薄壁壳体的内壁存在压料间隙；成型部的端面中心设有盲孔，盲孔与所述螺纹通孔及贯通孔同轴；所述定位堵头能穿过贯通孔后与螺纹通孔螺纹连接并伸入盲孔内进行中心定位，所述定位堵头设有中心通孔，定位堵头与盲孔内壁之间设有第一溢流通道，第一溢流通道连通压料间隙和中心通孔；
所述定位模桶包括筒体和设在筒体内壁的环形限位凸起，筒体套在加固抱环、法兰盘和定位部外壁，在环形限位凸起一侧为所述变截面薄壁壳体的开口端，在环形限位凸起另一侧为所述限位凸台，在环形限位凸起内设有第二溢流通道，第二溢流通道连通压料间隙和定位模桶外壁。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述成型主轴的盲孔侧壁设有沿轴向的多个凹槽，每个凹槽与定位堵头侧壁之间围成轴向的所述第一溢流通道；
所述成型主轴采用合金铝，成型主轴中心掏空；成型部长度与定位部长度比例为3:2；成型主轴定位部的开口端为吊装端，在吊装端对称设有吊环螺纹孔，用于吊装；成型主轴在成型面加工时按照0.3度扒模角进行成型面加工。
具体的，所述加固抱环包括两个相对的半环，半环内径等于与其相对的变截面薄壁壳体半径值加1mm，其中一个半环在两个半环的连接位置设有螺纹通孔，另一个半环在两个半环的连接位置设有带止口的螺栓通孔，两个半环依靠连接螺栓对变截面薄壁壳体固定。
具体的，所述定位堵头与盲孔之间的间隙为0.5mm-1.0mm，定位堵头的中心通孔直径为4mm。
具体的，所述承压柱的长度比法兰盘的厚度大0.5mm-1.5mm，确保在成型主轴到达限位时的过载力量传递到加固抱环和定位模桶上，不对变截面薄壁壳体造成冲击。
具体的，所述第二溢流通道包括相互垂直连通的轴向段和径向段，轴向段与压料间隙连通，轴向段的直径小于径向段的直径，保证多余料的顺利溢出和绝热层成型保压。
具体的，所述加固抱环的端面与定位模桶的端部平齐。
具体的，所述变截面薄壁壳体采用薄壁焊接，耐压1.5MPa。
具体的，所述变截面薄壁壳体包括第一圆柱壳体段和第二圆柱壳体段，且第一圆柱壳体段的直径小于第二圆柱壳体段；
所述第一圆柱壳体段的端面中心设置所述螺纹通孔，第二圆柱壳体段的开口端面外壁设置所述法兰盘；
所述加固抱环包括紧贴第一圆柱壳体段的第一圆柱抱环和紧贴第二圆柱壳体段的第二圆柱抱环；第一圆柱抱环的端面紧贴第一圆柱壳体段的端面，在第一圆柱抱环的端面中心设置所述贯通孔；
所述成型主轴的成型部包括与第一圆柱壳体段相对应的第一圆柱成型段以及与第二圆柱壳体段相对应的第二圆柱成型段。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明采用铝材抱环设计方案有效增强了薄壁壳体在内型面绝热层成型和固化过程中的耐压能力。
通过定位堵头溢料孔与成型主轴的巧妙设计，保证了壳体绝热层成型过程中盲孔端溢料。
通过限位和承压柱相配合，将绝热层成型过程中可能产生的过大压力传递给成型工装，避免薄壁壳体在內型面绝热层成型过程中承压过大对壳体结构造成破坏。
解决了薄壁焊接壳体在模压高粘度硅基绝热层时壳体结构容易被破坏；壳体头部小开口，模压工装定位及限位困难和变截面的的內型面增加了材料溢料和排气难度大等问题。
附图说明
图1为本发明的装配示意图；
图2为本发明变截面薄壁壳体(含绝热层)图，(a)为主视图剖面图，(b)为右视图；
图3为本发明的加固抱环剖面图，(a)为带螺纹通孔的半环主视图剖面图，(a-1)为(a)的右视图；(b)为带止口的螺栓通孔的半环主视图剖面图，(b-1)为(b)的右视图，(b-2)为(b)的A-A剖面图；
图4为本发明的定位模桶示意图，(a)为定位模桶主视图剖面图，(a-1)为(a)的A-A剖面图，(a-2)为(a)的左视图；
图5为本发明的成型主轴示意图，(a)为成型主轴主视图剖面图，(b)为(a)的左视图；
图6为本发明的定位堵头剖面图；
附图标号含义：
1.变截面薄壁壳体，2.加固抱环，3.承压柱，4.定位模桶，5.成型主轴，6.定位堵头，7.压料间隙，8.绝热层；
11.法兰盘，12.螺纹通孔，21.贯通孔，41.筒体，42.环形限位凸起，43.第二溢流通道，51.限位凸台，52.盲孔，53.凹槽，54.吊环螺纹孔，61.中心通孔。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明提供一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，包括变截面薄壁壳体1、加固抱环2、承压柱3、定位模桶4、成型主轴5和定位堵头6。
变截面薄壁壳体1的一端开口且在开口端外壁设有法兰盘11，另一端的端面中心设有螺纹通孔12；承压柱3设在法兰盘11上的法兰孔内且承压柱3的长度大于法兰盘11的厚度。
加固抱环2紧贴变截面薄壁壳体1的外型面，加固抱环2的一端开口且开口端端面对应法兰盘11，另一端的端面中心设有贯通孔21。
成型主轴5包括成型部和定位部，定位部外壁为限位凸台51，成型部的外壁与变截面薄壁壳体1的内型面相同且与变截面薄壁壳体1的内壁存在压料间隙7；成型部的端面中心设有盲孔52，盲孔52与螺纹通孔12及贯通孔21同轴；定位堵头6能穿过贯通孔21后与螺纹通孔12螺纹连接并伸入盲孔52内进行中心定位，定位堵头6设有中心通孔61，定位堵头6与盲孔52内壁之间设有第一溢流通道，第一溢流通道连通压料间隙7和中心通孔61。
定位模桶4包括筒体41和设在筒体41内壁的环形限位凸起42，筒体41套在加固抱环2、法兰盘11和定位部外壁，在环形限位凸起42一侧为变截面薄壁壳体1的开口端，在环形限位凸起42另一侧为限位凸台51，在环形限位凸起42内设有第二溢流通道43，第二溢流通道43连通压料间隙7和定位模桶4外壁。
本发明适用于一端只有小开口的变截面薄壁壳体内壁上制备高粘度硅基绝热层。其中，定位堵头能进行中心定位微调和头部溢料、排气，加固抱环能对成型壳体进行固定及补强，成型主轴为阳模保证绝热层成型型面，成型主轴压料至限位凸台限位在环形限位凸起上时，承压柱能传递成型主轴的过载压力给加固抱环，定位模桶能对成型主轴实现定位及限位的同时满足壳体尾部溢料及排气需求。
成型主轴5的盲孔52侧壁设有沿轴向的多个凹槽53，每个凹槽53与定位堵头6侧壁之间围成轴向的第一溢流通道；具体的，多个凹槽沿盲孔内壁均布，在本实施例中，设有三个凹槽，三个凹槽分别与定位堵头之间形成三个第一溢流通道以连通压料间隙和中心通孔。
成型主轴5采用合金铝，成型主轴5中心掏空；成型部长度与定位部长度比例为3:2；成型主轴5定位部的开口端为吊装端，在吊装端对称设有吊环螺纹孔54，用于吊装；成型主轴5在成型面加工时按照0.3度扒模角进行成型面加工。
加固抱环2包括两个相对的半环，半环内径等于与其相对的变截面薄壁壳体半径值加1mm，两个半环采用铝锭整体加工，整体加工后从中心剖开，剖开缝设计宽度1.6mm-2.0mm，其中一个半环在两个半环的连接位置设有M6螺纹通孔，另一个半环在两个半环的连接位置设有带止口的螺栓通孔，两个半环依靠连接螺栓M6内六方螺栓对变截面薄壁壳体1固定。
定位堵头6与盲孔52之间的间隙为0.5mm-1.0mm，定位堵头6的中心通孔61直径为4mm。
具体的，定位堵头选用常规钢材加工，采用螺纹与变截面薄壁壳体连接，采用圆锥头与成型主轴预留盲孔接近时进行中心定位微调，圆锥头与成型主轴盲孔尺寸进行匹配设计，间隙在0.5mm-1.0mm之间，同时在定位堵头中心设计直径4mm通孔作为溢料和排气孔，保证在绝热层成型过程中底部多预料可以溢出和气体排气。
承压柱3的长度比法兰盘11的厚度大0.5mm-1.5mm，确保在成型主轴5到达限位时的过载力量传递到加固抱环2和定位模桶4上，不对变截面薄壁壳体1造成冲击。
第二溢流通道43包括相互垂直连通的轴向段和径向段，轴向段与压料间隙7连通，轴向段的直径小于径向段的直径，保证多余料的顺利溢出和绝热层成型保压。
定位模桶选材采用高强度钢，除了与常规成型主轴进行定位设计外，装配间隙调整采用螺栓进行微调，设计了环形限位凸起，环形限位凸起在成型主轴到达限位位置将过载力量通过承压柱传递给加固抱环，同时在环形限位凸起设计由小转大的第二溢流通道，保证多余料的顺利溢出和绝热层成型保压。
加固抱环2的端面与定位模桶4的端部平齐。
变截面薄壁壳体1采用薄壁焊接，耐压1.5MPa。
在本实施例中，变截面薄壁壳体1包括第一圆柱壳体段和第二圆柱壳体段，且第一圆柱壳体段的直径小于第二圆柱壳体段；
第一圆柱壳体段的端面中心设置螺纹通孔12，第二圆柱壳体段的开口端面外壁设置法兰盘11；
加固抱环2包括紧贴第一圆柱壳体段的第一圆柱抱环和紧贴第二圆柱壳体段的第二圆柱抱环；第一圆柱抱环的端面紧贴第一圆柱壳体段的端面，在第一圆柱抱环的端面中心设置贯通孔21；
成型主轴5的成型部包括与第一圆柱壳体段相对应的第一圆柱成型段以及与第二圆柱壳体段相对应的第二圆柱成型段。
本发明的工作过程如下：
将加固抱环安装在变截面薄壁壳体外型面，并置于定位模桶内，安装定位堵头，将绝热层的材料置于变截面薄壁壳体内型面内，将成型主轴轴向压至限位凸台限位在环形限位凸起上，同时，定位堵头能进行中心定位微调和头部溢料、排气，加固抱环能对成型壳体进行固定及补强，成型主轴为阳模保证绝热层成型型面，承压柱能传递成型主轴的过载压力给加固抱环，定位模桶能对成型主轴实现定位及限位的同时满足壳体尾部溢料及排气需求。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，包括变截面薄壁壳体(1)、加固抱环(2)、承压柱(3)、定位模桶(4)、成型主轴(5)和定位堵头(6)；
所述变截面薄壁壳体(1)的一端开口且在开口端外壁设有法兰盘(11)，另一端的端面中心设有螺纹通孔(12)；所述承压柱(3)设在法兰盘(11)上的法兰孔内且承压柱(3)的长度大于法兰盘(11)的厚度；
所述加固抱环(2)紧贴变截面薄壁壳体(1)的外型面，加固抱环(2)的一端开口且开口端端面对应所述法兰盘(11)，另一端的端面中心设有贯通孔(21)；
所述成型主轴(5)包括成型部和定位部，定位部外壁为限位凸台(51)，成型部的外壁与变截面薄壁壳体(1)的内型面相同且与变截面薄壁壳体(1)的内壁存在压料间隙(7)；成型部的端面中心设有盲孔(52)，盲孔(52)与所述螺纹通孔(12)及贯通孔(21)同轴；所述定位堵头(6)能穿过贯通孔(21)后与螺纹通孔(12)螺纹连接并伸入盲孔(52)内进行中心定位，所述定位堵头(6)设有中心通孔(61)，定位堵头(6)与盲孔(52)内壁之间设有第一溢流通道，第一溢流通道连通压料间隙(7)和中心通孔(61)；
所述定位模桶(4)包括筒体(41)和设在筒体(41)内壁的环形限位凸起(42)，筒体(41)套在加固抱环(2)、法兰盘(11)和定位部外壁，在环形限位凸起(42)一侧为所述变截面薄壁壳体(1)的开口端，在环形限位凸起(42)另一侧为所述限位凸台(51)，在环形限位凸起(42)内设有第二溢流通道(43)，第二溢流通道(43)连通压料间隙(7)和定位模桶(4)外壁。
2.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述成型主轴(5)的盲孔(52)侧壁设有沿轴向的多个凹槽(53)，每个凹槽(53)与定位堵头(6)侧壁之间围成轴向的所述第一溢流通道；
所述成型主轴(5)采用合金铝，成型主轴(5)中心掏空；成型部长度与定位部长度比例为3:2；成型主轴(5)定位部的开口端为吊装端，在吊装端对称设有吊环螺纹孔(54)，用于吊装；成型主轴(5)在成型面加工时按照0.3度扒模角进行成型面加工。
3.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述加固抱环(2)包括两个相对的半环，半环内径等于与其相对的变截面薄壁壳体半径值加1mm，其中一个半环在两个半环的连接位置设有螺纹通孔，另一个半环在两个半环的连接位置设有带止口的螺栓通孔，两个半环依靠连接螺栓对变截面薄壁壳体(1)固定。
4.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述定位堵头(6)与盲孔(52)之间的间隙为0.5mm-1.0mm，定位堵头(6)的中心通孔(61)直径为4mm。
5.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述承压柱(3)的长度比法兰盘(11)的厚度大0.5mm-1.5mm，确保在成型主轴(5)到达限位时的过载力量传递到加固抱环(2)和定位模桶(4)上，不对变截面薄壁壳体(1)造成冲击。
6.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述第二溢流通道(43)包括相互垂直连通的轴向段和径向段，轴向段与压料间隙(7)连通，轴向段的直径小于径向段的直径，保证多余料的顺利溢出和绝热层成型保压。
7.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述加固抱环(2)的端面与定位模桶(4)的端部平齐。
8.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述变截面薄壁壳体(1)采用薄壁焊接，耐压1.5MPa。
9.如权利要求1所述的在变截面薄壁壳体内制备高粘度硅基绝热层成型装置，其特征在于，所述变截面薄壁壳体(1)包括第一圆柱壳体段和第二圆柱壳体段，且第一圆柱壳体段的直径小于第二圆柱壳体段；
所述第一圆柱壳体段的端面中心设置所述螺纹通孔(12)，第二圆柱壳体段的开口端面外壁设置所述法兰盘(11)；
所述加固抱环(2)包括紧贴第一圆柱壳体段的第一圆柱抱环和紧贴第二圆柱壳体段的第二圆柱抱环；第一圆柱抱环的端面紧贴第一圆柱壳体段的端面，在第一圆柱抱环的端面中心设置所述贯通孔(21)；
所述成型主轴(5)的成型部包括与第一圆柱壳体段相对应的第一圆柱成型段以及与第二圆柱壳体段相对应的第二圆柱成型段。
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2020
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| 李月常: ""固体火箭发动机绝热结构件模压成型工艺改进研究"", 《广东化工》 * |
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