CN101244455A - 一种喉衬内衬的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喉衬内衬的成型方法，主要包括以下步骤：根据所需制作喉衬内衬的内部结构加工制作一个端部带有夹持部且形状、结构稳定的内芯模；采用大气等离子喷涂技术并根据所需制作喉衬内衬的厚度要求在内芯模外侧喷涂一层高熔点金属材料的喷涂层，喷涂层材料与内芯模材料的亲和性小、易于脱离；根据所需制作喉衬内衬的外部形状与结构以及其各部分的厚度要求，对喷涂层的外型面进行精加工并脱去内芯模，所得到的喷涂层即为所需制作的喉衬内衬。本发明工艺简单、加工制作方便，能够实现近尺寸成型，不仅节约原材料而且能大大简化后续加工工序，能有效解决耐高温薄壁异型件成型中存在的加工难且成型产品易断裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄壁异型件的成型方法，特别是涉及一种耐高温的喉衬内衬的成型方法。
背景技术
固体火箭发动机对喉衬材料的性能要求越来越高，要求喉衬具有更低且更稳定的烧蚀率，相应提出了相对低温条件下的零烧蚀要求、更高温度下的低烧蚀要求。针对上述对喉衬材料的性能要求，今后采用高熔点金属、高熔点碳化物陶瓷材料制作固体火箭发动机喉衬将是研究的主要方向。现有零烧蚀材料主要为钨渗铜材料，其是采用粉末冶金方法，经钨粉压型、烧结、渗铜等工序生产制作而成的。但是该方法工序步骤多，并且所成型的钨渗铜材料密度大。若要将该钨渗铜材料加工成薄壁件，不仅浪费材料，难于加工成型，而且所加工制成的薄壁件易于断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种喉衬内衬的成型方法，其工序步骤简单、加工制作方便，能够实现近尺寸成型，能有效解决耐高温薄壁异型件成型中存在的加工难且成型产品易断裂的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)根据所需制作的喉衬内衬的内部结构加工制作一个端部带有夹持部且形状、结构稳定的内芯模，所述内芯模为实心或空心的模具且其外表面的光洁度高于或等于所需制作的喉衬内衬内型面的光洁度，内心模上设置有凹陷部；
(b)采用大气等离子喷涂技术并根据所需制作喉衬内衬的厚度要求，在内芯模外侧喷涂一层高熔点金属材料的喷涂层，所述喷涂层的材料与内芯模的材料之间的亲和性小、易于脱离，所述高熔点金属材料的熔点在2000-3500℃之间；
(c)根据所需制作的喉衬内衬的外部形状与结构以及其各部分的厚度要求对步骤(b)中的喷涂层的外型面进行精加工；然后脱去喷涂层内的内芯模，得到的喷涂层即为所需制作的喉衬内衬。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(c)中直接采用机械加工的方式以内芯模上的凹陷部为界，分别从内芯模两端脱去内芯模。
作为本发明的另一种优选方案，所述内芯模为由螺纹连接组成的组合式模具，其螺纹连接处为内芯模上的凹陷部。
作为本发明的又一种优选方案，所述高熔点金属材料的热膨胀系数与内芯模材料的热膨胀系数不同，相应地步骤(c)中采用加热温度在2000-3000℃之间的高温处理方式脱去内芯模。
作为本发明的进一步优选方案，所述内芯模的材料为石墨，所述喷涂层的材料为钨或钼。
作为本发明的更进一步优选方案，步骤(c)制得的喉衬内衬还需进行烧结与渗铜处理，其烧结温度为2000-2200℃且保温时间为2-3小时；烧结完成之后再进行常规的渗铜处理，其渗铜处理温度为1300-1350℃且保温处理时间为1-2小时。
作为本发明的再进一步优选方案，所述步骤(b)中采用大气等离子喷涂技术进行喷涂时，采用的主气为氮气且其气流量为70-100SCFH，次气为氢气且其气流量为10-20SCFH，所采用的等离子喷涂设备的功率为30-40kw，喷涂距离为100-150mm且每分钟送喷的高熔点金属材料的粉末量为40-70g。
作为本发明的再一种优选方案，所述喷涂层的厚度为0.5-10mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：1、采用等离子喷涂工艺，工序步骤简单且加工制作方便，同时由于等离子射流的核心温度高达32000℃，在成型高熔点金属、难熔金属碳化物上相当具有优势，可以实现高熔点材料的熔融；2、能有效解决耐高温薄壁异型件成型中存在的加工难且成型产品易断裂的问题，所成型产品性能良好，完全能满足喉衬内衬成型的要求；3、能够实现近尺寸成型，不仅节约原材料而且能大大简化后续加工工序；4、适用于成型异型件，特别适用于成型薄壁件，并且该方法在成型大型构件上也具有很大优势。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明第一优选实施方式所制作内芯模的结构示意图。
图2为本发明内芯模外侧喷涂喷涂层之后的结构示意图。
图3为本发明所需制作的喉衬内衬的结构示意图。
图4为本发明第二优选实施方式所制作内芯模的结构示意图。
附图标记说明：
1—夹持部； 2—凹陷部； 3—喷涂层。
具体实施方式
第一优选实施方式：本发明一种喉衬内衬的成型方法主要包括以下步骤：
第一步：如图1所示，根据所需制作的喉衬内衬的内部结构加工制作一个端部带有夹持部1且形状、结构稳定的石墨内芯模，即内芯模的材料为石墨。所制成的石墨内芯模的结构、形状与需制作的喉衬内衬的内部结构相对应并且具有一定的强度，其形状、结构稳定，能够保证内芯模在成型产品的过程中不变形、不断裂。所述石墨内芯模为实心的模具且其外表面的光洁度高于或等于所制作产品内型面的光洁度。所制作的内芯模为实心模具，实践中为节省材料也可将其制作为空心的内芯模。所制成的内心模上大致为一个柱体结构，其上设置有凹陷部2，该凹陷部2的直径小于其上下相邻部分的直径，也就是说相对其上下相邻部分来说，该凹陷部2的直径最小；并且所述内芯模的底部直径最大。
第二步：如图2所示，采用大气等离子喷涂技术并根据所需制作的喉衬内衬的厚度要求在内芯模外侧喷涂一层高熔点金属材料的喷涂层3，所述喷涂层3的材料与内芯模的材料之间的亲和性小、易于脱离。其中，高熔点金属材料的熔点在2000-3500℃之间，在本具体实施方式中，喷涂层3的材料为高熔点金属材料钨，其与石墨内芯模材料之间的亲和性小，在脱模时二者之间易于脱离，石墨内芯模的上端部分为夹持部1。具体加工制作中，所述喷涂层3的厚度为0.5-10mm，本实施例中根据所需制作的喉衬内衬的厚度要求，确定金属钨喷涂层3的厚度为8mm。
第三步：喷涂结束后，根据所需制作的喉衬内衬的外部形状与结构以及其各部分的厚度要求，对喷涂层3的外型面进行精加工；然后脱去喷涂层3内的内芯模，得到的喷涂层3即为所需制作的喉衬内衬，其结构如图3所示。
由于实践中所需加工制作的产品形状、结构各异，在上步进行喷涂后所获得的喷涂层3结构只是一个比较粗略的形状，因而还需根据具体产品各部分结构的厚度要求等对喷涂层3的外型面进行进一步地精加工，包括对各部分之间的连接处、喷涂层的各个棱角进行进一步地修整。其中，采用大气等离子喷涂技术进行喷涂时，采用的主气为氮气且其气流量为70-100SCFH(立方英呎/小时)，次气为氢气且其气流量为10-20SCFH(立方英呎/小时)，所采用的等离子喷涂设备的运行功率为30-40kw，喷涂距离为100-150mm且每分钟送喷的高熔点金属材料的粉末量为40-70g。
对喷涂层3的外型面进行精加工之后，直接采用机械加工的方式以内芯模上的凹陷部2为界分别从内芯模两端脱去内芯模，即通过常规的机械加工方式脱去石墨内芯模即可得到所需制作的喉衬内衬。另外由于内芯模的石墨材料与喷涂层3的材料钨两种材料的热膨胀系数不同，相应地在此步骤中也可采用高温处理方式脱去石墨内芯模，其加热温度在2000-3000℃之间。
综上，采用等离子喷涂工艺，不仅工序步骤简单、加工制作方便，能有效解决耐高温薄壁异型件成型中存在的加工难且成型产品易断裂的问题，所成型产品的性能良好，能满足喉衬内衬成型的要求。
第二优选实施方式：所述喉衬内衬的成型方法所包括的步骤大致与第一优选实施方式相同，只是在第一步中所制成的石墨内芯模为由螺纹连接组成的组合式模具，并且内芯模外侧喷涂的高熔点金属材料为钼。如图4所示，所制成的石墨内芯模由上部分与下部分两部分组成且两部分之间通过螺纹连接方式进行连接，而其螺纹连接处为石墨内芯模上的凹陷部2。相应地第三步中采用脱掉螺纹连接的方式脱去石墨内芯模。
实践中若所需制作的喉衬内衬的质量要求较高，那么还需对第三步中制得的喉衬内衬进行烧结与渗铜处理，其烧结温度为2000-2200℃且保温时间为2-3小时；烧结完成之后再进行常规的渗铜处理，其渗铜处理温度为1300-1350℃且保温处理时间为1-2小时。最后经过再进一步地精加工即得到最终的成品。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)根据所需制作的喉衬内衬的内部结构加工制作一个端部带有夹持部(1)且形状、结构稳定的内芯模，所述内芯模为实心或空心的模具且其外表面的光洁度高于或等于所需制作的喉衬内衬内型面的光洁度，内心模上设置有凹陷部(2)；
(b)采用大气等离子喷涂技术并根据所需制作喉衬内衬的厚度要求，在内芯模外侧喷涂一层高熔点金属材料的喷涂层(3)，所述喷涂层(3)的材料与内芯模的材料之间的亲和性小、易于脱离，所述高熔点金属材料的熔点在2000-3500℃之间；
(c)根据所需制作的喉衬内衬的外部形状与结构以及其各部分的厚度要求，对步骤(b)中的喷涂层(3)的外型面进行精加工；然后脱去喷涂层(3)内的内芯模，得到的喷涂层(3)即为所需制作的喉衬内衬。
2.按照权利要求1所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：所述步骤(c)中直接采用机械加工的方式以内芯模上的凹陷部(2)为界，分别从内芯模两端脱去内芯模。
3.按照权利要求1或2所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：所述内芯模为由螺纹连接组成的组合式模具，其螺纹连接处为内芯模上的凹陷部(2)。
4.按照权利要求1或2所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：所述高熔点金属材料的热膨胀系数与内芯模材料的热膨胀系数不同，相应地步骤(c)中采用加热温度在2000-3000℃之间的高温处理方式脱去内芯模。
5.按照权利要求1或2所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：所述内芯模的材料为石墨，所述喷涂层(3)的材料为钨或钼。
6.按照权利要求1或2所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：步骤(c)制得的喉衬内衬还需进行烧结与渗铜处理，其烧结温度为2000-2200℃且保温时间为2-3小时；烧结完成之后再进行常规的渗铜处理，其渗铜处理温度为1300-1350℃且保温处理时间为1-2小时。
7.按照权利要求1或2所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：所述步骤(b)中采用大气等离子喷涂技术进行喷涂时，采用的主气为氮气且其气流量为70-100SCFH，次气为氢气且其气流量为10-20SCFH，所采用的等离子喷涂设备的功率为30-40kw，喷涂距离为100-150mm且每分钟送喷的高熔点金属材料的粉末量为40-70g。
8.按照权利要求1或2所述的一种喉衬内衬的成型方法，其特征在于：所述喷涂层(3)的厚度为0.5-10mm。
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