CN102086022B - 一种挤压式微药柱成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种挤压式微药柱成型装置，包括推杆、挤压筒、螺栓、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具。该装置的药柱成型原理是旋转推杆向前推进，挤压筒内产生一定的压力，将模具上的糊状体推进剂挤压进模具孔内。使用推杆缓慢螺旋推进，以完全精确控制挤压筒内的压力。采用气体挤压法解决了为微小型固体发动机提供结构完整且能自由装填的微型药柱，而且装置结构简单、小巧，普通的机械加工就能满足要求。

Description

一种挤压式微药柱成型装置
技术领域
本发明涉及固体推进剂成型装置，具体地说，涉及一种挤压式微药柱成型装置。属于固体火箭发动机技术领域，适用于微型固体火箭发动机内装填的少量及微量推进剂及相关制品。
背景技术
作为微小卫星的优秀动力系统，基于MEMS技术的微固体推进系统无论在国内还是国外都已成为研究者青睐的热点，具有良好的应用前景。开展微固体推进系统研究的重要工作之一是如何向微型固体发动机燃烧室内装填推进剂。基于MEMS技术的微型固体发动机燃烧室直径从亚毫米级到毫米级，向直径/深度如此微小的孔径或腔室内装填推进剂时，腔室内会出现毛细现象，普通的方法是让药浆在真空状态下因重力作用自然流入，但是难以装填成完整的药柱，甚至药浆不会流入腔室内。因此，研究新型的推进剂的装填方式，是解决微型固体发动机燃烧室内装药的关键问题。
南京理工大学的沈瑞琪教授研究小组研制出了一套微小发动机装药的“真空压滤”装置。该装置由阀门、流量计、缓冲瓶、真空表、真空泵、滤网等部分组成，药柱浇注时，将药室置于滤网上，滤网下的空间由真空泵抽至一定的真空度，在药室孔上的悬浮液体在上下真空压力的作用下，有机溶剂带着药剂和粘结剂流入药室，继续抽滤，直到药室中的药剂压实即可。
法国的C Rossi教授等人设计了基于丝网印刷技术的一种装药方法。该方法是将燃烧室抽成真空环境，利用一个伸入到燃烧室底层的转换头将糊状的GAP推进剂装填到微型发动机的燃烧室中，燃烧室为圆柱形，一端封闭。
沈瑞琪教授研究小组研制的“真空压滤”装置能较好的解决微小药柱的浇注问题，但仍存在一些不足：药剂和粘结剂是在有机溶剂的溶解下成为悬浮液体，抽真空时不仅将有机溶剂抽入滤层中，也有部分的药剂和粘结剂损失，会造成推进剂的配方变化。药室长度大于3mm时，装药存在密度梯度。装置需要抽真空系统，设备较大。
C Rossi教授等人设计的装填方式的不足是：微型发动机燃烧室直径不到一毫米，加工出能伸入到微型发动机燃烧室内的转换头难度较高，工艺复杂。另外，需要压力装置将糊状的GAP推进剂压入此转化头，装置结构复杂。该方法类似大型固体发动机中的真空浇注法制作药柱，不能制作出自由装填式的药柱。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种挤压式微药柱成型装置，这种微药柱成型装置不仅能为微小型固体发动机提供结构完整且能自由装填的微型药柱，而且其结构简单、小巧，易于加工，操作安全可靠，对装填的推进剂性质没有要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的方案是：挤压式微型药柱成型装置包括推杆、挤压筒、螺栓、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具组成。
所述的挤压式微药柱成型装置还包括旋柄、圆柱杆和活塞；旋柄为圆柱形，旋柄体上置有网状花纹；沿不锈钢活塞周向外缘凹槽内置有橡胶圈；圆柱杆上设置有螺纹，圆柱杆的一端穿过挤压筒内活塞的螺纹孔与活塞固定连接，圆柱杆的另一端穿过挤压筒体的螺纹孔与旋柄焊接成一体。
所述的挤压筒为圆柱形，结构的上1/3段为实体圆柱，下2/3段为空心圆柱，实体圆柱轴心部位置有与圆柱杆配合的螺纹通孔。
所述的上堵盖和下堵盖为正方形体，上堵盖和下堵盖中心部位各开有直径相同的圆通孔，周边四角设置有四个螺孔，使上堵盖和下堵盖之间夹紧推进剂成型模具时用螺栓连接；在上堵盖上距圆孔4mm处设有放置O型密封圈的环形凹槽，环形凹槽为3mm，挤压筒与上堵盖焊接成一体。在下堵盖上开一圆通孔，通过圆通孔观察模具下方。
所述的推进剂成型模具为正方体，依中心外延设置有若干直径为0.05-1mm微小腔孔。不同尺寸的微型发动机所需的药柱直径和长度不同，推进剂成型模具的厚度和模具孔的直径、数量也不同，根据具体的要求加工出所需的模具。
所述的推杆、挤压筒、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具的中心在同一轴线上。推杆、挤压筒、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具均为不锈钢材料制成。
本发明装置的药柱成型原理是旋转推杆向前推进，挤压筒内产生一定的压力，将模具上的糊状体推进剂挤压进模具微小腔孔内。为确保挤压筒内的压力，沿不锈钢活塞周向外缘凹槽内置有橡胶圈；在上堵盖的环形凹槽内放置O型圈，以保证较好的密封性。采用推杆缓慢螺旋推进，以完全精确控制挤压筒内的压力。为了能观察到推进剂是否被挤压进模具，在下堵盖上开一圆通孔，通过圆通孔观察模具下方，当看到有推进剂出来时，证明推进剂已完全充填满模具，停止挤压。
本发明采用气体挤压法解决了微小腔内装填直径为0.05-1mm的推进剂药柱的难题，对微小腔的形状没有要求，对推进剂的要求较低，只要制成糊状的推进剂均可使用此装置制成药柱，且能确保模具内装填结构完整的推进剂药柱；装置结构简单，普通的机械加工就能满足要求，不需要采用基于MEMS的复杂工艺，手动操作，安全，且能观察推进剂是否完全充填满模具；装置的清洗简单，只需清洗模具。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种挤压式微型药柱成型装置作进一步详细说明。
图1为本发明挤压式微型药柱成型装置的结构示意图。
图2为本发明挤压式微型药柱成型装置的左视图。
图3为本发明挤压式微型药柱成型装置的A-A视图。
图4为本发明的成型模具的局部放大图。
图5为活塞周向外缘凹槽内橡胶圈示意图。
图6为本发明的推进剂成型模具示意图。
图中：1.推杆 2.橡胶圈 3.挤压筒 4.上堵盖 5.螺栓6.下堵盖 7.推进剂成型模具 8.环形凹槽
具体实施方案
本实施例是一种挤压式微药柱成型装置。
如图1、图5所示，本发明挤压式微型药柱成型装置的结构包括推杆1、挤压筒3、上堵盖4、螺栓5、环形凹槽8、下堵盖6、推进剂成型模具7以及不锈钢活塞周向外缘凹槽内的橡胶圈2。
本发明挤压式微药柱成型装置还包括旋柄、圆柱杆和活塞；旋柄为圆柱形，旋柄体上置有网状花纹；沿不锈钢活塞周向外缘凹槽内置有橡胶圈2；圆柱杆上设置有螺纹，圆柱杆的一端穿过挤压筒内活塞的螺纹孔与活塞固定连接，圆柱杆的另一端穿过挤压筒3的螺纹孔与旋柄焊接成一体。
挤压筒3为圆柱形，结构的上1/3段为实体圆柱，下2/3段为空心圆柱，实体圆柱轴心部位置有与圆柱杆配合的螺纹通孔。
参见图2、图3，本发明挤压式微型药柱成型装置的上堵盖4和下堵盖6为正方形体，上堵盖和下堵盖中心部位各开有直径相同的圆通孔，周边四角设置有四个螺孔，使上堵盖4和下堵盖6之间夹紧推进剂成型模具7时用螺栓5连接；在上堵盖上距圆孔4mm处设有放置O型密封圈的环形凹槽，环形凹槽为3mm，挤压筒3与上堵盖4焊接成一体。在下堵盖上开一圆通孔，通过圆通孔观察模具下方。
图4、图6展示了本发明的推进剂成型模具。所述的推进剂成型模具为正方体，依中心外延设置有若干直径为0.05-1mm微小腔孔。不同尺寸的微型发动机所需的药柱直径和长度不同，推进剂成型模具的厚度和模具孔的直径、数量也不同，根据具体的要求加工出所需的模具。
所述的推杆、挤压筒、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具的中心在同一轴线上。推杆、挤压筒、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具均为不锈钢材料制成。
微型药柱使用此装置成型步骤如下：
(1)将推进剂的各组分按推进剂工艺要求混合，充分搅拌至各组分混合均匀，推进剂呈糊状或胶状，待用；
(2)将搅拌好的推进剂药浆用竹制工具挑出，放置到推进剂成型模具7的各个小孔上，并保证有一层一定厚度的胶状推进剂药浆糊住模具的各个通孔；
(3)将第二步中的模具放在下堵盖6的通孔中央，然后将挤压筒-上堵盖罩在模具的上方，保证上堵盖的通孔罩在模具上推进剂药浆的外边界，且不接触到推进剂；上、下堵盖周边四角设置有四个螺孔，使上堵盖4和下堵盖6之间夹紧推进剂成型模具7时用螺栓5连接；
(4)旋转推杆1，挤压筒3内产生的压力将模具上的推进剂药浆挤压进模具的各个小孔内；
(5)从下堵盖6的通孔中观察，若模具下方没有出现推进剂，说明推进剂还没有完全装填进模具，继续缓慢挤压，若模具下方出现推进剂，说明推进剂药浆已经完全将模具的各个小孔填满，且从另一端溢出，停止挤压；
(6)拆卸螺钉，取出模具，将之放置在自然环境或者高温烘箱中72小时，待推进剂中溶剂蒸发完或者推进剂固化后，推进剂完全以固态形式粘着在模具上，用刀片刮掉模具表面的一层残药，用细木针从小孔中捅出即得完整药柱。

Claims (3)

1.一种挤压式微药柱成型装置，包括推杆、挤压筒、螺栓、上堵盖、下堵盖和推进剂成型模具，其特征在于：所述的挤压式微药柱成型装置还包括旋柄、圆柱杆和活塞；旋柄为圆柱形，旋柄上置有网状花纹；沿不锈钢活塞周向外缘凹槽内置有橡胶圈；圆柱杆上设置有螺纹，圆柱杆的一端穿过挤压筒内活塞的螺纹孔与活塞连接，圆柱杆的另一端穿过挤压筒的螺纹孔与旋柄焊接成一体；所述的推进剂成型模具为正方体，依中心外延设置有若干直径为0.05-1mm微小腔孔；推杆，挤压筒，上、下堵盖和推进剂成型模具的中心在同一轴线上。
2.根据权利要求1所述的挤压式微药柱成型装置，其特征在于：所述的挤压筒为圆柱形，结构的上1/3段为实体圆柱，下2/3段为空心圆柱，实体圆柱轴心部位置有与圆柱杆配合的螺纹通孔。
3.根据权利要求1所述的挤压式微药柱成型装置，其特征在于：所述的上堵盖和下堵盖为正方形体，上、下堵盖中心处各有直径相同的圆孔，周边四角设置有四个螺孔，使上堵盖和下堵盖之间夹紧推进剂成型模具时用螺栓连接；在上堵盖上距圆孔4mm处设有放置O型密封圈的环形凹槽，挤压筒与上堵盖焊接成一体。
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