CN103331910B - 双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法 - Google Patents

双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，包括如下步骤：A、制作同轴配合的隔板、芯轴和轴套；B、配制包括以下组分及重量份的石英砂混合胶粘剂：石英砂350~450、聚乙烯醇9~10、淀粉0.4~0.6、水30~50；配制时先将聚乙烯醇与淀粉混合形成混合粉末，然后将混合粉末与水混合搅拌至形成无粘块溶液，最后将石英砂与无粘块溶液搅拌混合；C、将石英砂混合胶粘剂成型形成砂套；D、将砂套固化；E、加工砂套外型面以及砂套内端面；F、将芯轴、隔板、轴套和砂套组装在一起；G、将砂套作表面处理。本发明成型工艺简单、生产周期短、成本低、满足设计要求，适于广泛应用于固体火箭发动机壳体成型技术领域。

Description

双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机壳体成型技术领域，具体地指一种双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法。
背景技术
纤维缠绕发动机壳体代表了未来固体火箭发动机的主要发展方向，特别是多脉冲、大长径比、小开口缠绕发动机更成为研究的热点。然而，因该类发动机壳体的芯模制造技术十分复杂而成为其推广的首要制约条件。现有的纤维缠绕发动机的芯模主要为金属骨架石膏芯模，不仅设计复杂，而且生产周期长，尤其对于大长径比、小开口、多脉冲的结构制造，无法完全依赖金属骨架石膏芯模。面对这种情况，部分技术人员尝试使用可溶解的盐芯模，但由于盐芯模具有腐蚀性，会对发动机壳体的金属部分有损伤，一般不提倡采用。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种成型工艺简单、生产周期短、成本低、满足设计要求的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法。
为实现上述目的，本发明所设计的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，包括如下步骤：A、根据发动机壳体前后开口大小、长度要求、发动机第一脉冲区和第二脉冲区的结构、以及隔板的结构和具体位置，制作同轴配合的隔板、芯轴和轴套；B、配制石英砂混合胶粘剂，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂350~450、聚乙烯醇9~10、淀粉0.4~0.6、水30~50；配制石英砂混合胶粘剂时先将聚乙烯醇与淀粉混合形成混合粉末，然后将混合粉末与水混合搅拌至形成无粘块溶液，最后将石英砂与无粘块溶液搅拌混合；C、将石英砂混合胶粘剂成型，形成与轴套同轴配合的砂套，所述砂套分别对应发动机第一脉冲区和第二脉冲区；D、将砂套固化；E、加工砂套外型面以及将分别对应于发动机第一脉冲区和第二脉冲区的砂套的一端面加工成分别与隔板两端相适应的形状；F、将芯轴、隔板、轴套和砂套组装在一起；G、将砂套作表面处理，形成芯模。
作为优选方案，在步骤B中，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂400、聚乙烯醇9.5、淀粉0.5、水分40。
进一步地，在步骤B中，混合粉末与水混合搅拌时水的温度为40~80℃，石英砂的颗粒大小为70~180目。
再进一步地，所述水的温度为60℃，石英砂的颗粒大小为140目。
还进一步地，所述芯轴与隔板和轴套均通过键连接，所述轴套外壁设有用于加强轴套与砂套粘接的轴耳。
更进一步地，在步骤C中，将芯轴、轴套和石英砂混合胶粘剂加入组装成圆柱状的围板，用槌子捣实成型后脱去芯轴和围板。
更进一步地，在步骤D中，将砂套放入烘箱，在60~120℃条件下固化5~11小时。
更进一步地，轴套和砂套在烘箱中先在60℃固化2小时，再在80℃固化3小时，最后在120℃固化4小时。
更进一步地，在步骤E中，加工砂套的刀具为金刚石刀。
更进一步地，在步骤G中，所述砂套表面用不饱和聚酯腻子作接缝处理，处理完常温固化即可。
本发明的工作原理是这样的：由于砂套是由石英砂混合胶粘剂成型固化而成，而石英砂混合胶粘剂中的石英砂是通过水溶性的聚乙烯醇与淀粉作粘合剂，在正常情况下砂套具有相当的强度，可以作为双脉冲发动机壳体芯模的重要部件，而当双脉冲发动机壳体制造工序进入脱模时，用常温自来水即可使砂套中的粘合剂溶解而使砂套解体，从而实现顺利脱模，大大减小了脱模的难度。
芯轴与隔板和轴套之间均通过键连接，使芯轴与隔板、芯轴与轴套之间在旋转时不会发生相对转动，既方便又实用。而且通过轴耳，轴套可加强与砂套的粘接。
综上所述，本发明的优点在于：采用水溶性的芯模成型方法，用常温自来水即可最终实现顺利脱模，解决了小开口、双脉冲发动机芯模设计难、脱模难的业界难题；双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，采用普通的石英砂、淀粉以及聚乙烯醇，通过组装设计即可以完成前后开口小、双脉冲芯模的制作，具有工艺简单、设备投入少、生产周期短、成本低的特点，为未来小型发动机壳体芯模的成型提供了一种全新的思路。
附图说明
图1为本发明双脉冲发动机壳体水溶性芯模的整体结构示意图；
图2为图1中芯轴的结构示意图；
图3为图1中轴套的主视结构示意图；
图4为图3的左视结构示意图；
图5为石英砂混合胶粘剂成型的模具结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1：
参见图1至图5，本发明方法所涉及的双脉冲发动机壳体水溶性芯模，包括隔板1、芯轴2、轴套3、砂套4和锁紧螺母6。
所述芯轴2、轴套3和砂套4从内向外同轴配合，所述砂套4分为两部分，分别为对应于发动机第一脉冲区（图中未示出）和第二脉冲区（图中未示出）的第一脉冲区砂套4.1和第二脉冲区砂套4.2，所述隔板1设于第一脉冲区砂套4.1和第二脉冲区砂套4.2之间。由于第一脉冲区砂套4.1比较长，所以本实施例中将其又分为两部分，这样从整体上砂套4分为三段，轴套3也分为对应的三段。为了轴套3与砂套4之间的粘接更强，轴套3外壁设有轴耳3.1，同时，为了防止轴套3与芯轴2发生轴向移动，在轴套3两端设有锁紧螺母6。所述芯轴2与隔板1和轴套3均通过键连接以实现同轴同向转动，在图2和图4中，芯轴2上的键2.1与轴套3上的键槽3.2相配合。
本发明双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法步骤如下：
A、根据发动机壳体（图中未示出）前后开口大小、长度要求、发动机第一脉冲区和第二脉冲区的结构、以及隔板1的结构和具体位置，制作同轴配合的隔板1、芯轴2和轴套3；
B、配制石英砂混合胶粘剂，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂350克、聚乙烯醇9克、淀粉0.4克、水30克；配制石英砂混合胶粘剂时先将聚乙烯醇与淀粉混合形成混合粉末，然后将混合粉末与40℃水混合搅拌至形成无粘块溶液，最后将颗粒大小为70目的石英砂与无粘块溶液搅拌混合；
C、将芯轴2、轴套3和石英砂混合胶粘剂加入组装成圆柱状的围板5，用槌子捣实成型后脱去芯轴2和围板5；
D、将轴套3和砂套4放入烘箱，先在60℃固化2小时，再在80℃固化3小时，最后在120℃固化4小时，以实现完全脱水；
E、用金刚石刀蒋公砂套4外型面以及将砂套4的内端面加工成与隔板1两端相适应的形状；
F、将芯轴2、轴套3和砂套4按芯模结构设计图组装在一起；
G、砂套4表面用不饱和聚酯腻子作接缝处理，处理完常温固化24小时，最后在砂套4表面涂刷脱模剂转入缠绕工序。
由于砂套4是由石英砂混合胶粘剂成型固化而成，而石英砂混合胶粘剂中的石英砂是通过水溶性的聚乙烯醇与淀粉作粘合剂，在正常情况下砂套4具有相当的强度，可以作为双脉冲发动机壳体芯模的重要部件，而当双脉冲发动机壳体制造工序进入脱模时，用常温自来水即可使砂套4中的粘合剂溶解而使砂套4解体，从而实现顺利脱模，大大减小了脱模的难度。
芯轴2与隔板1和轴套3之间均通过键连接，使芯轴2与隔板1、芯轴2与轴套3之间在旋转时不会发生相对转动，既方便又实用。而且通过轴耳3.1，所述轴套3可加强与砂套4的粘接。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：B、配制石英砂混合胶粘剂，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂400克、聚乙烯醇9.5克、淀粉0.5克、水40克；配制石英砂混合胶粘剂时先将聚乙烯醇与淀粉混合形成混合粉末，然后将混合粉末与60℃水混合搅拌至形成无粘块溶液，最后将颗粒大小为140目的石英砂与无粘块溶液搅拌混合。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：B、配制石英砂混合胶粘剂，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂450克、聚乙烯醇10克、淀粉0.6克、水50克；配制石英砂混合胶粘剂时先将聚乙烯醇与淀粉混合形成混合粉末，然后将混合粉末与80℃水混合搅拌至形成无粘块溶液，最后将颗粒大小为180目的石英砂与无粘块溶液搅拌混合。

Claims (8)

1.一种双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、根据发动机壳体前后开口大小、长度要求、发动机第一脉冲区和第二脉冲区的结构、以及隔板(1)的结构和具体位置，制作同轴配合的隔板(1)、芯轴(2)和轴套(3)；
B、配制石英砂混合胶粘剂，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂350～450、聚乙烯醇9～10、淀粉0.4～0.6、水30～50；配制石英砂混合胶粘剂时先将聚乙烯醇与淀粉混合形成混合粉末，然后将混合粉末与水混合搅拌至形成无粘块溶液，最后将石英砂与无粘块溶液搅拌混合；
C、将石英砂混合胶粘剂成型，形成与轴套(3)同轴配合的砂套(4)，所述砂套(4)分别对应发动机第一脉冲区和第二脉冲区；
D、将砂套(4)固化；
E、加工砂套外型面以及将分别对应于发动机第一脉冲区和第二脉冲区的砂套(4)的一端面加工成与隔板(1)两端相适应的形状；
F、将芯轴(2)、隔板(1)、轴套(3)和砂套(4)组装在一起；
G、将砂套(4)作表面处理，形成芯模，其中，所述砂套(4)表面用不饱和聚酯腻子作接缝处理，处理完常温固化即可，所述芯轴(2)与隔板(1)和轴套(3)均通过键连接，所述轴套(3)外壁设有用于加强轴套(3)与砂套(4)粘接的轴耳(3.1)。
2.根据权利要求1所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：在步骤B中，所述石英砂混合胶粘剂包括以下组分及重量份：石英砂400、聚乙烯醇9.5、淀粉0.5、水分40。
3.根据权利要求1或2所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：在步骤B中，混合粉末与水混合搅拌时水的温度为40～80℃，石英砂的颗粒大小为70～180目。
4.根据权利要求3所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：所述水的温度为60℃，石英砂的颗粒大小为140目。
5.根据权利要求1或2所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：在步骤C中，将芯轴(2)、轴套(3)和石英砂混合胶粘剂加入组装成圆柱状的围板(5)，用槌子捣实成型后脱去芯轴(2)和围板(5)。
6.根据权利要求1或2所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：在步骤D中，将轴套(3)和砂套(4)放入烘箱，在60～120℃条件下固化5～11小时。
7.根据权利要求6所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：轴套(3)和砂套(4)在烘箱中先在60℃固化2小时，再在80℃固化3小时，最后在120℃固化4小时。
8.根据权利要求1或2所述的双脉冲发动机壳体水溶性芯模成型方法，其特征在于：在步骤E中，加工砂套(4)的刀具为金刚石刀。
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