CN110285215A - 一种开孔复合材料封头的密封结构及方法 - Google Patents

一种开孔复合材料封头的密封结构及方法 Download PDF

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宋保维
潘光
曹永辉
姜军
王鹏
张克涵
胡海豹
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
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Abstract

本发明公开了一种开孔复合材料封头的密封结构及方法，包括开孔复合材料封头结构1和金属堵头2，它们之间通过胶接的方式相连。金属封头2上设有若干注胶口3，并且在其上加工有三道环形槽，分别是第一道径向密封槽4，第二道轴向密封槽5和胶槽6。本发明可以保证开孔处的密封性能，尤其是用于受外压的封头结构，利用胶结可以大大提高两种材料胶接处的性能和可靠性，可广泛用于开孔复合材料壳体的密封，应用前景广泛。

Description

一种开孔复合材料封头的密封结构及方法
技术领域
本发明属于水下密封结构领域，具体涉及一种开孔复合材料封头的密封结构。
背景技术
潜航器长期在水下工作，内部的电子设备等通常是不能与水接触的，因此对于承受外压的壳体来说，密封性能尤为重要。为了满足结构服役状态的功能要求，例如外载设备，管线通过等，在封头上设置开口是非常普遍并且不可避免的。传统的封头结构都是由金属材料加工而成的，因此对于开孔处的密封一般采用机械连接的方式，在其壳体表面加工螺纹孔，后通过螺钉紧压密封圈完成密封工作，这种方式最为常见。近年来复合材料由于其比强度高，密度小，耐腐蚀性强等的优势已经广泛用于各个领域，用复合材料加工而成的水下耐压结构也应运而生。但是由于复合材料材料的特殊性，而在复合材料结构整体成型之后，在其上面加工螺纹孔时很难实现的，并且开孔会导致纤维丝的断裂，造成结构的局部承压能力的降低，因此对于开孔复合材料的密封是一个亟待解决的问题。胶接作为一种可用于复材连接的方式则完美的解决这一问题，胶接通过粘胶剂的方式实现复材结构的连接，不需要在结构上额外打孔，耐腐蚀性好，变形小，并且连接效率高且可靠性强。相比于复合材料，堵头通常选用金属材料，这是由于其加工性能好且加工精度高。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种开孔复合材料封头的密封结构，采用金属堵头实现对于开孔复合材料封头的密封，该结构尤其适用于对密封性能要求较高的复合材料封头结构。
本发明的技术方案是：一种开孔复合材料封头的密封结构，其特征在于：包括金属堵头，所述金属堵头为圆形板状结构，在其一侧端面中心处设置有圆柱状凸台；所述圆柱状凸台沿外周面设置有第一密封环形凹槽，用于安装径向密封圈；所述金属堵头一侧端面上还开有环形凹槽，其另一侧端面开有多个注胶孔与环形凹槽连通，用于给所述环形凹槽内注入胶粘剂；所述环形凹槽与所述圆柱状凸台同轴。
本发明的进一步技术方案是：所述金属堵头一侧端面上开有第二密封环形凹槽，用于安装轴向密封圈；所述第二密封环形凹槽与所述环形凹槽同轴，其外壁直径小于所述环形凹槽的内壁直径。
一种开孔复合材料封头的密封结构的使用方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：选取合适的所述金属堵头，保证所述金属堵头的圆柱状凸台直径与复合材料封头的孔径相同；同时所述复合材料封头头部开孔处为平面，用于保证与所述金属堵头的无缝安装；
步骤二：将所述径向密封圈安装于所述金属堵头的第一密封环形凹槽内，将所述轴向密封圈安装于所述金属堵头的第二密封环形凹槽内；然后将所述金属堵头的圆柱状凸台插入所述复合材料封头头部的孔内；
步骤三：在注胶时先通过注胶孔用真空泵将槽内抽为真空，然后向所述金属堵头的注胶孔内注入胶粘剂，向所述金属堵头开有注胶孔一侧端面施加轴向压力，完成所述金属堵头和复合材料封头的孔之间的连接。
有益效果
本发明的有益效果在于：1.胶接的方式，避免了在复合材料中开螺纹孔导致基体和增强纤维出现断裂以及材料腐蚀的风险。
2.机械连接需要螺钉等连接件，而胶接的方式则不需要，减轻了连接质量成本的增加。
3.在工作时复合材料封头受到外部水压，而金属堵头和复合材料封头会在外压的作用下会越压越紧，大幅减小了胶接的劣势，提高了胶接的性能和可靠性。
4.由于复合材料开孔处外表面可能并不像金属那样光滑，因此一道径向密封圈难以保证密封的可靠性，因此金属堵头上另设置一道轴向密封圈可以起到双重密封的作用。
5.胶接方式成本低且操作简单方便，不仅可以完成连接工作，还可以对整个胶槽形成一道密闭的保护区域，同样可以实现密封作用。
附图说明
图1为本发明开孔复合材料封头的密封结构的剖视图。
图2为本发明复合材料封头结构正视图。
图3为本发明金属堵头剖视图。
附图标记说明：1.开孔复合材料封头；2.金属堵头；3.注胶口；4.径向密封圈；5.轴向密封圈；6.环形凹槽。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的一种开孔复合材料封头的密封结构设计，参见附图1，包括1.开孔复合材料封头；2.金属堵头；3.注胶口；4.径向密封圈；5.轴向密封圈；6.环形凹槽。
所述的金属堵头上需要加工三道凹槽，分别是用于安装径向密封圈4的第一密封环形凹槽和轴向密封圈5的第二密封环形凹槽，以及注入胶粘剂。
所述的径向密封圈4的第一密封环形凹槽设在所述金属堵头的圆柱凸台的周面上，轴向密封圈5的第二密封环形凹槽开在与封头外表面接触的平面上。
所述的金属堵头上外表面需要加工若干个注胶孔3与胶槽6相通，加工为圆形孔，其直径略小于环形凹槽6的宽度方便注胶排气。
复合材料封头1上的开孔在一体成型时就已经预埋形成，而不能通过后期钻孔加工。
金属堵头2上的密封槽可采用车削方式加工，而环形凹槽则可通过铣削的方式加工，环形凹槽的深度决定于胶层的厚度。
密封圈4和密封圈5材料为丁腈橡胶。
连接前需先将密封圈4和密封圈5先套入金属堵头2上，在堵头读入后通过注胶孔注胶。
粘胶剂采选择环氧树脂类粘胶剂。
在注胶时先通过注胶孔用真空泵将槽内抽为真空，后再将粘胶剂通过注胶孔流入，保证胶层的均匀与气泡的出去。
本发明所提供的一种开孔复合材料封头的密封结构设计的用途是：适用于各种开孔复合材料结构的密封，尤其是对于密封性能要求较高的水下环境等。
综上所示，以上仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种开孔复合材料封头的密封结构，其特征在于：包括金属堵头，所述金属堵头为圆形板状结构，在其一侧端面中心处设置有圆柱状凸台；所述圆柱状凸台沿外周面设置有第一密封环形凹槽，用于安装径向密封圈；所述金属堵头一侧端面上还开有环形凹槽，其另一侧端面开有多个注胶孔与环形凹槽连通，用于给所述环形凹槽内注入胶粘剂；所述环形凹槽与所述圆柱状凸台同轴。
2.根据权利要求1所述开孔复合材料封头的密封结构：所述金属堵头一侧端面上开有第二密封环形凹槽，用于安装轴向密封圈；所述第二密封环形凹槽与所述环形凹槽同轴，其外壁直径小于所述环形凹槽的内壁直径。
3.采用权利要求2一种开孔复合材料封头的密封结构的使用方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：选取合适的所述金属堵头，保证所述金属堵头的圆柱状凸台直径与复合材料封头的孔径相同；同时所述复合材料封头头部开孔处为平面，用于保证与所述金属堵头的无缝安装；
步骤二：将所述径向密封圈安装于所述金属堵头的第一密封环形凹槽内，将所述轴向密封圈安装于所述金属堵头的第二密封环形凹槽内；然后将所述金属堵头的圆柱状凸台插入所述复合材料封头头部的孔内；
步骤三：在注胶时先通过注胶孔用真空泵将槽内抽为真空，然后向所述金属堵头的注胶孔内注入胶粘剂，向所述金属堵头开有注胶孔一侧端面施加轴向压力，完成所述金属堵头和复合材料封头的孔之间的连接。
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