CN112277209B - 一种纤维缠绕发动机壳体模修补工艺成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维缠绕发动机壳体芯模修补工艺成型方法，芯模表面裂纹处理制作凹槽‑凹槽修补‑橡胶填充，根据凹槽尺寸，裁剪胶片，要求填充凹槽时并高出芯模型面，先将修补胶片预热，再在芯模凹槽位置以及修补胶片表面涂刷一层胶粘剂，粘干至不粘手后，将修补橡胶填充至芯模凹槽位置，在填充过程中，对填充修补胶片时加热、加压，对橡胶修补位置进行修整，使修整后的绝热层与芯模型面相平或者略低。采用橡胶修补芯模裂纹，利用橡胶的变形、分散、释放，适应芯模产生的裂纹，满足绝热层固化后表面成型质量要求。

Description

一种纤维缠绕发动机壳体模修补工艺成型方法

技术领域

本发明属于纤维缠绕发动机壳体制作技术领域，具体涉及一种纤维缠绕发动机壳体模修补工艺成型方法。

背景技术

纤维缠绕发动机壳体绝热层作为推进剂燃烧室与壳体间的隔热结构，是发动机的重要结成部分。绝热层主要作用是承担纤维缠绕发动机壳体密封，以及通过碳化、分解、升华等方式，隔断发动机工作过程中推进剂燃烧产生的高温燃气流，防止发动机壳体达到危及其结构完整性的温度。由于纤维缠绕发动机壳体绝热层是以芯模为胎模，在芯模表面制作完成，与外表面缠绕的复合层共固化。因此，芯模表观质量的好坏直接影响到绝热层成型质量。

当绝热层表面出现的缺陷在设计允许范围之内的(设计允许皱褶、凹坑深度不大于0.7mm)，可以进行修补。但是绝热层的修补，不但会增加发动机壳体的生产周期，而且修补位置的绝热层质量与一次成型状态相比仍有差异，多少会降低绝热层使用过程中的可靠性。因此，绝热层一次制作合格，不进行修补，可以大大提高绝热层的可行性，而且还会减少因绝热层缺陷带来的修补时间，提高发动机壳体生产效率。

纤维缠绕发动机壳体芯模主要有金属芯模、橡胶气囊芯模、石膏芯模、砂芯模等。对于具有封头结构的纤维缠绕壳体而言，金属芯模组装拆卸困难，橡胶气囊芯模尺寸不易控制。因此，石膏芯模和砂芯模在纤维缠绕发动机壳体研制生产过程中应用最为广泛。

随着纤维缠绕发动机壳体直径尺寸以及长径比的增加，导致芯模重量以及芯模挠度大幅度增加。石膏芯模受结构设计的影响，操作人员芯模安装差异，石膏刮制过程中的质量控制等因素，在石膏芯模拼块接缝位置以及芯模挠度较大位置，常常会产生裂纹。

对于砂芯模而言，砂子的密度较大，砂饼内部如果设计增强结构，会影响砂饼冲砂以及脱模。而砂芯模加工减重孔可以减小芯模重量，但是也会影响砂芯模强度和刚度，从而影响绝热层和复合层成型质量，因此砂芯模通过开减重孔的方式减轻芯模重量的空间有限。砂芯模主要通过增加芯轴直径，从而提高芯轴承重支撑强度和刚度。但是，在砂芯模挠度变化较大的芯轴中心位置，表面仍然容易出现裂纹。

芯模一定的挠度变形，不会影响纤维缠绕发动机壳体复合层外观及强度要求，固化后的纤维缠绕发动机壳体的尺寸精度也可以得到保证。但是芯模裂纹会随着绝热层贴片、纤维缠绕、壳体固化过程中芯模旋转进一步加剧，形成凸起，从而导致纤维缠绕发动机壳体固化后在绝热层表面拓印形成皱褶、凹坑缺陷。当缺陷尺寸超出设计指标(设计允许皱褶、凹坑深度不大于0.7mm)要求，需要对绝热层进行修补处理。

针对芯模裂纹，目前一般会采用石膏、嵌缝膏或者腻子等材料对芯模进行修补的修补工艺。由于石膏、嵌缝膏或者腻子均为脆性低强度材料，芯模在修补后，随着芯模在壳体制作过程中的旋转，修补位置的石膏、嵌缝膏或者腻子不足以抵抗芯模变形，因此，修补位置的芯模表面仍然会出现凸起、裂纹，从而在绝热层表面拓印形成皱褶、凹坑缺陷(设计允许皱褶、凹坑深度不大于0.7mm)，影响绝热层表观质量。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种纤维缠绕发动机壳体模修补工艺成型方法，解决了因石膏芯模或者砂芯模凸起、裂纹导致绝热层表面出现皱褶、凹坑的质量问题。

为实现上述目的，本发明所设计的纤维缠绕发动机壳体芯模修补工艺成型方法，具体过程如下：

1)芯模表面裂纹处理制作凹槽

在芯模表面裂纹位置打磨制作凹槽；

2)凹槽修补

使用石膏、嵌缝膏或者腻子对凹槽进行修补，并用砂纸打磨成规整的凹槽；

3)橡胶填充

3a)橡胶出片、裁剪

根据凹槽尺寸，裁剪胶片，要求填充凹槽时并高出芯模型面；

3b)芯模修补

先将修补胶片预热，再在芯模凹槽位置以及修补胶片表面涂刷一层胶粘剂，粘干至不粘手后，将修补橡胶填充至芯模凹槽位置，在填充过程中，对填充修补胶片时加热、加压；

3c)修整

对橡胶修补位置进行修整，使修整后的绝热层与芯模型面相平或者略低。

进一步地，若裂纹在芯模筒段，进一步贴粘钢箔，具体过程如下：

将厚度为0.08～0.7mm的钢箔进行裁剪，对于钢箔边缘裁剪存在的飞边和毛刺进行打磨平滑；然后将裁剪好的钢箔覆盖在裂纹修补位置处，并时钢箔的边缘到裂纹修补位置的边缘距离相等，最后用聚四氟乙烯玻纤胶带进行粘贴固定。

进一步地，所述步骤1)中，凹槽宽度为5～10mm，凹槽深度为1～3mm。

进一步地，所述步骤3a)中，修补胶片厚度为0.5～3mm。

进一步地，所述步骤3b)中，修补胶片预热至50～120℃；修补胶片时加热的温度为50～100℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用橡胶修补芯模裂纹，利用橡胶的变形、分散、释放，适应芯模产生的裂纹，满足绝热层固化后表面成型质量要求；若裂纹在芯模的筒段，还可以采用橡胶+钢箔组合修补芯模裂纹，通过修补橡胶的支撑以及钢箔分散橡胶受热表面形成的凸凹，满足绝热层固化后表面成型质量要求；解决了因石膏芯模或者砂芯模凸起、裂纹导致绝热层表面出现皱褶、凹坑的质量问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种纤维缠绕发动机壳体芯模修补工艺成型方法具体过程如下：

1)芯模表面裂纹处理制作凹槽

采用磨光机、电动磨头对芯模表面裂纹位置打磨制作凹槽，打磨过程中要求控制凹槽宽度5～10mm和凹槽深度1～3mm，凹槽深度太深，填充橡胶会越多，对绝热层表面的凹坑深度影响也会较大；因此，在满足芯模修补要求的情况下，尽可能减小芯模修补制作的凹槽尺寸，凹槽宽度及深度满足分散裂纹要求。

2)凹槽修补

使用石膏、嵌缝膏或者腻子对制作的凹槽进行修补，并用砂纸打磨规整形成规整的凹槽。

3)橡胶填充

3a)橡胶出片、裁剪

使用三元乙丙、丁腈橡胶或天然橡胶等橡胶材料，出片橡胶厚度为0.5～3mm，芯模修补使用橡胶材料，可使用硬度较低、柔性较好、填充粘性好、修补工艺优良的材料。根据芯模表面制作的凹槽尺寸，裁剪胶片，胶片宽度及厚度尺寸，要求填充凹槽并高出芯模型面，芯模填充修补胶片可多层叠加。

若使用硅橡胶填充修补凹槽，硅橡胶配比为硅橡胶GMX-351D：正硅酸乙酯40+T40：二月桂酸二丁基锡＝100：4：2。

3b)芯模修补

先将修补胶片预热至50～120℃，使橡胶变软，改善填充工艺性；

再在芯模凹槽位置以及修补胶片(EPDM201三元乙丙、天然橡胶、丁腈橡胶)表面涂刷一层胶粘剂(AE-1或者730)等粘性较好的胶粘剂，以增加修补胶片与芯模的足够的粘接强度，粘干至不粘手后，将修补橡胶填充至芯模凹槽位置，在填充过程中，可使用电熨斗对填充橡胶加热、加压，改善橡胶的填充工艺性能，加热温度为50～100℃；

3c)修整

使用三角刀、裁纸刀等工具，对橡胶修补位置进行修整，使修整后的绝热层与芯模型面相平或者略低。

橡胶修补芯模裂纹，利用橡胶的变形、分散、释放，适应芯模产生的裂纹，满足绝热层固化后表面成型质量要求。

4)若裂纹在筒段，进一步贴粘钢箔

将厚度为0.08～0.7mm的钢箔进行裁剪，对于钢箔边缘裁剪存在的飞边和毛刺，用磨光机进行打磨平滑；然后将裁剪好的钢箔覆盖在裂纹修补位置处，并时钢箔的边缘到裂纹修补位置的边缘距离相等，最后用聚四氟乙烯玻纤胶带进行粘贴固定；

由于绝热层厚度厚(绝热层膨胀力量大，壳体固化过程中复合层与绝热层对裂纹位置施加压力较大)，单一钢箔承力不足以抵抗壳体固化过程中绝热层膨胀产生的压力，而会导致钢箔变形，进而影响绝热表观质量。钢箔与芯模贴合较好，采用橡胶+钢箔组合修补芯模裂纹，通过修补橡胶的支撑以及钢箔分散橡胶受热表面形成的凸凹，满足绝热层固化后表面成型质量要求。

橡胶修补，由于修补橡胶与绝热层均为橡胶材料，在与壳体一起加热固化过程中，橡胶膨胀变形、相互挤压，在壳体绝热层表面会形成轻微凸凹不平。而在修补橡胶与壳体绝热层之间增加钢箔，可对两种橡胶在加热固化过程的中的变形力进行承力、适应、分散，使绝热层成型后的表面质量，较单一橡胶修补更为平整、光滑，绝热层成型表面质量更高。

而对于芯模筒段裂纹较小且绝热层厚度较薄(绝热层膨胀力量较小，壳体固化过程中复合层与绝热层对裂纹位置施加压力较小)位置，裂纹位于芯模筒段，采用单一钢箔(钢箔的厚度要求满足绝热层成型后的缺陷允许尺寸)修补芯模裂纹，利用钢箔的强度和刚性，对芯模裂纹位置形成支撑，满足绝热层固化后表面成型质量要求。具体过程为：先对芯模表面裂纹位置进行清理，至无凸出芯模表面的颗粒；然后在裂纹表面覆盖粘贴钢箔并使用聚四氟乙烯玻纤胶带固定。

Claims (1)

1.一种纤维缠绕发动机壳体芯模修补工艺成型方法，其特征在于：具体过程如下：

1)芯模表面裂纹处理制作凹槽

在芯模表面裂纹位置打磨制作凹槽；

2)凹槽修补

使用石膏、嵌缝膏或者腻子对凹槽进行修补，并用砂纸打磨成规整的凹槽，凹槽宽度为5～10mm，凹槽深度为1～3mm；

3)橡胶填充

3a)橡胶出片、裁剪

根据凹槽尺寸，裁剪胶片，要求填充凹槽时并高出芯模型面，修补胶片厚度为0.5～3mm；

3b)芯模修补

先将修补胶片预热，再在芯模凹槽位置以及修补胶片表面涂刷一层胶粘剂，粘干至不粘手后，将修补橡胶填充至芯模凹槽位置，在填充过程中，对填充修补胶片时加热、加压；修补胶片预热至50～120℃；修补胶片时加热的温度为50～100℃；

3c)修整

对橡胶修补位置进行修整，使修整后的绝热层与芯模型面相平或者略低；

若裂纹在芯模筒段，进一步贴粘钢箔，具体过程如下：

将厚度为0.08～0.7mm的钢箔进行裁剪，对于钢箔边缘裁剪存在的飞边和毛刺进行打磨平滑；然后将裁剪好的钢箔覆盖在裂纹修补位置处，并时钢箔的边缘到裂纹修补位置的边缘距离相等，最后用聚四氟乙烯玻纤胶带进行粘贴固定。