CN112872298A - 一种轻质化高强度砂芯模成型方法 - Google Patents

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卓艾宝
曾甜甜
曾永春
曾建军
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Abstract

本发明公开一种轻质化高强度砂芯模成型方法，包括以下步骤：混砂：按照质量比为芯砂：短切玻璃纤维：聚乙烯醇溶液＝95：6：8的配比进行混合，搅拌混合均匀后烘干；砂饼成型：将混砂倒入砂饼模具中，振动压实后晾置一端时间后，烘干；粘接：在成型的砂饼端面刷涂胶粘剂，再在工装上进行装配；装配完成后，自然固化。本发明采用的砂型制造技术有效解决了大直径芯模强度低、重量重的问题，使成本更低、结构更可靠。

Description

一种轻质化高强度砂芯模成型方法
技术领域
本发明属于一种砂芯成型方法，具体是一种用于碳纤维复合材料固体火箭发动机壳体的成型方法，尤其是一种轻质化高强度砂芯模成型方法。
背景技术
大直径复合材料壳体其制造核心是缠绕成型的芯模设计和制造。芯模要有足够的强度和刚度，能够承受壳体缠绕成型中的各种张力载荷、芯模和壳体自重；还应承受固化过程中的热应力和绝热橡胶层固化的热膨胀。目前应用在中小直径壳体的缠绕芯模基本为石膏芯模和实心砂芯模。芯模自身重量重、强度和刚度不足，导致在大长径比壳体生产过程中，出现严重的变形，不能符合壳体的设计精度要求。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种沙饼压缩强度高、砂芯质量轻、连接强度高、成本低的轻质化高强度砂芯模成型方法。
为达到上述目的，本发明设计的轻质化高强度砂芯模成型方法，包括以下步骤：
S1，混砂：按照质量比为芯砂：短切玻璃纤维：聚乙烯醇溶液＝95：6：8的配比进行混合，搅拌混合均匀后烘干；
S2，砂饼成型：将混砂倒入砂饼模具中，振动压实后晾置一端时间后，烘干；
S3，粘接：在成型的砂饼端面刷涂胶粘剂，再在工装上进行装配；
S4，装配完成后，自然固化。
优选的，S1中，对芯砂进行筛选并选用80～100目的芯砂。
进一步优选的，S1中，对芯砂进行筛选，然后在80～120℃烘干后再进行混砂。
优选的，S1中，短切玻璃纤维的长度范围为2.5～3mm。
优选的，S1中，聚乙烯醇先进行98±2℃水浴，充分溶解呈溶液状无沉淀状物质冷却后再进行混砂。
优选的，S1中，在自动搅拌设备上至少搅拌0.5±0.1小时。
优选的，S2中，至少凉置48～52小时。
优选的，S2中，烘干过程为：在110±5℃下保温5±0.1小时后，再升至140±5℃并保温20±0.5小时，最后随炉冷却至室温。
优选的，优选的，S2中，振动压实过程中对砂芯内部进行排气。这样，能够有效防止内部夹气。
优选的，S3中，在砂饼端面均匀涂覆至少5±0.5mm厚的胶粘剂。
优选的，S3中，选用CH-3胶粘剂。
优选的，S4中，至少进行48～52小时的自然固化。
本发明的有益效果是：本发明提供一种新配方芯砂提高成型后砂饼的压缩强度；提出一种轻质化减重方法大大降低砂芯模的自身重量；测试了一种新型芯模段间连接方式，提高了芯模各段的连接强度。
本发明针对大直径壳体研制中出现的新情况，开展了芯模技术研究。通过降低砂芯模材料密度、提高砂芯模材料强度、优化砂芯模结构等措施，使大直径芯模重量得到有效的控制；通过采用可溶性树脂，解决了小开口、大直径壳体拆模难题；通过采用芯模段间粘接技术，使砂芯模的整体刚性得以增强。
本发明的优点：本发明采用的砂型制造技术有效解决了大直径芯模强度低、重量重的问题，使成本更低、结构更可靠。轻质化结构，使结构更加轻量、满足结构强度，解决了传统砂芯模重量重的难题。优良的段间粘接技术，即简化了连接方式有简化了制作工艺。本发明保证了复合材料壳体结构在复杂成型载荷下的稳定性，工艺路线相对简单，能够满足壳体对芯模强度、刚度的承载需要。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图
具体实施方式
下面通过图1以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明设计的轻质化高强度砂芯模成型工艺方法，按配胶混砂工艺、砂饼成型工艺和粘接工艺进行制作，其具体步骤为：
1)配胶混砂工艺：按照工艺对芯砂进行筛选，主要包括目数筛选选取80～100目芯砂，对筛选的芯砂进行80～120℃烘干处理。短切玻璃纤维选用2.5～3mm长度纤维，通过添加短切玻璃纤维来改进此体系的性能，聚乙烯醇进行98±2℃水浴充分溶解呈溶液状不得有沉淀状物质，冷却后待用。按照砂：短切玻璃纤维：聚乙烯醇溶液＝95：6：8配比进行混合，在自动搅拌设备上进行0.5±0.1小时搅拌混合。
2)砂饼成型工艺：
按照轻质化结构设计进行砂饼模具制作，砂饼模具包括盖板和底板，盖板和底板通过螺栓连接使砂饼成型后得到减重结构，搅拌均匀的混砂倒入砂饼模具中，通过振动压实成型设备进行振动压实，振动过程中通过砂饼模具中的通气孔进行排气处理防止内部夹气。砂饼制作完成后晾置处理2天，并进行烘干处理。烘干按照：110±5℃下保温5±0.1小时后，再升至140±5℃并保温20±0.5小时，最后随炉冷却至室温。
3)粘接工艺：砂饼制作完成后，在工装上进行装配，所述工装包括轴套与芯轴进行连接。砂饼安装采用竖直安装方式，即芯轴立式装配在基座上，砂饼依次进行安装。砂饼装配前端面均匀涂5±0.5mm厚CH-3胶粘剂，通过重力作用既保证了胶粘剂的粘接面积，又保证了胶粘剂的厚度均匀性。芯模装配完成后进行48～52小时的自然固化处理。最后，进行尺寸检验。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，混砂：按照质量比为芯砂：短切玻璃纤维：聚乙烯醇溶液＝95：6：8的配比进行混合，搅拌混合均匀后烘干；
S2，砂饼成型：将混砂倒入砂饼模具中，振动压实后晾置一端时间后，烘干；
S3，粘接：在成型的砂饼端面刷涂胶粘剂，再在工装上进行装配；
S4，装配完成后，自然固化。
2.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S1中，对芯砂进行筛选并选用80～100目的芯砂，对芯砂进行筛选，然后在80～120℃烘干后再进行混砂。
3.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S1中，短切玻璃纤维的长度范围为2.5～3mm。
4.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S1中，聚乙烯醇先进行98±2℃水浴，充分溶解呈溶液状无沉淀状物质冷却后再进行混砂。
5.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S2中，凉置48～52小时。
6.根据权利要求1或5所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S2中，烘干过程为：在110±5℃下保温5±0.1小时后，再升至140±5℃并保温20±0.5小时，最后随炉冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S2中，振动压实过程中对砂芯内部进行排气。
8.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S3中，在砂饼端面均匀涂覆至少5±0.5mm厚的胶粘剂。
9.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S3中，选用CH-3胶粘剂。
10.根据权利要求1所述的轻质化高强度砂芯模成型方法，其特征在于：S4中，至少进行48～52小时的自然固化。
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