CN113245153B - 一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶工装及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶工装及方法，工装中的圆盘形底座中心设置与中空圆柱形零件产品中心通孔位置及直径相匹配的台阶轴，其中与端部圆环形零件中心通孔匹配的轴的上端面径向开胶孔，所述台阶轴中心设置圆孔，该圆孔与所述开胶孔相通；所述的环形衬套与中间圆环形零件的数量一致且一一对应，每个环形衬套的外径与对应的中间圆环形零件中心通孔的内径一致；所述的进胶漏斗为带中心孔的台阶轴，从所述中空圆柱形底座插入直至圆盘形底座上带开胶孔的轴的圆孔内且与所述开胶孔相通；上述进胶漏斗台阶轴插入中空圆柱形底座部分与环形衬套、圆盘形底座中心设置的台阶轴配合形成的外型面与复杂中空圆柱形零件产品中心通孔型面一致。

Description

一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶工装及方法
技术领域
本发明涉及一种真空灌胶方法，特别涉及一种适用于复杂中空圆柱形零件产品的灌胶密封，属于精密装配及其应用技术领域。
背景技术
惯性导航系统广泛应用于航空航天领域，其性能直接决定了飞行器的目标跟踪与位移精度。惯性器件产品生产制造涉及各零组件的超精密加工与装配，例如，力矩器组件由力矩器底座、径向磁悬浮、轴向磁悬浮依次装配而成。根据设计原理，每两个零件间存在间隙，需要用灌封胶密封，以防止出现多余物影响力矩器正常工作。以往的方法是采用人工灌胶，效率低，灌胶层中容易出现气泡、空腔等问题，经常出现批次性产品质量问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供了一种适用于中空圆柱形零件产品的真空灌胶方法。针对中空圆柱形产品的内部结构特点，设计了灌胶所用组合式工装，根据所用环氧灌封胶液的粘度特性，借助真空点胶设备，摸索出了一套适用于内部复杂结构产品的灌胶工艺方法。该方法适用性强，可广泛用于其他电磁元器件的灌胶密封。
本发明解决技术的方案是：一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶工装，所述复杂中空圆柱形零件产品包括中空圆柱形底座以及安装在所述中空圆柱形底座内腔中的至少一个中间圆环形零件和端部圆环形零件；所述真空灌胶工装包括圆盘形底座、环形衬套、进胶漏斗；
所述圆盘形底座中心设置与中空圆柱形零件产品中心通孔位置及直径相匹配的台阶轴，其中与端部圆环形零件中心通孔匹配的轴的上端面径向开胶孔，所述台阶轴中心设置圆孔，该圆孔与所述开胶孔相通；
所述的环形衬套与中间圆环形零件的数量一致且一一对应，每个环形衬套的外径与对应的中间圆环形零件中心通孔的内径一致；
所述的进胶漏斗为带中心孔的台阶轴，从所述中空圆柱形底座插入直至圆盘形底座上带开胶孔的轴的圆孔内且与所述开胶孔相通，
上述进胶漏斗台阶轴插入中空圆柱形底座部分与环形衬套、圆盘形底座中心设置的台阶轴配合形成的外型面与复杂中空圆柱形零件产品中心通孔型面一致。
优选的，圆盘形底座、环形衬套和进胶漏斗采用聚四氟乙烯材料。
优选的，所述中空圆柱形底座上端面设置不贯通的线槽以及位于同一半径的圆周上均布贯通的线孔，所述一个线孔与一个线槽连通；所述中间圆环形零件上沿轴上设置与所述线孔同轴且贯通的线孔。
优选的，所述中空圆柱形底座的材料为铝，所述的圆环形零件的材料为软磁合金，所述的圆环形零件的材料为铁氧体。
一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶方法，包括如下步骤：
(1)将中间圆环形零件、端部圆环形零件依次同轴安装在中空圆柱形底座内腔中并保证中间圆环形零件与中空圆柱形底座上的线孔同轴，通过安装时的台阶定位使得相邻的中间圆环形零件与中空圆柱形底座之间、中间圆环形零件之间、以及中间圆环形零件与端部圆环形零件之间形成待灌胶的环形区域；
(2)将环形衬套安装在对应中间圆环形零件中心通孔内；
(3)将圆盘形底座插入端部圆环形零件中心通孔并保证同轴；
(4)将进胶漏斗从中空圆柱形底座的中心通孔插入并保证同轴；
(5)配置胶液进行真空灌胶；
(6)加热固化灌封胶液。
优选的，所述的胶液包括如下重量比的组份：
基体环氧树脂 90～110
酸酐类固化剂 90～110
叔胺类促进剂 0.01～0.1
丁腈橡胶增韧剂 100～120。
优选的，所述真空灌胶工艺如下：
将步骤(4)处理后的产品安装在真空点胶设备中，关闭真空腔室，在30min 内将真空腔室真空度抽至1～10Pa，保压直至灌胶完成；
保压15-20min时，分别对胶筒、点胶阀和步骤(4)处理后的产品中空圆柱形零件产品加热，10min内加热温度为60±5℃；保压25-30min时，对步骤(4)处理后的产品进行点胶；点胶设置8-15轮，每轮每个待灌胶中空圆柱形产品点8-10滴，点胶时间间隔为10～20s/滴，每滴重量4±0.5mg；点胶完成后，继续保压25-30min；保压结束后，停止加热，泄真空，打开真空腔室。
优选的，针对每个待灌胶中空圆柱形产品，点胶过程中每轮的时间间隔为 8-10min。
优选的，所述的加热固化灌封胶液工艺参数为加热温度70-80℃，固化 2-2.5h，升温至90-100℃固化5.5-6h。
优选的，步骤(5)中真空灌胶操作时间不超过6h。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)针对中空圆柱形零件产品的结构特点设计的灌胶用工装，加工方便，结构巧妙，有利于胶液顺利流入待灌胶产品；使用后经过清洗，可重复使用；
2)本发明开发了适用于中空圆柱形零件产品的真空灌胶方法，灌胶思路清晰，可同时对多个产品进行灌封；
3)本发明开发的灌胶用工装和真空灌胶方法，可实现中空圆柱形零件产品灌胶密封无气泡、空腔。
附图说明
图1至图3分别为为中空圆柱形底座、中间圆环形零件、端部圆环形零件示意图；
图4是中空圆柱形零件产品I装配后示意图。
图5至图8分别是中空圆柱形零件产品灌胶工装中圆盘形底座、环形衬套、进胶漏斗以及灌胶工装示意图；
图9是中空圆柱形零件产品与灌胶工装组合图；
图10是真空点胶设备图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出的一种适用于复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶方法，涉及中空圆柱形零件产品的内部结构，灌胶所用的工装、灌胶用真空点胶装置以及灌胶工艺方法。
本发明真空灌胶工装包括圆盘形底座、环形衬套、进胶漏斗；
所述圆盘形底座中心设置与中空圆柱形零件产品中心通孔位置及直径相匹配的台阶轴，其中与端部圆环形零件中心通孔匹配的轴的上端面径向开胶孔，所述台阶轴中心设置圆孔，该圆孔与所述开胶孔相通；
所述的环形衬套与中间圆环形零件的数量一致且一一对应，每个环形衬套的外径与对应的中间圆环形零件中心通孔的内径一致；
所述的进胶漏斗为带中心孔的台阶轴，从所述中空圆柱形底座插入直至圆盘形底座上带开胶孔的轴的圆孔内且与所述开胶孔相通，
上述进胶漏斗台阶轴插入中空圆柱形底座部分与环形衬套、圆盘形底座中心设置的台阶轴配合形成的外型面与复杂中空圆柱形零件产品中心通孔型面一致。
以待灌胶的中空圆柱形产品I中只包含一个中间圆环形零件为例进行说明；如图1-4所示，待灌胶的中空圆柱形零件产品I由中空圆柱形底座1、圆环形零件2(即为中间圆环形零件)与圆环形零件3(即为端部圆环形零件)装配而成，所述的中空圆柱形底座1的材料为铝，所述的圆环形零件2的材料为软磁合金，所述的圆环形零件3的材料为铁氧体。
所述的中空圆柱形底座1的上表面中心有直径为D11圆形通孔，在同一半径的圆周上均布6个贯通的线孔和6个不贯通的线槽，线孔与线槽连通。中空圆柱形底座1的内部有直径为D12、D13、D14三阶通孔。
所述的圆环形零件2为外径d21、d22的台阶轴，中心为直径D21的圆形通孔，在同一半径的圆周上180度对称分布两个贯通的线孔；将圆环形零件2 外径为d21的一侧装配在中空圆柱形底座1内，保证中空圆柱形底座1与圆环形零件2同轴，圆环形零件2外径为d21的轴与中空圆柱形底座1直径为D12 的孔配合，圆环形零件2外径为d22的轴与中空圆柱形底座1直径为D13的孔配合，再通过中空圆柱形底座1上直径为D12、D13孔之间的台阶定位，圆环形零件2与中空圆柱形底座1在外径d21的一侧有轴向间隙为h1、直径为 D11、D12的圆环形区域X1。
所述的圆环形零件3外径为d31，中心为直径D31的圆形通孔；圆环形零件3装配在中空圆柱形底座1内，保证中空圆柱形底座1与圆环形零件3同轴，圆环形零件3外径为d31的轴与中空圆柱形底座1直径为D14的孔配合，再通过中空圆柱形底座1上直径为D13、D14孔之间的台阶定位，圆环形零件3 与中空圆柱形底座1在外径d22的一侧有轴向间隙为h2、直径为D21、D13 的圆环形区域X2。
所述的中空圆柱形零件产品I的待灌胶区域包括：中空圆柱形底座1与圆环形零件2之间的区域X1，圆环形零件2与圆环形零件3之间的区域X2，圆环形零件2的线孔，中空圆柱形底座1的线孔与线槽。中空圆柱形底座1的圆形通孔D11、圆环形零件2的圆形通孔D21、圆环形零件3的圆形通孔D31 需要保护，不灌胶。
与上述中空圆柱形零件产品I对应的真空灌胶工装如图5-8所示，包括圆盘形底座4、环形衬套5和进胶漏斗6。所述的灌胶所用工装II，圆盘形底座4、环形衬套5和进胶漏斗6都是聚四氟乙烯材料；
所述的圆盘形底座4上设有三级台阶轴，台阶一的外径为d41，在径向开十字胶孔；台阶二的外径为d42；台阶三的外径为d43；台阶轴中心为直径D41 的圆孔，圆孔与台阶一上的十字胶孔相通；
所述的环形衬套5的外径为d51，内径为D51；
所述的进胶漏斗6设有三级台阶轴，漏斗顶部外径为d61，中部外径为d62，尾部外径为d63；中心设有内径为D61、D62、D63的三级通孔；
所述的灌胶所用工装II在灌胶前，将环形衬套5插入产品I中，保证环形衬套5与产品I同轴，环形衬套5外径为d51的轴与圆环形零件2直径为D21 的孔配合，环形衬套5一侧与圆环形零件2外径为d21的轴一侧对齐，作用是定位；
将圆盘形底座4插入圆环形零件3中心圆孔，保证圆盘形底座4与产品I 同轴，圆盘形底座4外径为d41的轴与圆环形零件3直径为D31的孔配合，圆盘形底座4外径为d42的轴与圆环形零件2直径为D21的孔配合，圆盘形底座4外径为d42的轴的一侧与环形衬套5的一侧贴合，使胶液不渗出，同时保证圆盘形底座4上的十字胶孔与圆环形零件2和圆环形零件3之间的区域X2 连通；
将进胶漏斗6外径为d63的轴一侧从中空圆柱形底座1直径为D11的圆形通孔插入，保证进胶漏斗6与产品I同轴，进胶漏斗6外径为d62的轴与中空圆柱形底座1直径为D11的圆形通孔配合，进胶漏斗6外径为d62的轴一侧与环形衬套5的另一侧贴合，使胶液不渗出，进胶漏斗6外径为d63的轴插入圆盘形底座4直径为D41的孔中，保证进胶漏斗6直径为D61、D62、D63的通孔与圆盘形底座4直径为D41的孔、十字胶孔联通。
本发明的一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶方法，包括以下步骤：
1、将图2所示的圆环形零件2外径为d21的一侧装配在图1所示的中空圆柱形底座1内，保证中空圆柱形底座1与圆环形零件2同轴，圆环形零件2 外径为d21的轴与中空圆柱形底座1直径为D12的孔配合，圆环形零件2外径为d22的轴与中空圆柱形底座1直径为D13的孔配合，再通过中空圆柱形底座1上直径为D12、D13孔之间的台阶定位，圆环形零件2与中空圆柱形底座1在外径d21的一侧有轴向间隙为h1、直径为D11、D12的圆环形区域X1。
2、将圆环形零件3装配在中空圆柱形底座1内，保证中空圆柱形底座1 与圆环形零件3同轴，圆环形零件3外径为d31的轴与中空圆柱形底座1直径为D14的孔配合，再通过中空圆柱形底座1上直径为D13、D14孔之间的台阶定位，圆环形零件3与中空圆柱形底座1在外径d22的一侧有轴向间隙为h2、直径为D21、D13的圆环形区域X2。
3、将图5所示的环形衬套5插入产品I中，保证环形衬套5与产品I同轴，环形衬套5外径为d51的轴与圆环形零件2直径为D21的孔配合，环形衬套5 一侧与圆环形零件2外径为d21的轴一侧对齐，作用是定位。
4、将如图4所示的圆盘形底座4插入圆环形零件3中心圆孔，保证圆盘形底座4与产品I同轴，圆盘形底座4外径为d41的轴与圆环形零件3直径为 D31的孔配合，圆盘形底座4外径为d42的轴与圆环形零件2直径为D21的孔配合，圆盘形底座4外径为d42的轴的一侧与环形衬套5的一侧贴合，使胶液不渗出，同时保证圆盘形底座4上的十字胶孔与圆环形零件2和圆环形零件 3之间的间隙X2连通。
5、将进胶漏斗6外径为d63的轴一侧从中空圆柱形底座1直径为D11的圆形通孔插入，保证进胶漏斗6与产品I同轴，进胶漏斗6外径为d62的轴与中空圆柱形底座1直径为D11的圆形通孔配合，进胶漏斗6外径为d62的轴一侧与环形衬套5的另一侧贴合，使胶液不渗出，进胶漏斗6外径为d63的轴插入圆盘形底座4直径为D41的孔中，保证进胶漏斗6直径为D61、D62、D63 的通孔与圆盘形底座4直径为D41的孔、十字胶孔联通，如图9所示。
6、人工配置胶液，所述的环氧灌封胶包含A，B，C，D四个组分，A组分为基体环氧树脂加少量增韧剂，B组分为酸酐类固化剂，C组分为叔胺类促进剂，D组分为丁腈橡胶增韧剂；按90～110：90～110：0.01～0.1：100～ 120的重量比分别称取环氧灌封胶A，B，C，D四个组分，并转移至30mL胶筒内；将胶筒装卡在离心机上，利用高速离心方式充分混合环氧灌封胶A，B，C，D四个组分，并排除胶液内气泡；将胶筒转移至真空点胶设备中，胶筒下端与真空点胶阀相连，胶筒上端与气路相连，设置胶筒内气压为0.1MPa；将内径为0.25mm针头与真空点胶阀相连。
7、真空灌胶，所用装置Ⅲ为真空点胶设备，关闭真空腔室，开启真空泵，在30min内将真空腔室真空度抽至1～10Pa，保压直至灌胶完成；保压20min 时，开启加热程序，分别对胶筒、点胶阀和中空圆柱形零件产品I加热，10min 内加热温度为60±5℃；保压30min时，开启点胶模块，同时对5件中空圆柱形产品I进行点胶；点胶设置15轮，每轮每个中空圆柱形产品I点10滴，点胶时间间隔为15s/滴，每滴重量4±0.5mg；点胶程序完成后，继续保压30min；保压结束后，关闭加热装置，泄真空，打开真空腔室。
点胶程序每轮的点胶时间为大约12.5min，点胶过程的总时间约3h 10 min；针对每个中空圆柱形产品I，每轮点胶时间2.5min，时间间隔为大约10min，充足的时间间隔保证中空圆柱形产品I内部全部气体的置换排出，胶液灌满中空圆柱形零件产品I的待灌胶区域。
8、加热固化灌封胶液，将灌封的中空圆柱形产品I转移至加热箱，设置加热温度80℃，固化2.5h，升温至100℃固化6h。
9、清洗点胶装置，卸掉点胶针头，吹气5min，将胶筒以及点胶阀内大部分残余胶液直接吹进废胶筒内；卸掉胶筒上端气路，在胶筒内灌入丙酮，重新连接气路；吹气10min，利用丙酮冲洗胶筒及点胶阀；暂停吹气5min；再次卸掉胶筒上端气路，在胶筒内灌入丙酮，重新连接气路；吹气10min，再次利用丙酮冲洗胶筒及点胶阀，清洗完毕。
需要说明的是本发明方法可以采用现有的点胶设备，也可以采用201911313260.3给出的一种真空点胶装置，如图10所示。
中空圆柱形零件产品I的待灌胶区域包括：中空圆柱形底座1与圆环形零件2之间的区域X1，圆环形零件2与圆环形零件3之间的区域X2，圆环形零件2的线孔，中空圆柱形底座1的线孔与线槽。中空圆柱形底座1的圆形通孔D11、圆环形零件2的圆形通孔D21、圆环形零件3的圆形通孔D31需要保护，不灌胶。
所用的环氧灌封胶液IV的灌封顺序为：灌胶工装II进胶漏斗6→圆盘形底座4→中空圆柱形产品I中圆环形零件2与圆环形零件3之间的区域X2→圆环形零件2的线孔→中空圆柱形底座1与圆环形零件2之间的区域X1→中空圆柱形底座1的线孔与线槽。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶工装，所述复杂中空圆柱形零件产品包括中空圆柱形底座以及安装在所述中空圆柱形底座内腔中的至少一个中间圆环形零件和端部圆环形零件；其特征在于：所述真空灌胶工装包括圆盘形底座、环形衬套、进胶漏斗；
所述圆盘形底座中心设置与中空圆柱形零件产品中心通孔位置及直径相匹配的台阶轴，其中与端部圆环形零件中心通孔匹配的轴的上端面径向设置开胶孔，所述台阶轴中心设置圆孔，该圆孔与所述开胶孔相通；
所述的环形衬套与中间圆环形零件的数量一致且一一对应，每个环形衬套的外径与对应的中间圆环形零件中心通孔的内径一致；
所述的进胶漏斗为带中心孔的台阶轴，从所述中空圆柱形底座插入直至圆盘形底座上带开胶孔的轴的圆孔内且与所述开胶孔相通，
上述进胶漏斗台阶轴插入中空圆柱形底座部分与环形衬套、圆盘形底座中心设置的台阶轴配合形成的外型面与复杂中空圆柱形零件产品中心通孔型面一致。
2.根据权利要求1所述的真空灌胶工装，其特征在于：圆盘形底座、环形衬套和进胶漏斗采用聚四氟乙烯材料。
3.根据权利要求1所述的真空灌胶工装，其特征在于：所述中空圆柱形底座上端面设置不贯通的线槽以及位于同一半径的圆周上均布贯通的线孔，所述一个线孔与一个线槽连通；所述中间圆环形零件上沿轴上设置与所述线孔同轴且贯通的线孔。
4.根据权利要求3所述的真空灌胶工装，其特征在于：所述中空圆柱形底座的材料为铝，所述的中间圆环形零件的材料为软磁合金，所述的端部圆环形零件的材料为铁氧体。
5.一种利用权利要求1所述真空灌胶工装实现的复杂中空圆柱形零件产品的真空灌胶方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将中间圆环形零件、端部圆环形零件依次同轴安装在中空圆柱形底座内腔中并保证中间圆环形零件与中空圆柱形底座上的线孔同轴，通过安装时的台阶定位使得相邻的中间圆环形零件与中空圆柱形底座之间、中间圆环形零件之间、以及中间圆环形零件与端部圆环形零件之间形成待灌胶的环形区域；
(2)将环形衬套安装在对应中间圆环形零件中心通孔内；
(3)将圆盘形底座插入端部圆环形零件中心通孔并保证同轴；
(4)将进胶漏斗从中空圆柱形底座的中心通孔插入并保证同轴；
(5)配置胶液进行真空灌胶；
(6)加热固化灌封胶液。
6.根据权利要求5所述的真空灌胶方法，其特征在于：所述的胶液包括如下重量比的组份：
基体环氧树脂 90～110
酸酐类固化剂 90～110
叔胺类促进剂 0.01～0.1
丁腈橡胶增韧剂 100～120。
7.根据权利要求5所述的真空灌胶方法，其特征在于：所述真空灌胶工艺如下：
将步骤(4)处理后的产品安装在真空点胶设备中，关闭真空腔室，在30min内将真空腔室真空度抽至1～10Pa，保压直至灌胶完成；
保压15-20min时，分别对胶筒、点胶阀和步骤(4)处理后的产品中空圆柱形零件产品加热，10min内加热温度为60±5℃；保压25-30min时，对步骤(4)处理后的产品进行点胶；点胶设置8-15轮，每轮每个待灌胶中空圆柱形产品点8-10滴，点胶时间间隔为10～20s/滴，每滴重量4±0.5mg；点胶完成后，继续保压25-30min；保压结束后，停止加热，泄真空，打开真空腔室。
8.根据权利要求7所述的真空灌胶方法，其特征在于：针对每个待灌胶中空圆柱形产品，点胶过程中每轮的时间间隔为8-10min。
9.根据权利要求5所述的真空灌胶方法，其特征在于：所述的加热固化灌封胶液工艺参数为加热温度70-80℃，固化2-2.5h，升温至90-100℃固化5.5-6h。
10.根据权利要求5所述的真空灌胶方法，其特征在于：步骤(5)中真空灌胶操作时间不超过6h。
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