CN113305214A - 一种堵盖零件削弱槽加工模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种堵盖零件削弱槽加工模具，包括上模板、下模板、垫板、定位销、限位柱、导柱、凸模，所述垫板安装于下模板上部前端，所述定位销安装于垫板中部，所述垫板上靠近边缘处设置若干限位孔，所述限位柱的下端嵌设于限位孔中；所述导柱位于上模板与下模板之间且垂直固定于下模板后端，所述上模板上设置导套与导柱滑动连接，上模板的顶部还设置芯轴用于连接冲压机；所述凸模安装于上模板的下端，凸模的下端设置竖向截面呈V形凸起的环形压头，凸模上还设置与定位销同轴的通口。加工削弱槽的堵盖应用于发动机点火系统，发动机点火时产生气流，气流压力使堵盖的底部沿削弱槽整体脱落分离，为飞行气流让出通道。

Description

一种堵盖零件削弱槽加工模具
技术领域
本发明属于航天及相关行业发动机喷管堵盖类零件产品削弱槽的加工领域，具体涉及一种堵盖零件削弱槽加工模具。
背景技术
航天产品堵盖类零件属于火箭发动机点火系统结构件，堵盖安装于火箭发动机收敛段或扩散段内型面。其主要功能有两方面：一是在火箭存储和日常勤务时用于密封发动机，防止空气和水蒸气对推进剂药柱的侵蚀。二是在发动机点火时建立正确的点火压强，使推进剂药柱正常燃烧，帮助发动机实现可靠点火。
现发动机堵盖的加工材料多为以下三种：金属、橡胶或热塑性塑料，金属材料堵盖爆破压强可设计性和一致性较好，所以一般设计均采用金属材料。我厂生产的堵盖零件规格较多，形状呈碗状上大下小。通常采用金属板材通过模具旋压而成，材料多为1060铝合金板材，厚度为1.5～2.5mm，具有批量大、周期短、尺寸精度要求高的特点。
由于设计将堵盖零件削弱槽尺寸定为关重尺寸，它是确保火箭发射时发动机是否可以顺利点火的关键，压强参数及尺寸精度要求高：抽检零件的打开压强值设计要求为1.9-2.3MPa，削弱槽厚度值精度要求为±0.05mm。
现有堵盖上在底部加工径向的条形削弱槽，点火时在强压下堵盖底部沿削弱槽开裂，由于削弱槽呈开放式米字形，点火后裂开的底片与堵盖本体连接在一起，底片使裂口没有完全打开，飞行气流受到阻塞，飞行过程中裂口处的底片经过烧蚀逐渐去除，裂口才完全打开，这样的堵盖裂口打开需要一定的时间，打开过程中影响飞行气流。由于底片材料呈花瓣状向外弯曲，各瓣变形不可完全一致，可导致气流沿噴流口周向各处通过不均匀，气流各位置点产生推力不一致，使火箭飞行方向向推力小的方向发生偏移，需要反复进行后期修正操作，严重时可导致飞行失败。
另外，堵盖零件上削弱槽的传统成形方法为数控机加而成，由于堵盖零件由较薄的1060 铝合金板材旋压而成，材料较软容易变形，底面平面度不高，机加不易控制尺寸精度，厚度尺寸公差为±0.05mm。如果削弱槽厚度尺寸偏薄，没有产生足够的压强堵盖就会爆破撕裂，将造成发动机无法正常点火；如果削弱槽厚度尺寸偏厚，堵盖在标准压强下无法爆破撕裂打开，就会产生超高的压强使发动机爆破或损坏，这两种结果都是飞行失败损失严重。机加操作人员每次加工前均需要反复找正试车才能完成加工，耗时较多且加工尺寸不稳定，时常超差报废。加工效率较低也成为制约生产进度的一个瓶颈，而且长期得不到有效解决。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种堵盖零件削弱槽加工模具。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种堵盖零件削弱槽加工模具，包括上模板、下模板、垫板、定位销、限位柱、导柱、凸模，所述垫板安装于下模板上部前端，所述定位销安装于垫板中部，所述垫板上靠近边缘处设置若干限位孔，所述限位柱的下端嵌设于限位孔中；所述导柱位于上模板与下模板之间且垂直固定于下模板后端，所述上模板上设置导套与导柱滑动连接，上模板的顶部还设置芯轴用于连接冲压机；所述凸模安装于上模板的下端，凸模的下端设置竖向截面呈V形凸起的环形压头，凸模上还设置与定位销同轴的通口；
待加工堵盖的底面厚度大于周向壁面厚度，底部带有中心通孔用于安装点火装置；加工时，将堵盖放置于垫板上，使定位销的顶部与中心通孔间隙配合以实现定位；启动冲压机带动上模板下移，凸模上的环形压头在堵盖的内底部加工出竖向截面为V形的环形削弱槽；
加工削弱槽后的堵盖应用于发动机点火系统，安装于发动机收敛段或扩散段内型面，发动机点火时产生气流，气流压力使堵盖的底部沿削弱槽整体脱落分离，为飞行气流让出通道。
所述堵盖应用于发动机点火系统时，削弱槽的打开压强值为2.1MPa，所述堵盖的材质为 1060铝，其中包括抗拉强度分别为60-70MPa、71-80MPa、81-90MPa的三种铝，对应所需加工削弱槽的厚度分别是0.7mm、0.6mm、0.5mm，削弱槽的厚度尺寸满足δ±0.02mm的设计精度值，相较于现有技术的δ±0.05mm的设计精度更加精确。
优化的，所述环形压头的竖向截面呈45°的V形凸起，压头的顶尖处为半径为0.3mm的圆头或宽度为0.3mm的平头，纯铝板材料较软，不会产生裂纹，但过于锋利易磕碰损伤。
加工模具还包括限位柱，所述垫板上靠近边缘处设置若干限位孔，所述限位柱的下端嵌设于限位孔中，上端限用于限制上模板下压的行程，避免下模板过压导致削弱槽过薄，根据堵盖的材质选择不同高度的限位柱安装于限位孔上，从而精确控制下压量与削弱槽的尺寸。
本发明的有益效果为：
本发明提供的堵盖零件削弱槽加工模具，解决了目前因堵盖零件底面平面度不高，机加不易控制尺寸精度、加工效率低、生产周期长的问题，使成形效率提高了百倍左右，保证了零件加工质量的一致性，消除了超差报废现象，同时也降低了生产成本。本发明在充分分析堵盖类零件使用要求及设计原理的基础上，结合钣金车间加工能力及生产特点的情况下，对新的设计结构和加工方法所产生的破裂压强参数进行了反复的试验及论证，经过多组次大量参数比对，最终予以确定。
本发明提供的堵盖应用于发动机点火系统时，点火时产生气流时，堵盖的底部沿削弱槽整体脱落分离，为飞行气流让出通道，因而克服了现有米字型径向削弱槽在点火过程中材料呈花瓣状向外弯曲导致气流沿噴流口周向各处通过不均匀的问题。
另外，只要采用冲压成形就存在挤压变形，因为每一处刻痕处的材料在挤压的作用下，材料都需要向四周扩散引起变形，所以刻痕长度越短，变形量就越小。本发明设置环形削弱槽，其周长远小于传统的米字型径向削弱槽的总长，因此变形量更小，更容易控制产品质量，一致性和加工稳定性更好，利于粘接和飞行试验的稳定性。该方法具备原理简单，模具制造成本低，通用性及适用性强等优点。通过实践证明，这种发动机喷管堵盖削弱槽模具的设计及快速成形方法，是一种非常适用于火箭发动机堵盖类零件削弱槽快速成形的全新方法。
附图说明
图1为实施例中要加工的堵盖示意图；
图2为实施例中堵盖装配于模具的示意图；
图3为下模板俯视图；
图4为U形削弱槽示意图；
其中，1为上模板，2为下模板，3为垫板，4为定位销，5为限位柱，6为导柱，7为凸模，8为堵盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图2、3所示，本实施例提供一种堵盖零件削弱槽加工模具，包括上模板1、下模板2、垫板3、定位销4、限位柱5、导柱6、凸模7，所述垫板3安装于下模板2上部前端，所述定位销4安装于垫板3中部，所述垫板3上靠近边缘处设置三个周向排列的限位孔，三个限位柱5的下端嵌设于限位孔中；两个导柱6位于上模板1与下模板2之间且分别垂直安装于下模板2后端两侧，上模板1上设置导套与导柱6滑动连接，上模板1的顶部还设置芯轴用于连接冲压机；所述凸模7安装于上模板1的下端，凸模7的下端设置竖向截面呈V形凸起的环形压头，凸模7上还设置与定位销4同轴的通口；
如图1所示，待加工堵盖8的底面厚度大于周向壁面厚度，底部带有中心通孔用于安装点火装置；加工时，将堵盖8放置于垫板3上，使定位销4的顶部与中心通孔间隙配合以实现定位；启动冲压机带动上模板1下移，凸模7上的环形压头在堵盖8的内底部加工出竖向截面为V形的环形削弱槽；
加工削弱槽后的堵盖8应用于发动机点火系统，安装于发动机收敛段或扩散段内型面，发动机点火时产生气流，当气流压力为2.1MPa时达到削弱槽的打开压强值，堵盖8的底部沿削弱槽整体脱落分离，为飞行气流让出通道，本实施例中堵盖8的材质为1060铝，其中包括抗拉强度分别为60-70MPa、71-80MPa、81-90MPa的三种铝，对应所需加工削弱槽的厚度分别是0.7mm、0.6mm、0.5mm，削弱槽的厚度尺寸满足δ±0.02mm的设计精度值，相较于现有技术的δ±0.05mm的设计精度更加精确。
对照例
带环形削弱槽的堵盖应用于发动机点火系统时易于打开脱落，相较于现有带径向削弱槽的堵盖具有独特的优势，但并不是所有的环形削弱槽都能通过本发明的方法得到，如果通过冲压方法制作如图4所示的U形削弱槽，经实验，由于U形沟槽内的材料太多，会对堵盖外形带来太大的变形，且变形规律不易控制，使堵盖的粘接形面无法与发动机喷管壳体实现紧密粘接，因此只能采用数控机加而成，由于堵盖零件由较薄的1060铝合金板材旋压而成，则不可避免的会出现背景技术中提到的不易控制尺寸精度、加工效率低、生产周期长的问题。对比之下，实施例中采用模具冲压的方法得到带V形削弱槽的堵盖，相较于对照例，具有加工尺寸稳定、加工效率高、通用性及适用性强的优点。
综上所述，实施例得到的带V形的环形削弱槽的堵盖，相较于现有径向米字形冲压削弱槽的堵盖来说，冲压变形量更小，环形槽在点火时更易脱落从而便于气流稳定，相较于平底 U形的环形削弱槽来说，采用冲压成形更方便快捷。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种堵盖零件削弱槽加工模具，其特征在于，包括上模板、下模板、垫板、定位销、限位柱、导柱、凸模，所述垫板安装于下模板上部前端，所述定位销安装于垫板中部，所述垫板上靠近边缘处设置若干限位孔，所述限位柱的下端嵌设于限位孔中；所述导柱位于上模板与下模板之间且垂直固定于下模板后端，所述上模板上设置导套与导柱滑动连接，上模板的顶部还设置芯轴用于连接冲压机；所述凸模安装于上模板的下端，凸模的下端设置竖向截面呈V形凸起的环形压头，凸模上还设置与定位销同轴的通口；
待加工堵盖的底面厚度大于周向壁面厚度，底部带有中心通孔用于安装点火装置；加工时，将堵盖放置于垫板上，使定位销的顶部与中心通孔间隙配合以实现定位；启动冲压机带动上模板下移，凸模上的环形压头在堵盖的内底部加工出竖向截面为V形的环形削弱槽；
加工削弱槽后的堵盖应用于发动机点火系统，安装于发动机收敛段或扩散段内型面，发动机点火时产生气流，气流压力使堵盖的底部沿削弱槽整体脱落分离，为飞行气流让出通道。
2.根据权利要求1所述的堵盖零件削弱槽加工模具，其特征在于，所述环形压头的竖向截面呈45°的V形凸起，压头的顶尖处为半径为0.3mm的圆头或宽度为0.3mm的平头。
3.根据权利要求1所述的堵盖零件削弱槽加工模具，其特征在于，所述堵盖应用于发动机点火系统时，削弱槽的打开压强值为2.1MPa，所述堵盖的材质为1060铝，其中包括抗拉强度分别为60-70MPa、71-80MPa、81-90MPa的三种铝，对应所需加工削弱槽的厚度分别是0.7mm、0.6mm、0.5mm。
4.根据权利要求1所述的堵盖零件削弱槽加工模具，其特征在于，还包括限位柱，所述垫板上靠近边缘处设置若干限位孔，所述限位柱的下端嵌设于限位孔中，上端限用于限制上模板下压的行程。
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