CN114103157A - 喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法 - Google Patents

喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及航天用固定喷管收敛段绝热层与喷管壳体成型技术领域，公开了一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，包括如下步骤：材料准备、配置胶粘剂、涂刷胶粘剂、安装成型工装、填料、加热固化、清理胶料。本发明喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，不仅可以减少组件装配工序，缩短装配周期，还可以降低粘接面的机加精度要求，并且可以提供较好的组件粘接质量。

Description

喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法
技术领域
本发明涉及航天用固定喷管收敛段绝热层与喷管壳体成型技术领域，具体涉及一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法。
背景技术
固体火箭发动机固定喷管由喉衬体、收敛段绝热层、喷管壳体、扩散段绝热层、堵盖等零部件组成。其中收敛段绝热层与喷管壳体采用配加工的方式来确定收敛段绝热层的装配型面尺寸，即收敛段绝热层的机加工作需要在喷管壳体完成机加后才能进行。然后对喷管壳体装配面进行喷砂毛化、涂刷多层胶粘剂，并在专用工装施压和一定温度条件下，完成组件粘接装配。
而组件装配面粘接质量达标是喷管正常工作的重要内容。由于收敛段绝热层处在燃烧室内部，承受着推进剂药柱由化学能转为动能过程中形成的高温、高速燃气流冲刷和烧蚀的严酷环境，因此，收敛段绝热层与喷管壳体装配面需要良好间隙配合，以获得较好的气密性，避免高温燃气流窜出至喷管壳体，使其工作失效。
一般情况下，组件装配完成后，还需要对粘接面进行超声检测和气密试验，验证粘接质量是否达标。这不仅影响着喷管的生产周期，同时对组件装配面的机加精度、粘接工装设计、环境温度的控制提出了较高的要求，加大了喷管质量控制的难度。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，不仅可以减少组件装配工序，缩短装配周期，还可以降低粘接面的机加精度要求，并且可以提供较好的组件粘接质量。
为实现上述目的，本发明所设计的一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，包括如下步骤：
A)材料准备：领取喷管壳体和碳纤维预浸料；
B)配置胶粘剂：配置双组分730胶粘剂，所述730胶粘剂由730-1胶粘剂和730-2胶粘剂混合而成，其中，730-1胶粘剂和730-2胶粘剂的质量混合比例为(4～3)：1，混合过程沿壁加入，顺时针搅拌20～30分钟，静置至混合液中无气泡；
C)涂刷胶粘剂：对所述喷管壳体进行喷砂毛化，然后使用毛刷在喷砂后的所述喷管壳体的粘接面上涂刷已配制好的730胶粘剂若干遍，且每次均在上一次胶液晾干后进行；
D)安装成型工装：在所述喷管壳体上套置安装成型工装，所述成型工装与所述喷管壳体的粘接面之间形成密闭的型腔，所述型腔上端开口，下端密闭；
E)填料：将所述成型工装在100℃±5℃预热18～22min，然后将碳纤维预浸料3～5次迅速且均匀填充至所述型腔内，且每次加料后用压力机将所述型腔内的层料压实，直至所述型腔填满；
F)加热固化：再以0.3～0.5℃/min的升温速度，使所述成型工装温度达到135～145℃，在6～7MPa压力下保温110～120min，使内部熔融树脂与碳纤维充分接触，然后以0.1～0.3℃/min的升温速度，使所述成型工装温度达到155～165℃，在8～9MPa压力下保温140～150min，保温结束后，停止加热，所述成型工装自然冷却至60℃以下后，使所述成型工装脱离所述喷管壳体；
G)清理胶料：按设计尺寸机加去除所述喷管壳体和所述收敛段绝热层的余量，并在非金属表面涂刷环氧树脂，进行防潮处理。
优选的，所述步骤A)中，领取到的所述喷管壳体，除与所述收敛段绝热层配合的粘接面机加到位外，其余型面均可机加至精加工状态，且所述喷管壳体的粘接面的内型面留有2～3毫米的精加工余量，以提高该处的刚度和强度，保证模压过程中粘接面能承受足够的压强。
优选的，所述步骤B)中配置的双组分730胶粘剂需在6小时内使用。
优选的，所述步骤C)中涂刷730胶粘剂三遍，在第一遍涂刷的胶彻底晾干后再涂第二遍，并晾干，然后涂刷第三遍，并晾干，涂刷过程中对非粘接表面进行保护，晾干标准为不粘手为准，晾置时间大于20min。
优选的，所述步骤C)中涂刷730胶粘剂为单向(顺时或逆时针)涂刷，涂胶速度要慢，保证涂抹的均匀性。
优选的，所述成型工装内表面涂刷有脱模剂，且所述成型工装上设有顶出螺纹孔，通过脱模剂和顶出螺钉，防止树脂固化后工装难以取下。
优选的，所述步骤D)中，将所述成型工装套置安装在所述喷管壳体后，通过所述成型工装上的排气孔向所述型腔内充空气，检测所述型腔的气密性。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、可以减少组件装配工序，缩短装配周期；
2、可以降低粘接面的机加精度要求；
3、可以提供较好的组件粘接质量。
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。
实施例1
一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，包括如下步骤：
A)材料准备：领取喷管壳体和碳纤维预浸料，领取到的喷管壳体，除与收敛段绝热层配合的粘接面机加到位外，其余型面均可机加至精加工状态，且喷管壳体的粘接面的内型面留有2毫米的精加工余量；
B)配置胶粘剂：配置双组分730胶粘剂，730胶粘剂由730-1胶粘剂和730-2胶粘剂混合而成，其中，730-1胶粘剂和730-2胶粘剂的质量混合比例为3：1，混合过程沿壁加入，顺时针搅拌30分钟，静置至混合液中无气泡；
C)涂刷胶粘剂：对喷管壳体进行喷砂毛化，然后使用毛刷在喷砂后的喷管壳体的粘接面上单向涂刷已配制好的730胶粘剂四遍，且每次均在上一次胶液晾干后进行，其中，涂刷730胶粘剂为单向顺时针涂刷；
D)安装成型工装：在喷管壳体上套置安装成型工装，成型工装与喷管壳体的粘接面之间形成密闭的型腔，型腔上端开口，下端密闭；
E)填料：将成型工装在105℃预热22min，然后将碳纤维预浸料5次迅速且均匀填充至型腔内，且每次加料后用压力机将型腔内的层料压实，直至型腔填满；
F)加热固化：再以0.5℃/min的升温速度，使成型工装温度达到145℃，在7MPa压力下保温120min，然后以0.3℃/min的升温速度，使成型工装温度达到165℃，在9MPa压力下保温150min，保温结束后，停止加热，成型工装自然冷却至60℃以下后，使成型工装脱离喷管壳体；
G)清理胶料：按设计尺寸机加去除喷管壳体和收敛段绝热层的余量，并在非金属表面涂刷环氧树脂，进行防潮处理。
实施例2
一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，包括如下步骤：
A)材料准备：领取喷管壳体和碳纤维预浸料，领取到的喷管壳体，除与收敛段绝热层配合的粘接面机加到位外，其余型面均可机加至精加工状态，且喷管壳体的粘接面的内型面留有3毫米的精加工余量；
B)配置胶粘剂：配置双组分730胶粘剂，730胶粘剂由730-1胶粘剂和730-2胶粘剂混合而成，其中，730-1胶粘剂和730-2胶粘剂的质量混合比例为4：1，混合过程沿壁加入，顺时针搅拌20分钟，静置至混合液中无气泡；
C)涂刷胶粘剂：对喷管壳体进行喷砂毛化，然后使用毛刷在喷砂后的喷管壳体的粘接面上单向逆时针涂刷已配制好的730胶粘剂三遍，且每次均在上一次胶液晾干后进行，具体而言，在第一遍涂刷的胶彻底晾干后再涂第二遍，并晾干，然后涂刷第三遍，并晾干，涂刷过程中对非粘接表面进行保护，晾干标准为不粘手为准，晾置时间大于20min；
D)安装成型工装：在喷管壳体上套置安装成型工装，成型工装与喷管壳体的粘接面之间形成密闭的型腔，型腔上端开口，下端密闭，成型工装内表面涂刷有脱模剂，且成型工装上设有顶出螺纹孔；
E)填料：将成型工装在195℃预热18min，然后将碳纤维预浸料3次迅速且均匀填充至型腔内，且每次加料后用压力机将型腔内的层料压实，直至型腔填满；
F)加热固化：再以0.3℃/min的升温速度，使成型工装温度达到135℃，在6MPa压力下保温110min，然后以0.1℃/min的升温速度，使成型工装温度达到155℃，在8MPa压力下保温140min，保温结束后，停止加热，成型工装自然冷却至60℃以下后，使成型工装脱离喷管壳体；
G)清理胶料：按设计尺寸机加去除喷管壳体和收敛段绝热层的余量，并在非金属表面涂刷环氧树脂，进行防潮处理。
实施例3
一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，包括如下步骤：
A)材料准备：领取喷管壳体和碳纤维预浸料；
B)配置胶粘剂：配置双组分730胶粘剂，730胶粘剂由730-1胶粘剂和730-2胶粘剂混合而成，其中，730-1胶粘剂和730-2胶粘剂的质量混合比例为3.5：1，混合过程沿壁加入，顺时针搅拌25分钟，静置至混合液中无气泡，双组分730胶粘剂需在6小时内使用；
C)涂刷胶粘剂：对喷管壳体进行喷砂毛化，然后使用毛刷在喷砂后的喷管壳体的粘接面上单向逆时针涂刷已配制好的730胶粘剂两遍，且每次均在上一次胶液晾干后进行；
D)安装成型工装：在喷管壳体上套置安装成型工装，成型工装与喷管壳体的粘接面之间形成密闭的型腔，型腔上端开口，下端密闭，将成型工装套置安装在喷管壳体后，通过成型工装上的排气孔向型腔内充空气，检测型腔的气密性；
E)填料：将成型工装在100℃预热20min，然后将碳纤维预浸料4次迅速且均匀填充至型腔内，且每次加料后用压力机将型腔内的层料压实，直至型腔填满；
F)加热固化：再以0.4℃/min的升温速度，使成型工装温度达到140℃，在6.5MPa压力下保温115min，然后以0.2℃/min的升温速度，使成型工装温度达到160℃，在8.5MPa压力下保温145min，保温结束后，停止加热，成型工装自然冷却至60℃以下后，使成型工装脱离喷管壳体；
G)清理胶料：按设计尺寸机加去除喷管壳体和收敛段绝热层的余量，并在非金属表面涂刷环氧树脂，进行防潮处理。
实施例4
一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，包括如下步骤：
A)材料准备：领取喷管壳体和碳纤维预浸料，领取到的喷管壳体，除与收敛段绝热层配合的粘接面机加到位外，其余型面均可机加至精加工状态，且喷管壳体的粘接面的内型面留有3毫米的精加工余量；
B)配置胶粘剂：配置双组分730胶粘剂，730胶粘剂由730-1胶粘剂和730-2胶粘剂混合而成，其中，730-1胶粘剂和730-2胶粘剂的质量混合比例为4：1，混合过程沿壁加入，顺时针搅拌20分钟，静置至混合液中无气泡，双组分730胶粘剂需在6小时内使用；
C)涂刷胶粘剂：对喷管壳体进行喷砂毛化，然后使用毛刷在喷砂后的喷管壳体的粘接面上单向顺时针涂刷已配制好的730胶粘剂三遍，且每次均在上一次胶液晾干后进行，其中，涂刷730胶粘剂为单向涂刷，在第一遍涂刷的胶彻底晾干后再涂第二遍，并晾干，然后涂刷第三遍，并晾干，涂刷过程中对非粘接表面进行保护，晾干标准为不粘手为准，晾置时间大于20min；
D)安装成型工装：在喷管壳体上套置安装成型工装，成型工装与喷管壳体的粘接面之间形成密闭的型腔，型腔上端开口，下端密闭，成型工装内表面涂刷有脱模剂，且成型工装上设有顶出螺纹孔，将成型工装套置安装在喷管壳体后，通过成型工装上的排气孔向型腔内充空气，检测型腔的气密性；
E)填料：将成型工装在100℃预热20min，然后将碳纤维预浸料5次迅速且均匀填充至型腔内，且每次加料后用压力机将型腔内的层料压实，直至型腔填满；
F)加热固化：再以0.5℃/min的升温速度，使成型工装温度达到135℃，在7MPa压力下保温120min，然后以0.3℃/min的升温速度，使成型工装温度达到165℃，在9MPa压力下保温150min，保温结束后，停止加热，成型工装自然冷却至60℃以下后，使成型工装脱离喷管壳体；
G)清理胶料：按设计尺寸机加去除喷管壳体和收敛段绝热层的余量，并在非金属表面涂刷环氧树脂，进行防潮处理。
本发明喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，可以减少组件装配工序，缩短装配周期；可以降低粘接面的机加精度要求；还可以提供较好的组件粘接质量。

Claims (7)

1.一种喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)材料准备：领取喷管壳体和碳纤维预浸料；
B)配置胶粘剂：配置双组分730胶粘剂，所述730胶粘剂由730-1胶粘剂和730-2胶粘剂混合而成，其中，730-1胶粘剂和730-2胶粘剂的质量混合比例为(4～3)：1，混合过程沿壁加入，顺时针搅拌20～30分钟，静置至混合液中无气泡；
C)涂刷胶粘剂：对所述喷管壳体进行喷砂毛化，然后使用毛刷在喷砂后的所述喷管壳体的粘接面上涂刷已配制好的730胶粘剂若干遍，且每次均在上一次胶液晾干后进行；
D)安装成型工装：在所述喷管壳体上套置安装成型工装，所述成型工装与所述喷管壳体的粘接面之间形成密闭的型腔，所述型腔上端开口，下端密闭；
E)填料：将所述成型工装在100℃±5℃预热18～22min，然后将碳纤维预浸料3～5次迅速且均匀填充至所述型腔内，且每次加料后用压力机将所述型腔内的层料压实，直至所述型腔填满；
F)加热固化：再以0.3～0.5℃/min的升温速度，使所述成型工装温度达到135～145℃，在6～7MPa压力下保温110～120min，然后以0.1～0.3℃/min的升温速度，使所述成型工装温度达到155～165℃，在8～9MPa压力下保温140～150min，保温结束后，停止加热，所述成型工装自然冷却至60℃以下后，使所述成型工装脱离所述喷管壳体；
G)清理胶料：按设计尺寸机加去除所述喷管壳体和所述收敛段绝热层的余量，并在非金属表面涂刷环氧树脂，进行防潮处理。
2.如权利要求1所述喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：所述步骤A)中，领取到的所述喷管壳体，除与所述收敛段绝热层配合的粘接面机加到位外，其余型面均可机加至精加工状态，且所述喷管壳体的粘接面的内型面留有2～3毫米的精加工余量。
3.如权利要求1所述喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：所述步骤B)中配置的双组分730胶粘剂需在6小时内使用。
4.如权利要求1所述喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：所述步骤C)中涂刷730胶粘剂三遍，在第一遍涂刷的胶彻底晾干后再涂第二遍，并晾干，然后涂刷第三遍，并晾干，涂刷过程中对非粘接表面进行保护，晾干标准为不粘手为准，晾置时间大于20min。
5.如权利要求1所述喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：所述步骤C)中涂刷730胶粘剂为单向涂刷。
6.如权利要求1所述喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：所述成型工装内表面涂刷有脱模剂，且所述成型工装上设有顶出螺纹孔。
7.如权利要求1所述喷管壳体与收敛段绝热层一体化成型方法，其特征在于：所述步骤D)中，将所述成型工装套置安装在所述喷管壳体后，通过所述成型工装上的排气孔向所述型腔内充空气，检测所述型腔的气密性。
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CN116160721B (zh) * 2023-02-03 2024-05-14 武汉理工大学 一种火箭喷管制备系统

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