CN114701187A - 一种绝热封头气囊成型装置 - Google Patents

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金秀秀
刘辉
黄泽勇
杜利亚
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Abstract

本发明公开一种绝热封头气囊成型装置，包括上模和下模，上、下模围成的空间内设有气囊；所述气囊与下模之间设有中模，所述中模与下模可拆卸连接；所述中模上设有可拆卸的金属接头；绝热层填充充满气囊与下模、中模及金属接头围成的空间。本发明采用气囊加压的方式进行封头整体成型。此外，气囊压力均匀，更适用于封头人工脱粘层根部在赤道线处的粘接成型。因气囊成型具有柔性，和模压成型相比，易于实现复杂结构件的整体成型、装、脱模简便快捷，成本低，可节省大量工时。本发明能够实现各种绝热封头的成型，特别适用于大型、超大型固体火箭发动机绝热封头的成型。

Description

一种绝热封头气囊成型装置
技术领域
本发明属于复合材料成型加工技术领域，具体是一种航天绝热材料和金属材料一体化成型装置。
背景技术
中国专利“一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头制作方法”，公开号CN112297461A公开日2021.02.02，公开了一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头制作方法，包括以下步骤：1)接头制作：使用碳纤维预浸料通过铺层固化工艺进行接头制作；2)准备原料：使用裁剪机裁切好待铺贴的橡胶料片，并进行倒角；3)铺贴：在下模中由下至上依次铺贴第一橡胶层、第二橡胶层以及第三橡胶层，在铺贴第一橡胶层过程中放入所述接头，在铺贴第二橡胶层与第三橡胶层过程之间放入编织层；4)合模：铺贴完成后，进行合模；5)固化：使用热压机对其进行加热固化，并控制加热参数；6)脱模：得到复合材料绝热封头，脱模后检查固化是否到位，若未到位，则测出对四周的厚度差、标记并记录。
此外，现有技术中，固体火箭发动机复合材料壳体绝热封头大多采用整体模压的方式，即采用完整的金属上、下模，利用模腔对接头和绝热坯料一次压制的工艺方法。随着航空航天技术的发展，固体火箭发动机复合材料壳体长径比增大，为了尽可能减小药柱收缩产生的应力影响，封头人工脱粘层根部分离线需移至赤道线处，对于传统轴向加压的整体模压技术而言，这一目标难以实现。此外，随着大尺寸纤维缠绕壳体的研制生产，整体模压方式对模压工装和设备的投入成本高昂。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种安装便捷、脱模简便、易于实现大尺寸，尤其是超大尺寸绝热封头整体成型的绝热封头气囊成型装置。
为达到上述目的，本发明设计的绝热封头气囊成型装置，其特征在于，包括上模和下模，上、下模围成的空间内设有气囊；所述气囊与下模之间设有中模，所述中模与下模可拆卸连接；所述中模上设有可拆卸的金属接头；绝热层填充充满气囊与下模、中模及金属接头围成的空间。
优选的，所述下模底部设有第一凹槽，所述中模底部设有与所述第一凹槽适配的且是突出于所述中模底面的第一凸台。
进一步优选的，所述第一凸台表面与所述第一凹槽底面之间设有间隙。
优选的，所述上模设有突出环；所述突出环的外侧壁与所述下模楔形配合。
进一步优选的，所述上模底面与所述下模顶面之间设有第一间隙。
更进一步优选的，所述第一间隙B1≤0.1mm。
进一步优选的，所述突出环的顶部与所述下模之间设有第二间隙。
更进一步优选的，所述第二间隙B2的取值范围为0.8mm≤B2≤1.2mm。
进一步优选的，所述突出环的内径＜下模内径＜所述突出环外径。
优选的，所述中模外壁为多段台阶面；所述金属接头可拆卸安装在安装面上，所述安装面为其中一个台阶面。
进一步优选的，所述安装面内侧设有凸台，所述金属接头上设有与所述凸台适配的轴向槽。
进一步优选的，所述金属接头外壁设有凸缘，所述凸缘与其中一所述台阶面适配。
进一步优选的，所述金属接头内壁设有径向槽。
更进一步优选的，装配后，所述径向槽高于与所述安装面相邻的台阶面。
优选的，所述下模外侧壁设有测温孔。
进一步优选的，所述下模外壁沿其轴向间隔设有多个测温孔。
本发明的有益效果是：本发明采用气囊加压的方式进行封头整体成型。此外，气囊压力均匀，更适用于封头人工脱粘层根部在赤道线处的粘接成型。因气囊成型具有柔性，和模压成型相比，易于实现复杂结构件的整体成型、装、脱模简便快捷，成本低，可节省大量工时。
本发明能够实现各种绝热封头的成型，特别适用于大型、超大型固体火箭发动机绝热封头的成型。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是图1中A处的放大示意图
具体实施方式
下面通过附图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和图2所示，本发明设计的绝热封头气囊成型装置，包括上模1和下模2，上模1和下模2围成的空间内设有气囊3；所述气囊3与下模2之间设有中模4，所述中模4与下模2可拆卸连接；所述中模3上设有可拆卸的金属接头5；绝热层6填充充满气囊3与下模2、中模4及金属接头5围成的空间。
在本发明的另一实施例中，所述下模2底部设有第一凹槽2.1，所述中模4底部设有与所述第一凹槽2.1适配的且是突出于所述中模4底面的第一凸台4.1。
在本发明的另一实施例中，所述第一凸台4.1表面与所述第一凹槽2.1底面之间设有间隙。
在本发明的另一实施例中，所述上模1设有突出环1.1；所述突出环1.1的外侧壁与所述下模2楔形配合。
在本发明的另一实施例中，所述上模1底面与所述下模2顶面之间设有第一间隙。优选的，所述第一间隙B1≤0.1mm。
在本发明的另一实施例中，所述突出环1.1的顶部与所述下模2之间设有第二间隙。优选的，所述第二间隙B2的取值范围为0.8mm≤B2≤1.2mm。
在本发明的另一实施例中，所述突出环1.1的内径＜下模2内径＜所述突出环1.1外径。在此实施例中，测量针对部位是楔形配合处的附近。
在本发明的另一实施例中，所述中模4外壁为多段台阶面；所述金属接头5可拆卸安装在安装面4.1上，所述安装面4.1为其中一个台阶面。在说明书附图中，采用的是四段台阶面。
在本发明的另一实施例中，所述安装面4.1内侧设有凸台4.2，所述金属接头5上设有与所述凸台4.2适配的轴向槽。
在本发明的另一实施例中，所述金属接头5外壁设有凸缘5.1，所述凸缘5.1与其中一所述台阶面适配。
在本发明的另一实施例中，所述金属接头5内壁设有径向槽5.2。优选的，装配后，所述径向槽5.2高于与所述安装面4.1相邻的台阶面。
在本发明的另一实施例中，所述下模2外侧壁设有测温孔7。优选的，所述下模2外壁沿其轴向间隔设有多个测温孔7，所述测温孔7轴线平行下模2的径向。
首先要求将金属接头5和中模4通过螺钉组合在一起并放置在下模2中通过螺钉组合形成下模组合体并在下模组合体中铺填绝热层6坯料；同时，气囊3和上模1通过气囊气嘴3.1上的M24螺纹和螺母紧固在一起形成上模组合体。再通过压制铅丝确定上、下模间隙，通过塞尺检测外模间隙。确认模具间隙合格后在下模组合体中铺填绝热层坯料，通过气嘴对模具内腔充气加压并放置在固化设备(固化炉TH-144-200BG)升高温度完成硫化从而完成绝热封头成型
具体的，通过塞尺检测合模外部间隙B1值，B1值≤0.1mm时拆除螺钉11，通过吊环螺钉8将上模吊起检测内部间隙B2值，B2值通过实测此时铅丝厚度δ体现，要求B2＝1±0.2mm。
充气加压分为四个阶段：
a、第一阶段为自由膨胀阶段，硅橡胶气囊填充工艺间隙；此时固化设备温度为室温，充气压力为0.5MPa，采用气泡(肥皂水)方式检测各接口密封性。
b、第二阶段为初始加压阶段，气囊挤压绝热材料到达设计尺寸；此时固化设备温度设定为200℃，通过气囊气嘴对下模型腔进行充气，充气压力为1.5MPa。
c、硫化阶段，绝热材料充分硫化，气囊保持一定压力使绝热材料紧贴绝热层；通过测温探头检测模具测温孔温度在150℃时将固化设备温度同时调整到150℃，并保持恒温2h，此时压力值会随着温度的升高而升高。
d、第四阶阶段为降温降压阶段，随温度下降，气囊快速收缩，压力迅速减小。恒温时间结束对固化设备进行断电处理，在保持压力的情况下让绝热封头随炉冷却。在温度≤65℃时通过气嘴进行泄压放气处理。
对泄压放气处理后对模具和绝热自然冷却。检测模具表面温度≤40℃时候拆除模具，同时将完成硫化的绝热封头吊出模具，完成产品成型。对成型后的绝热封头外形尺寸通过关节臂(FARO)或者激光干涉议行检测，同时对绝热封头进行DR扫描检测内部质量。
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)

1.一种绝热封头气囊成型装置，其特征在于：包括上模和下模，上、下模围成的空间内设有气囊；所述气囊与下模之间设有中模，所述中模与下模可拆卸连接；所述中模上设有可拆卸的金属接头；绝热层填充充满气囊与下模、中模及金属接头围成的空间。
2.根据权利要求1所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述下模底部设有第一凹槽，所述中模底部设有与所述第一凹槽适配的且是突出于所述中模底面的第一凸台；所述第一凸台表面与所述第一凹槽底面之间设有间隙。
3.根据权利要求1所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述上模设有突出环；所述突出环的外侧壁与所述下模楔形配合。
4.根据权利要求3所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述上模底面与所述下模顶面之间设有第一间隙；所述第一间隙B1≤0.1mm。
5.根据权利要求3所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述突出环的顶部与所述下模之间设有第二间隙；所述第二间隙B2的取值范围为0.8mm≤B2≤1.2mm。
6.根据权利要求3至5中任一所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述突出环的内径＜下模内径＜所述突出环外径。
7.根据权利要求1所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述中模外壁为多段台阶面；所述金属接头可拆卸安装在安装面上，所述安装面为其中一个台阶面。
8.根据权利要求7所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述安装面内侧设有凸台，所述金属接头上设有与所述凸台适配的轴向槽；所述金属接头外壁设有凸缘，所述凸缘与其中一所述台阶面适配。
9.根据权利要求7或8所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述金属接头内壁设有径向槽；装配后，所述径向槽高于与所述安装面相邻的台阶面。
10.根据权利要求1所述的绝热封头气囊成型装置，其特征在于：所述下模外壁沿其轴向间隔设有多个测温孔。
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