CN115870196A - 燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体火箭发动机壳体成型技术领域，公开了一种燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，包括如下步骤：壳体装夹、表面处理、表面处理剂涂覆、防热涂料配制、防热涂料刮涂、修整。本发明燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，既能降低安全风险，还可以提高材料利用率和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机壳体成型技术领域，具体涉及一种燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法。
背景技术
随着固体火箭飞行速度的提高，发动机壳体承受的气动加热问题变得越来越严重。国内外现有高超声速防空导弹飞行速度马赫数已达到或超过8，导弹以高超声速(Ma>5)在大气层中飞行时，遭到的气动加热环境极其严重，在这种情况下，如果导弹没有采取适当的外热防护措施，高温将直接作用于发动机壳体，致使导弹的使用安全性与可靠性得不到保证。
烧蚀防热是一次使用的防空导弹防热结构中最重要也是目前应用最广泛的一种防热形式，主要通过涂料喷涂的方式成型于发动机壳体外表面，目前常用的外防热涂料为硅橡胶类防热涂料。但该种成型方法具有以下缺点：
1)硅橡胶类防热涂料喷涂时需采用大量120#溶剂汽油作为分散溶剂，安全风险非常高；
2)采用喷涂成型的方法材料利用率低，通常在40％～60％，不利于成本控制；
3)喷涂工艺污染环境，环保设备成本高。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，既能降低安全风险，还可以提高材料利用率和生产效率。
为实现上述目的，本发明所设计的燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，包括如下步骤：
1)壳体装夹：将工装安装在发动机壳体两端，然后将发动机壳体装夹到刮涂设备的旋转机构上，通过旋转机构的卡盘调整发动机壳体的前后端同轴度；
2)表面处理：将发动机壳体的复合材料壳体部分的待刮涂表面采用砂纸打磨，然后使用丙酮或乙酸乙酯擦拭干净并晾干，发动机壳体的金属壳体部分的待刮涂表面吹砂；
3)表面处理剂涂覆：将配置好的表面处理剂喷涂在发动机壳体的待刮涂表面，按照表面处理剂使用要求晾置一定时间；
4)防热涂料配制：按照各组分的比例要求配制防热涂料；
5)防热涂料刮涂：调整刮涂设备的刮刀与发动机壳体之间的间隙，然后开启旋转机构，使发动机壳体旋转，发动机壳体旋转的同时将配制好的防热涂料涂抹在发动机壳体表面形成涂层，刮涂一遍后晾置一定时间使涂层中的溶剂挥发干净，然后再调整刮刀与发动机壳体之间的间隙，进行下一遍刮涂，重复该步骤直至涂层达到要求厚度，然后退出刮刀，旋转机构继续旋转，涂层室温自然固化形成防热层；
6)修整：防热层表面的凸起采用砂纸打磨平整，凹坑可用防热涂料刮涂修补，修补后自然固化再将其打磨平整。
优选地，所述步骤1)中，刮涂设备包括旋转机构和刮刀进给机构，所述旋转机构通过四爪卡盘夹持安装在发动机壳体两端的工装，所述刮刀进给机构可调节刮刀与发动机壳体之间的距离。
优选地，所述步骤1)中，所述发动机壳体前后端同轴度根据防热层厚度的公差调整，小于防热层厚度公差的最大值。
优选地，所述步骤2)中，复合材料壳体部分的待刮涂表面采用60～80目粗砂纸打磨，打磨时不能损伤纤维。
优选地，所述步骤3)中，采用WBC-01表面处理剂，表面处理剂用量要求为50±10g/m2，根据发动机壳体待刮涂表面的面积称取表面处理剂，按照表面处理剂：120#汽油＝1：2的质量比配制，搅拌均匀，然后在发动机壳体待刮涂表面喷涂两遍，每遍间隔5～15min，然后室温晾置1.5～3h。
优选地，所述步骤4)中，防热涂料为硅橡胶类防热涂料，防热涂料的配制按照涂料：120#汽油＝100：(10-30)的质量比配制，并搅拌均匀。
优选地，所述步骤5)中，所述刮刀与发动机壳体之间的间隙为0.4～0.6mm，刮涂一遍后晾置30～60min进行下一遍刮涂，晾置时退出刮刀并保持发动机壳体旋转，下一遍刮涂时调整刮刀与上一遍的涂层间隙为0.4～0.6mm。
优选地，所述步骤6)中，防热层表面凸起打磨采用200目以上细砂纸打磨，凹坑修补时先用60～80目粗砂纸打磨，然后按照步骤4)配制的防热涂料进行刮涂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、喷涂工艺中防热涂料与120#溶剂汽油的质量比为100：(100-150)，本刮涂工艺中防热涂料与120#溶剂汽油的质量比为100：(10-30)，刮涂工艺大幅度减少了120#溶剂汽油的用量，降低了安全风险；
2、喷涂工艺材料利用率在40％～60％，本刮涂工艺材料利用率可达到80％以上，大大降低了材料成本，经济性高；
3、喷涂工艺会产生大量的含涂料的可燃废气，因此喷涂设备需采用大风量的送风、排风装置及废气处理装置，设备成本高，本刮涂工艺仅有少量120#汽油挥发产生的废气，可大幅度降低设备成本。
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
某型号复合材料壳体直径500mm，长度2.8m，外防热层厚度4±0.2mm，外防热层刮涂成型方法，包括如下步骤：
1)壳体装夹：将工装安装在发动机壳体两端，然后将发动机壳体装夹到刮涂设备的旋转机构上，通过旋转机构的卡盘调整发动机壳体的前后端同轴度，其中，刮涂设备包括旋转机构和刮刀进给机构，旋转机构通过四爪卡盘夹持安装在发动机壳体两端的工装，刮刀进给机构可调节刮刀与发动机壳体之间的距离，发动机壳体前后端同轴度根据防热层厚度的公差调整，小于防热层厚度公差的最大值，本实施例中小于0.4mm；
2)表面处理：将发动机壳体的复合材料壳体部分的待刮涂表面采用60目粗砂纸打磨，打磨时不能损伤纤维，然后使用丙酮或乙酸乙酯擦拭干净并晾干，发动机壳体的金属壳体部分的待刮涂表面吹砂；
3)表面处理剂涂覆：将配置好的表面处理剂喷涂在发动机壳体的待刮涂表面，按照表面处理剂使用要求晾置一定时间，本实施例中，采用WBC-01表面处理剂，表面处理剂用量要求为50±10g/m2，根据发动机壳体待刮涂表面的面积称取表面处理剂，按照表面处理剂：120#汽油＝1：2的质量比配制，搅拌均匀，然后在发动机壳体待刮涂表面喷涂两遍，每遍间隔5min，然后室温晾置1.5h；
4)防热涂料配制：按照各组分的比例要求配制防热涂料，本实施例中，防热涂料为硅橡胶类防热涂料，防热涂料的配制按照涂料：120#汽油＝100：10的质量比配制，并搅拌均匀；
5)防热涂料刮涂：调整刮涂设备的刮刀与发动机壳体之间的间隙，然后开启旋转机构，使发动机壳体旋转，发动机壳体旋转的同时将配制好的防热涂料涂抹在发动机壳体表面形成涂层，刮涂一遍后晾置一定时间使涂层中的溶剂挥发干净，然后再调整刮刀与发动机壳体之间的间隙，进行下一遍刮涂，重复该步骤直至涂层达到要求厚度，然后退出刮刀，旋转机构继续旋转，涂层室温自然固化形成防热层，本实施例中，刮刀与发动机壳体之间的间隙为0.4mm，刮涂一遍后晾置30min进行下一遍刮涂，晾置时退出刮刀并保持发动机壳体旋转，下一遍刮涂时调整刮刀与上一遍的涂层间隙为0.4mm；
6)修整：防热层表面的凸起采用200目细砂纸打磨平整，凹坑可用防热涂料刮涂修补，具体地，先用60目粗砂纸打磨，然后按照步骤4)配制的防热涂料进行刮涂，修补后自然固化再将其打磨平整。
实施例2
某型号复合材料壳体直径500mm，长度2.8m，外防热层厚度4±0.2mm，外防热层刮涂成型方法，包括如下步骤：
1)壳体装夹：将工装安装在发动机壳体两端，然后将发动机壳体装夹到刮涂设备的旋转机构上，通过旋转机构的卡盘调整发动机壳体的前后端同轴度，其中，刮涂设备包括旋转机构和刮刀进给机构，旋转机构通过四爪卡盘夹持安装在发动机壳体两端的工装，刮刀进给机构可调节刮刀与发动机壳体之间的距离，发动机壳体前后端同轴度根据防热层厚度的公差调整，小于防热层厚度公差的最大值，本实施例中小于0.3mm；
2)表面处理：将发动机壳体的复合材料壳体部分的待刮涂表面采用80目粗砂纸打磨，打磨时不能损伤纤维，然后使用丙酮或乙酸乙酯擦拭干净并晾干，发动机壳体的金属壳体部分的待刮涂表面吹砂；
3)表面处理剂涂覆：将配置好的表面处理剂喷涂在发动机壳体的待刮涂表面，按照表面处理剂使用要求晾置一定时间，本实施例中，采用WBC-01表面处理剂，表面处理剂用量要求为50±10g/m2，根据发动机壳体待刮涂表面的面积称取表面处理剂，按照表面处理剂：120#汽油＝1：2的质量比配制，搅拌均匀，然后在发动机壳体待刮涂表面喷涂两遍，每遍间隔15min，然后室温晾置3h；
4)防热涂料配制：按照各组分的比例要求配制防热涂料，本实施例中，防热涂料为硅橡胶类防热涂料，防热涂料的配制按照涂料：120#汽油＝100：30的质量比配制，并搅拌均匀；
5)防热涂料刮涂：调整刮涂设备的刮刀与发动机壳体之间的间隙，然后开启旋转机构，使发动机壳体旋转，发动机壳体旋转的同时将配制好的防热涂料涂抹在发动机壳体表面形成涂层，刮涂一遍后晾置一定时间使涂层中的溶剂挥发干净，然后再调整刮刀与发动机壳体之间的间隙，进行下一遍刮涂，重复该步骤直至涂层达到要求厚度，然后退出刮刀，旋转机构继续旋转，涂层室温自然固化形成防热层，本实施例中，刮刀与发动机壳体之间的间隙为0.6mm，刮涂一遍后晾置60min进行下一遍刮涂，晾置时退出刮刀并保持发动机壳体旋转，下一遍刮涂时调整刮刀与上一遍的涂层间隙为0.6mm；
6)修整：防热层表面的凸起采用360目以上细砂纸打磨平整，凹坑可用防热涂料刮涂修补，具体地，先用80目粗砂纸打磨，然后按照步骤4)配制的防热涂料进行刮涂，修补后自然固化再将其打磨平整。
实施例3
某型号复合材料壳体直径500mm，长度2.8m，外防热层厚度4±0.2mm，外防热层刮涂成型方法，包括如下步骤：
1)壳体装夹：将工装安装在发动机壳体两端，然后将发动机壳体装夹到刮涂设备的旋转机构上，通过旋转机构的卡盘调整发动机壳体的前后端同轴度，其中，刮涂设备包括旋转机构和刮刀进给机构，旋转机构通过四爪卡盘夹持安装在发动机壳体两端的工装，刮刀进给机构可调节刮刀与发动机壳体之间的距离，发动机壳体前后端同轴度根据防热层厚度的公差调整，小于防热层厚度公差的最大值，本实施例中小于0.3mm；
2)表面处理：将发动机壳体的复合材料壳体部分的待刮涂表面采用70目粗砂纸打磨，打磨时不能损伤纤维，然后使用丙酮或乙酸乙酯擦拭干净并晾干，发动机壳体的金属壳体部分的待刮涂表面吹砂；
3)表面处理剂涂覆：将配置好的表面处理剂喷涂在发动机壳体的待刮涂表面，按照表面处理剂使用要求晾置一定时间，本实施例中，采用WBC-01表面处理剂，表面处理剂用量要求为50±10g/m2，根据发动机壳体待刮涂表面的面积称取表面处理剂，按照表面处理剂：120#汽油＝1：2的质量比配制，搅拌均匀，然后在发动机壳体待刮涂表面喷涂两遍，每遍间隔10min，然后室温晾置2h；
4)防热涂料配制：按照各组分的比例要求配制防热涂料，本实施例中，防热涂料为硅橡胶类防热涂料，防热涂料的配制按照涂料：120#汽油＝100：20的质量比配制，并搅拌均匀；
5)防热涂料刮涂：调整刮涂设备的刮刀与发动机壳体之间的间隙，然后开启旋转机构，使发动机壳体旋转，发动机壳体旋转的同时将配制好的防热涂料涂抹在发动机壳体表面形成涂层，刮涂一遍后晾置一定时间使涂层中的溶剂挥发干净，然后再调整刮刀与发动机壳体之间的间隙，进行下一遍刮涂，重复该步骤直至涂层达到要求厚度，然后退出刮刀，旋转机构继续旋转，涂层室温自然固化形成防热层，本实施例中，刮刀与发动机壳体之间的间隙为0.5mm，刮涂一遍后晾置45min进行下一遍刮涂，晾置时退出刮刀并保持发动机壳体旋转，下一遍刮涂时调整刮刀与上一遍的涂层间隙为0.5mm；
6)修整：防热层表面的凸起采用300目以上细砂纸打磨平整，凹坑可用防热涂料刮涂修补，具体地，先用70目粗砂纸打磨，然后按照步骤4)配制的防热涂料进行刮涂，修补后自然固化再将其打磨平整。
本发明燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法中，防热涂料与120#溶剂汽油的质量比为100：(10-30)，刮涂工艺大幅度减少了120#溶剂汽油的用量，降低了安全风险；本刮涂工艺材料利用率可达到80％以上，大大降低了材料成本，经济性高；仅有少量120#汽油挥发产生的废气，可大幅度降低设备成本。
Claims (8)
1.一种燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)壳体装夹：将工装安装在发动机壳体两端，然后将发动机壳体装夹到刮涂设备的旋转机构上，通过旋转机构的卡盘调整发动机壳体的前后端同轴度；
2)表面处理：将发动机壳体的复合材料壳体部分的待刮涂表面采用砂纸打磨，然后使用丙酮或乙酸乙酯擦拭干净并晾干，发动机壳体的金属壳体部分的待刮涂表面吹砂；
3)表面处理剂涂覆：将配置好的表面处理剂喷涂在发动机壳体的待刮涂表面，按照表面处理剂使用要求晾置一定时间；
4)防热涂料配制：按照各组分的比例要求配制防热涂料；
5)防热涂料刮涂：调整刮涂设备的刮刀与发动机壳体之间的间隙，然后开启旋转机构，使发动机壳体旋转，发动机壳体旋转的同时将配制好的防热涂料涂抹在发动机壳体表面形成涂层，刮涂一遍后晾置一定时间使涂层中的溶剂挥发干净，然后再调整刮刀与发动机壳体之间的间隙，进行下一遍刮涂，重复该步骤直至涂层达到要求厚度，然后退出刮刀，旋转机构继续旋转，涂层室温自然固化形成防热层；
6)修整：防热层表面的凸起采用砂纸打磨平整，凹坑可用防热涂料刮涂修补，修补后自然固化再将其打磨平整。
2.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，刮涂设备包括旋转机构和刮刀进给机构，所述旋转机构通过四爪卡盘夹持安装在发动机壳体两端的工装，所述刮刀进给机构可调节刮刀与发动机壳体之间的距离。
3.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述发动机壳体前后端同轴度根据防热层厚度的公差调整，小于防热层厚度公差的最大值。
4.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，复合材料壳体部分的待刮涂表面采用60～80目粗砂纸打磨，打磨时不能损伤纤维。
5.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，采用WBC-01表面处理剂，表面处理剂用量要求为50±10g/m2，根据发动机壳体待刮涂表面的面积称取表面处理剂，按照表面处理剂：120#汽油＝1：2的质量比配制，搅拌均匀，然后在发动机壳体待刮涂表面喷涂两遍，每遍间隔5～15min，然后室温晾置1.5～3h。
6.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤4)中，防热涂料为硅橡胶类防热涂料，防热涂料的配制按照涂料：120#汽油＝100：(10-30)的质量比配制，并搅拌均匀。
7.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤5)中，所述刮刀与发动机壳体之间的间隙为0.4～0.6mm，刮涂一遍后晾置30～60min进行下一遍刮涂，晾置时退出刮刀并保持发动机壳体旋转，下一遍刮涂时调整刮刀与上一遍的涂层间隙为0.4～0.6mm。
8.如权利要求1所述燃烧室壳体外防热层刮涂成型方法，其特征在于：所述步骤6)中，防热层表面凸起打磨采用200目以上细砂纸打磨，凹坑修补时先用60～80目粗砂纸打磨，然后按照步骤4)配制的防热涂料进行刮涂。
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