固体发动机喷管毛坯组件及其生产方法和使用的模具与流程

本发明涉及一种固体发动机喷管，尤其是固体发动机喷管毛坯组件及其生产方法和使用的模具。

背景技术

随着固体发动机推进剂性能的提高，对喷管绝热扩散段抗冲刷性能的要求也不断提高，现有的铝制喷管在高温的作用下容易被烧蚀，而影响使用性能。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有固体发动机铝制喷管存在的缺点，提供一种有良好的隔热性能和耐烧蚀性能的固体发动机喷管毛坯组件及其生产方法和使用的模具。

本发明所采用的技术方案为一种固体发动机喷管毛坯组件，其要点在于它由导流环毛坯、隔热体、喷管体毛坯组成，喷管体毛坯外形为圆柱形，内部下端有定位台阶孔，在定位台阶孔的上面有大于定位台阶孔的沉孔ⅰ，在喷管体毛坯的上端有沉孔ⅱ，喷管体毛坯内表面的孔径从定位台阶孔端到沉孔ⅱ底部逐渐加大，在沉孔ⅰ的后端有凸圏ⅰ，导流环毛坯为上大下小的中空的两段柱形构成，在小柱段的表面有凸圏ⅱ，隔热体的高度由沉孔ⅰ的底面到沉孔ⅱ的端面，其外表面与喷管体毛坯的内表面相吻合，其内表面下段的直径与定位台阶孔相同，在沉孔ⅱ后端与导流环毛坯的外表面相吻合，在定位台阶孔的端面到导流环毛坯小端面之间的隔热体内表面为连续光滑的由小到大的喇叭形，喇叭形的小端直径小于动力台阶孔，喇叭形大端直径等于导流环毛坯的内径。

本发明喷管体毛坯内部下端的定位台阶孔ⅰ是用于与发动机其它零件相配合的，本发明在铝制的喷管体毛坯内表面增加了一层隔热体，从而有效地防止铝制喷管被高温烧蚀，而影响喷管的使用性能，隔热体的内表面为光滑的是为了减少喷气阻力。

导流环毛坯表面加工有螺孔，导流环毛坯上端部的高度为导流环上端的设计高度加螺孔深度。为了使导流环毛坯在压制过程能定位，特设计螺孔将其与芯模固定在一起，并因此加高了导流环毛坯上端的高度，方便后续机加工除去螺孔后，满足原设计要求。

从定位台阶孔端到沉孔ⅱ底部的喷管体毛坯内表面是由多段同圆心轴、不同锥度的圆锥和圆柱组成。喷管体毛坯与隔热体之间的连接面设计为不光滑的、不连续的表面，是为了二者间接合更加牢固。但所有的横截面均为同心圆，这是为了同一横截面上隔热体的厚度相同。

隔热体是使用高硅氧布和酚醛混合的填充材料压制而成。高硅氧布/酚醛具有优异的力学性能、耐烧蚀性能、良好的隔热性能以及低成本等优点。

一种压制上述固体发动机喷管毛坯组件的模具，其要点在于它由上盖、模套、手柄、芯模、定位柱、垫板，芯模上端为柱形，直径等于导流环毛坯的内径，有一台阶面与导流环毛坯的上端面相吻合，芯模上端面加工有与固定件相配合的孔，在导流环毛坯的上端面上加工有与固定件相配合的螺孔，固定件穿过芯模固定于导流环毛坯的上端面的螺孔中，将芯模与导流环毛坯固定，定位柱为上小下大的两段圆柱组成，上段小圆柱与芯模的内孔相配合，下段大圆柱与喷管体毛坯的台阶孔ⅰ相配合，定位柱穿过喷管体毛坯和芯模将二者连接固定，模套的内孔径等于喷管体毛坯的外径，其高度等于喷管体毛坯的高度，模套外圆周表面固定有手柄，模套套在喷管体毛坯外，模套的上端有一与上盖相配合的台阶孔ⅱ，上端面上开有排气槽ⅰ用于压制过程排除模腔内的空气及在加热过程中产生的各种气体，上盖的下端设计有与台阶孔ⅱ相配合的凸肩及排气槽ⅲ，在模套的下端面上加工有排气槽ⅱ，模套的下端面与垫板相接。

本发明在设计模具时充分考虑了导流环毛坯压制过程的固定及定位，还设计了上下排气槽，模具压制过程能够排除模腔内的空气及加热过程产生的各种气体，在模具闭合后能使多余的材料从中溢出，有利于成型制件的密度。创造性地用沉头螺钉将导流环毛坯与芯模固定在一起。这样就解决了导流环毛坯压制过程的固定及定位，最后通过机加把导流环毛坯端面多余材料切掉。

由于上述模具有多个台阶孔，不能一次性退模，故本申请人还设计了它的退模装置，退模装置由退模杆ⅰ、退模套ⅰ、退模杆ⅱ、退模套ⅱ、退模杆ⅲ、退模套ⅲ构成，退模杆ⅰ为柱形，直径小于芯模内孔的内径，退模套ⅰ为中空的柱形，退模套ⅰ的内孔大于定位柱大圆柱的外径，上端面有与模套外径相配合的沉孔ⅲ，退模杆ⅰ与退模套ⅰ相配合用于退定位柱，退模杆ⅱ为柱形，直径小于芯模最小端的直径，退模套ⅱ为中空的柱形，退模套ⅱ的内孔大于芯模上端柱形的外径，上端面有与上盖外径相配合的沉孔ⅳ，退模杆ⅱ与退模套ⅱ配合用于退芯模，退模套ⅲ为柱形，直径小于芯模上端柱形的外径，退模套ⅲ为中空的柱形，退模套ⅲ的内孔大于喷管体毛坯的外径，上端面有与模套外径相配合的沉孔ⅴ，退模杆ⅲ和退模套ⅲ配合用于将成品与上盖和模套分离。

一种利用压制固体发动机喷管毛坯组件的模具制作固体发动机喷管毛坯组件的方法，其要点在于在芯模内、外表面、下端面，定位柱大、小外圆柱面端面涂上脱模剂，导流环毛坯与芯模用沉头螺钉锁好，把模套放在垫板中心位置上，喷管体毛坯外圆放入模套内表面中，定位柱大圆柱端朝下放入模套中心，喷管体毛坯定位台阶孔朝下套入定位柱，定位柱下端面、喷管体毛坯下端面与模套下端面平齐，接着称好一定重量的高硅氧布和酚醛的混合物，填入喷管体毛坯与定位柱之间的模腔内，将芯模与导流环毛坯放入模腔，油压机上加压至模具闭合，成型压力为20mpa～2８mpa，将其放在装好上下加热板的油压机上加温至160°～170°，保温、保压8min～10min分钟后，退模。

以上述模具装料温度、成型温度、固化温度及时间的控制生产出的高硅氧布和酚醛混合材料隔热体与喷管体毛坯连接紧密。

上述的制作固体发动机喷管毛坯组件的退模步骤：a)把闭合的模具放在退模套ⅰ与模套外径相配合的沉孔ⅲ上，把退模杆ⅰ放在芯模的内孔上，退出定位柱；b)拆掉导流环毛坯与芯模上的沉头螺钉，模具翻转180°后，把模具放在退模套ⅱ上，退模套ⅱ上端面有与上盖外径相配合的沉孔ⅳ，退模杆ⅱ放在芯模的下端面上，退出芯模；c）模具再翻转180°，把模具放在退模套ⅲ上，退模套ⅲ上端面有与模套外径相配合的沉孔ⅴ，退模杆ⅲ放入上盖内孔，退出毛坯合件，车平导流环毛坯上端面的螺孔，最后机加成各部位合乎图纸要求的喷管组件。

本发明在喷管体表面覆盖了一层耐烧蚀、隔热性能好的隔热体，解决了固体发动机喷管内壁在尾气高温的作用下容易被烧蚀的缺点，延长了固体发动机喷管的使用寿命。本发明所涉及的模具结构简单、合理，便于制造，成本低廉，充分考虑了制作过程的排气，并设计了退模装置，此模压装置使用普通钢材，各个零件之间的结合主要使用间隙配合，安装拆卸方便，便于填料、便于退模。该模压装置结构简单，便于制造，成本低廉，适合小批量生产或科研阶段生产。该制品的成型过程避免了传统的粘接工艺，提高了工作效率、降低了制品成本，有效提高制品合格率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明芯模的结构示意图

图3为本发明导流环毛坯的结构示意图

图4为本发明芯模和导流环毛坯的组合示意图

图5为本发明模套的结构示意图

图6为图5的俯视图

图7为本发明压制过程示意图

图8为本发明第一步退模的示意图

图9为本发明第二步退模的示意图

图10为本发明第三步退模的示意图

其中：1导流环毛坯12凸圏ⅱ13导流环毛坯的上端面14螺孔15固定件2隔热体22喇叭形3喷管体毛坯31定位台阶孔32沉孔ⅰ33沉孔ⅱ34凸圏ⅰ4上盖41凸肩42排气槽ⅲ5模套51手柄52台阶孔ⅱ53排气槽ⅰ54排气槽ⅱ6芯模62台阶面63芯模的内孔64孔7定位柱71小圆柱72大圆柱8垫板91退模杆ⅰ92退模套ⅰ921退模套ⅰ的内孔922沉孔ⅲ93退模杆ⅱ94退模套ⅱ941退模套ⅱ的内孔942沉孔ⅳ95退模杆ⅲ96退模套ⅲ941退模套ⅲ的内孔962沉孔ⅴ。

具体实施方式

下面结合视图对本发明进行详细的描述，所列举的实施例可以使本专业的技术人员更理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

如图1所示，一种固体发动机喷管毛坯组件，它由导流环毛坯1、隔热体2、喷管体毛坯3组成，喷管体毛坯外形为圆柱形，内部下端有定位台阶孔31，在定位台阶孔的上面有大于定位台阶孔的沉孔ⅰ32，在喷管体毛坯的上端有沉孔ⅱ33，为了与隔热体接合更加牢固，喷管体毛坯与隔热体之间的连接面设计为不光滑的、不连续的表面，甚至是有起伏的曲面，从定位台阶孔端到沉孔ⅱ33底部的喷管体毛坯内表面是由多段同圆心轴、不同锥度的圆锥甚至不同方向的圆锥及圆柱组成。但所有的横截面均为同心圆，这是为了同一横截面上隔热体的厚度相同。但喷管体毛坯内表面的孔径从定位台阶孔端到沉孔ⅱ33底部横断面的直径为逐渐加大的趋势，在沉孔ⅰ32的后端有凸圏ⅰ34，导流环毛坯为上大下小的中空的两段柱形构成，在小柱段的表面有凸圏ⅱ12，隔热体的高度由沉孔ⅰ的底面到沉孔ⅱ的端面，其外表面与喷管体毛坯的内表面相吻合，其内表面下段的直径与定位台阶孔相同，在沉孔ⅱ后端与导流环毛坯的外表面相吻合，在定位台阶孔的端面到导流环毛坯小端面之间的隔热体内表面为连续光滑的由小到大的喇叭形22，喇叭形的小端直径小于动力台阶孔，喇叭形大端直径等于导流环毛坯的内径。隔热体采用有耐烧蚀性能、良好的隔热性能的材料制成，保证铝制的喷管体内表面温度低于被烧蚀的温度，一般是采用生产厂家提供的高硅氧布和酚醛混合的填充材料压制而成，本发明隔热体最薄处的厚度为3mm，以保证喷管体不受高温损害。高硅氧布/酚醛具有优异的力学性能、耐烧蚀性能、良好的隔热性能以及低成本等优点。

如图2-7所示，一种压制上述固体发动机喷管毛坯组件的模具，模压装置使用普通钢材，各个零件之间的结合主要使用间隙配合，它由上盖4、模套5、手柄51、芯模6、定位柱7、垫板8，芯模上端为柱形，直径等于导流环毛坯的内径，有一台阶面62与导流环毛坯的上端面13相吻合，芯模上端面加工有与固定件15（如沉头螺钉）相配合的孔64，在导流环毛坯的上端面13上加工有与固定件15相配合的螺孔14，固定件穿过芯模固定于导流环毛坯的上端面的螺孔14中，将芯模与导流环毛坯固定，定位柱为上小下大的两段圆柱组成，上段小圆柱71与芯模的内孔63相配合，下段大圆柱72与喷管体毛坯的台阶孔ⅰ相配合，定位柱穿过喷管体毛坯和芯模将二者连接固定，模套5的内孔径等于喷管体毛坯3的外径，其高度等于喷管体毛坯的高度，模套外圆周表面固定（焊接）有手柄51，手柄是左右两边对称分布，便于手动操作。模套套在喷管体毛坯外，模套的上端有一与上盖相配合的台阶孔ⅱ52，上端面上开有排气槽ⅰ53用于压制过程排除模腔内的空气及在加热过程中产生的各种气体，上盖的下端设计有与台阶孔ⅱ相配合的凸肩41及排气槽ⅲ42，排气槽ⅲ42最好与排气槽ⅰ53在同一截面上，方便排气，在模套的下端面上加工有排气槽ⅱ54，模套的下端面与垫板8相接。

本发明在设计模具时充分考虑了导流环毛坯压制过程的固定及定位，还设计了上下排气槽，模具压制过程能够排除模腔内的空气及加热过程产生的各种气体，在模具闭合后能使多余的材料从中溢出，有利于成型制件的密度。这样就解决了导流环毛坯压制过程的固定及定位，最后通过机加把导流环毛坯端面多余材料切掉。

如图7所示，一种利用压制固体发动机喷管毛坯组件的模具制作固体发动机喷管毛坯组件的方法，在芯模内、外表面、下端面，定位柱大、小外圆柱面端面涂上脱模剂，导流环毛坯与芯模用沉头螺钉锁好，把模套放在垫板中心位置上，喷管体毛坯外圆放入模套内表面中，定位柱大圆柱端朝下放入模套中心，喷管体毛坯定位台阶孔朝下套入定位柱，定位柱下端面、喷管体毛坯下端面与模套下端面平齐，根据图中隔热体的体积及高硅氧布和酚醛混合的填充材料的密度计算出所需高硅氧布/酚醛组合的填充材料的重量，可略多1-5%，将称好所需重量的高硅氧布和酚醛的混合物，填入喷管体毛坯与定位柱之间的模腔内，将芯模与导流环毛坯放入模腔，油压机上加压至模具闭合，成型压力为20mpa～2８mpa，将其放在装好上下加热板的油压机上加温至160°～170°，保温、保压8min～10min分钟后，退模。模具压制过程能够排除模腔内的空气及加热过程产生的各种气体，在模具闭合后能使多余的材料从中溢出，有利于成型制件的密度。

以上述模具装料温度、成型温度、固化温度及时间的控制生产出的高硅氧布和酚醛混合材料隔热体与喷管体毛坯连接紧密。

如图8-10所示，由于上述模具有多个台阶孔，不能一次性退模，故本申请人还设计了它的退模装置，由内到外逐层退模。先退定位柱、再退芯模、最后成品与上盖和模套分离。退模装置由退模杆ⅰ91、退模套ⅰ92、退模杆ⅱ93、退模套ⅱ94、退模杆ⅲ95、退模套ⅲ96构成，退模杆ⅰ为柱形，直径小于芯模内孔63的内径，退模套ⅰ92为中空的柱形，退模套ⅰ的内孔921大于定位柱大圆柱72的外径，上端面有与模套外径相配合的沉孔ⅲ922，退模杆ⅰ与退模套ⅰ相配合用于退定位柱，退模杆ⅱ93为柱形，直径小于芯模最小端的直径，退模套ⅱ94为中空的柱形，退模套ⅱ94的内孔941大于芯模上端柱形的外径，上端面有与上盖外径相配合的沉孔ⅳ942，退模杆ⅱ93与退模套ⅱ94配合用于退芯模，退模套ⅲ96为柱形，直径小于芯模上端柱形的外径，退模套ⅲ96为中空的柱形，退模套ⅲ的内孔941大于喷管体毛坯的外径，上端面有与模套外径相配合的沉孔ⅴ962，退模杆ⅲ95和退模套ⅲ96配合用于将成品与上盖和模套分离。

上述的制作固体发动机喷管毛坯组件的退模步骤：a)把闭合的模具放在退模套ⅰ与模套外径相配合的沉孔ⅲ上，把退模杆ⅰ放在芯模的内孔上，退出定位柱；b)拆掉导流环毛坯与芯模上的沉头螺钉，模具翻转180°后，把模具放在退模套ⅱ上，退模套ⅱ上端面有与上盖外径相配合的沉孔ⅳ942，退模杆ⅱ放在芯模的下端面上，退出芯模；c）模具再翻转180°，把模具放在退模套ⅲ上，退模套ⅲ上端面有与模套外径相配合的沉孔ⅴ962，退模杆ⅲ放入上盖内孔，退出毛坯合件，车平导流环毛坯上端面的螺孔，机加把导流环毛坯端面多余材料切掉。本发明是使用喷管体毛坯、导流环毛坯来压制隔热体，完成后的成品是固体发动机喷管毛坯组件，最后通过机加工成各部位合乎图纸要求的喷管组件。