一种用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构的制作方法

本发明涉及固体火箭发动机壳体制造技术，具体地说，涉及一种用于固体火箭发动机纤维缠绕壳体可重复使用的金属芯模。

背景技术：

固体火箭发动机的壳体结构是构成发动机消极质量的最主要部分，对发动机推重比影响极大。碳纤维复合材料由于其具有高比强度、大比模量、耐腐蚀等优良性能，因此在固体火箭发动机领域得到广泛的应用，从而显著的提高了固体火箭发动机的性能。作为缠绕工艺设计的基础和必要步骤，芯模的成型为重要环节。芯模的质量和精度直接影响着后续的缠绕、固化、脱模以及机加多道工序。

上个世纪60年代以来，芯模技术经历了全石膏芯模和砂芯模、组装式石膏芯模和砂芯模，以及金属骨架组装式石膏芯模和砂芯模三个阶段。石膏芯模由于容易开裂、精度较差等问题，因此科人们发展了金属芯模和金属骨架外敷石膏芯模，然后随着复合材料壳体尺寸的增加，这种芯模形式依然容易开裂，并且拆装耗时耗力，同时难以保证精度。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，克服金属芯模、金属骨架石膏芯模在拆装耗时费力，且难以保证精度的问题，本发明提出一种用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构；通过在相关结构件中嵌入高精度的完整环的方式来保证芯模组装后具有较高的径向尺寸精度，以满足实际工程生产需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括大端接头压盖、大端锁紧件、螺母、大端接头、螺栓、键、螺钉、大端定位环、大端钩盘、小端钩盘、轴向螺钉、小端接头压盖、小端螺母、平键、锁紧螺母、限位套、小端接头、小端定位环、小端曲面部件、芯模分瓣模和芯轴，其特征在于所述芯模分瓣模外形曲面沿环向分割成多块模瓣，其中一块模瓣为小部件，用于芯模分瓣模的拆装；分瓣模两端薄片均有向内凸起的梯形凸台，该凸台内环形面与相应的大端钩盘和小端钩盘的内环形槽相互配合，用于保证芯模外型面的尺寸精度；每块分瓣模两边均有加强筋，用以保证缠绕过程中的径向刚度；

所述大端钩盘内部嵌有大端定位环，定位环用于保证大端钩盘的径向尺寸；大端锁紧部件与大端钩盘通过螺栓连接，大端锁紧部件用于锁紧由分瓣模组成的芯模分瓣模外形曲面，并限定芯模的轴向尺寸和位置；大端锁紧部件与芯轴通过键、螺钉连接，用以锁紧整个芯模以保证其轴向尺寸；大端接头位于芯模分瓣模外侧，依次与大端接头压盖、大端锁紧件配合连接，通过螺母锁紧；

所述小端钩盘环形内表面与芯轴紧密配合，小端定位环与小端曲面部件通过轴向螺钉连接为一体，其内环面紧靠小端钩盘外表面，小端曲面部件依次与小端接头、小端接头压盖、限位套和小端螺母配合连接，通过锁紧螺母紧固。

大端钩盘、大端定位环，小端钩盘、小端定位环、小端曲面部件与芯轴同轴安装。

有益效果

本发明提出的一种用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构，由大端钩盘、小端钩盘，接头压盖、接头，定位环、小端曲面部件、芯模分瓣模和芯轴组成。芯模分瓣模外形曲面采用环向分瓣形式，将芯模外表面分割成可拆卸的多块模瓣，其中有一瓣为小部件，用于芯模分瓣模的拆装；分瓣模两端薄片均有向内凸起的梯形凸台，该凸台内环形面与相应的大端钩盘和小端钩盘的内环形槽相互配合，保证芯模外型面的尺寸精度；每块分瓣模两边均有加强筋，用以保证缠绕过程中的径向刚度；大端钩盘内部嵌有定位环，小端钩盘环形内表面与芯轴紧密配合。芯模结构具有拆装方便、定位精度高、使用寿命长和生产成本低的特点。

为克服小端金属接头肩部向外凹陷对金属芯模拆卸带来的困难，将小端曲面部分切除一部分与小端接头配合，该部分通过小端定位环保证其径向精度及一体结构，既保证了拆卸的便捷性，又同时保证其尺寸精度。且适用于制造高精度可重复使用的固体火箭发动机壳体，克服其石膏骨架芯模和砂芯模生产成本高和成型精度低的缺点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构作进一步详细说明。

图1(a)、(b)、(c)、(d)为固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构图。

图2为本发明用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构示意图。

图3(a)、(b)、(c)、(d)为分瓣模部件示意图。

图4(a)、(b)、(c)、(d)为铸造用分瓣模部件示意图。

图5(a)、(b)为大端钩盘部件示意图。

图6为小端曲面部件示意图。

图中

1.～11.分瓣模12.大端接头压盖13.大端锁紧件14.螺母15.大端接头16.螺栓17.键18.螺钉19.大端定位环20.大端钩盘21.小端钩盘22.轴向螺钉23.小端接头压盖24.小端螺母25.平键26.锁紧螺母27.限位套28.小端接头29.小端定位环30.小端曲面部件

具体实施方式

本实施例是一种用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构。

参阅图1～图6，本实施例用于固体火箭发动机壳体成型金属芯模结构，由大端接头压盖12、大端锁紧件13、螺母14、大端接头15、螺栓16、键17、螺钉18、大端定位环19、大端钩盘20、小端钩盘21、轴向螺钉22、小端接头压盖23、小端螺母24、平键25、锁紧螺母26、限位套27、小端接头28、小端定位环29、小端曲面部件30、芯模分瓣模和芯轴组成；其中，芯模分瓣模外形曲面沿环向分割成多块模瓣，其中有一块模瓣为小部件，用于芯模分瓣模的拆装；分瓣模两端薄片均有向内凸起的梯形凸台，该凸台内环形面与相应的大端钩盘20和小端钩盘21的内环形槽相互配合，用于保证芯模外型面的尺寸精度。每块分瓣模两边均有加强筋，用以保证缠绕过程中的径向刚度；每一分瓣模两端均有垂直向下的竖直面，以便与小端接头28和小端曲面部件相配合。

本实施例中，将芯模分瓣模外形曲面沿环向分割成为11块模瓣，其中，分瓣模3、分瓣模4、分瓣模5、分瓣模6、分瓣模7、分瓣模8、分瓣模9、分瓣模10为等分芯模瓣，分瓣模1、分瓣模2、分瓣模11为不等分芯模瓣，每一瓣芯模两侧都设计成含有竖直向下的薄片，以便于跟它的相邻分瓣模配合。分瓣模1为较小的金属分瓣模，方便拆卸。分瓣模两端薄片均有向内凸起的梯形凸台，该凸台是保证金属芯模外形尺寸精度的关键，因此凸台下部环形面必须保证足够的精度，该精度的决定取决于最终芯模外型面的尺寸要求。每一个分瓣模两侧边均有向下的筋条，当每分瓣模较厚的时候，采用焊接方法会产生不太大的变形，对芯模外表面成型精度影响不大。若每分瓣模较薄的时候，采用焊接方法将筋条焊接在分瓣模上会产生较大的变形，难以保证成型精度要求，因此必须使用铸造方法加工分瓣模；将筋条与分瓣模外型面依次铸造成型再精加工，操作铸造时可在两个分瓣模铸造一个加筋条，铸造完成之后再切割精加工可以达到预定尺寸精度要求。

大端钩盘20内部嵌有大端定位环19，定位环用于保证大端钩盘的径向尺寸。大端锁紧件13与大端钩盘20通过螺栓16连接，大端锁紧件13用于锁紧由分瓣模组成的芯模分瓣模外形曲面，紧固芯模外型面，并限定芯模的轴向尺寸和位置。大端锁紧件13与芯轴通过键17、螺钉18连接，用以锁紧整个芯模以保证其轴向尺寸。芯轴上的键用来传递纤维缠绕过程中的力矩；大端接头15位于芯模分瓣模外侧，依次与大端接头压盖12、大端锁紧件13配合连接，通过螺母14锁紧。

小端钩盘环形内表面与芯轴紧密配合，小端定位环29与小端曲面部件30通过轴向螺钉22连接为一体，其内环面紧靠小端钩盘外表面。小端曲面部件30依次与小端接头28、小端接头压盖23、限位套27和小端螺母24配合连接，通过锁紧螺母26紧固；小端钩盘内表面与芯模分瓣模梯形凸起相配合，可保证芯模外形曲面的精度要求。由于实际小端接头28肩部向外偏移一定角度，会给分瓣模的拆装带来困难。将小端曲面部分切除一部分与接头配合，该部分通过小端定位环29保证其径向精度及一体化程度。小端曲面部件30沿着环向被平均分割为四瓣，该四瓣小端曲面部件通过小端定位环29与轴向螺钉22连接为一体，借助于小端曲面件内环面与小端钩盘外表面的配合，保证该小端曲面件的径向尺寸精度；该方法既能保证拆装的方便性，又可保证外曲面精度。

大端锁紧件13为一体化式法兰盘部件，通过螺栓16与大端钩盘20相连接。装配时先将螺栓16与大端钩盘20进行拧紧，二者之间留有一定的间隙，待所有芯模分瓣模装配完毕之后，再拧紧螺栓16，锁紧大端锁紧件13及大端钩盘20。键17和平键25用于提供芯模旋转时的扭转力矩。大端接头压盖12、螺母14、小端接头压盖23、小端螺母24和锁紧螺母26部件用来锁紧整个芯模轴向位置，保证芯模在缠绕过程中为一体的不可平动的刚体。

安装顺序:先将大端定位环19与大端钩盘20连接为一体，通过螺栓16将大端锁紧件13与大端钩盘20进行初步拧紧，二者之间留有一定的间隙。将小端钩盘21靠紧芯轴，将芯模分瓣模1～11以此钩在小端钩盘21环形槽中，同时拧紧螺栓16将大端锁紧件13与大端钩盘20进行锁紧，至此，芯模曲面成型。将小端曲面部件30通过轴向螺钉22与小端定位环29安装为一体，其内环面紧靠小端钩盘21外表面。安装小端接头28和大端接头15，安装限位套27，安装大端接头压盖12和小端接头压盖23，使用圆螺母14、小端螺母24和锁紧螺母26锁紧整个芯模，至此芯模安装完成。安装操作时，大端钩盘20、大端定位环19，小端钩盘、小端定位环29、小端曲面部件30与芯轴同轴安装。

拆卸顺序:依次拆卸芯模外部圆螺母14、小端螺母24和锁紧螺母26，拔出大端接头压盖12和小端接头压盖23，拆卸螺栓16，拆卸大端锁紧件13，拔出芯轴。大端接头压盖12与大端定位环19，从大端口取出小端钩盘21。依次取出分瓣模1,分瓣模2和分瓣模3，以及分瓣模4、分瓣模5、分瓣模6、分瓣模7、分瓣模8、分瓣模9、分瓣模10和分瓣模11，拆卸轴向螺钉22，取出小端定位环29，卸下小端曲面部件30，芯模分瓣模拆卸完成。

本实施例中，所有部件均采用金属材料制成，安装便捷，各部件可独立拆装、更换，保养成本低，使用寿命长、可靠性高。