专利名称：高气密性钢铝镶嵌式舵机构件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制导装置，尤其涉及一种气动舵机，具体涉及高气密性钢铝镶嵌式舵机构件及其制造方法。
背景技术：
现有的冷气式气动舵机主要由隔框部件、起爆器、气动放大器、气瓶、舵机构件、减压器、传感器、导线束和舵片等部件组成，其中，舵机构件是气瓶气压有效传递至舵片，使舵片能按预定要求运动，进而带动整个装置的有效运动，实现制导过程的重要零件。其制导过程简要程序为来自控制部件的制导信号，经放大后传递至起爆器，打开气瓶；气瓶内的瞬间高气压，经减压器和气动放大器调整后，得到稳定的额定气压；额定气压再流入舵机构件内，带动舵片运动；舵片的运动带动整个舵机装置的运动，从而实现制导。舵机构件是整个舵机系统中用于执行气压传递作用的高气密性结构零件，既要保证舵片及其附属零件有足够的活动空间，同时又要保证内部气路能承受7 12MPa、稳压 5 IOmin的高气压的压力，是一个有着很高难度的零件。因其特殊的作用，构件的结构特征要求为中空型。针对此种结构特征，目前的成形方法采用高强铝合金板材两半单独机械加工，后通过密封圈外加紧固镙钉连接，结构形式为盘状主体加独立气室的立柱结构。经长期的使用考察发现，此种结构的舵机构件存在以下两大缺陷1、密封圈在长期存放、使用过程中易老化，密封不到位造成零件漏气，使用过程中内部压力无法达到预定要求，影响整个舵机系统的正常工作；2、机械加工方式难以满足舵机构件高紧凑化成形的结构要求，迫使构件在设计结构上留下诸多无效的空间，而这种无效的空间结构使自身重量增加的同时， 也使整个系统重量为之增加，其重量指标难以达到规定要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，该舵机构件既能高效可靠传递高气压，实现系统制导功能。本发明的另一目的在于提供上述高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，该方法简便，且能有效地制得高致密度的舵机构件。本发明的第一目的是这样实现的
一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，它包括进气源，以及垂直分布于盘状主体上的六个柱状的主气室，其特征在于它还包括内嵌于盘状主体内的不锈钢管；所述进气源通过进气小孔与并排的两个主气室相通；与进气源相通的一个主气室，通过所述不锈钢管与其余的四个主气室相连通；所述盘状主体采用高强铸造铝合金成形，以满足预定形状的成形需求，实现结构的有效紧凑，并有效降低自身重量和系统重量。上述盘状主体上还设置有固定部位，以通过螺钉等常规连接方式，实现该舵机构件与系统之间的连接，并可将主体上的除保证必要的结构强度的部位外的其他结构全部剃除，以保证舵机构件有紧凑的空间结构和轻量化的结构重量。上述与进气源相通的主气室，与相邻的主气室之间的不锈钢管，与其余的主气室之间的不锈钢管的排布方向异面，也即该段不锈钢管为与水平面相交的一段斜管，其余三段不锈钢管则处于同一水平面。这样的结构中，不锈钢管整体具有空间异向的结构特征，其贯穿分布于各主要气室间，提高了不锈钢管在舵机构件中的定位准确性，从而提高了气体在各孤立主气室间的传气效率。上述不锈钢管，优选规格为Φ3 6mm，壁厚0. 5 Imm ；其定位精度为士0. 1mm。本发明的另一目的是这样实现的
上述高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，该制造方法依次包括以下步骤
(1)按零件气路布置要求，精确计算各主气室之间连接段不锈钢管的下料长度，精确下料，并进行弯曲成形；
(2)用辅助定位立柱将所得各段不锈钢管串接成形，然后焊接成为一个整体，即得不锈钢管架；
(3)将上述不锈钢管架进行除油、除污和常规必要的表面预处理，后通过定位工装将其精确定位于铸型中，并在铸型定位处预留下可抽取不锈钢管架内部气体的接头，之后将不锈钢管架和铸型一起进行预热处理，预热温度控制在250°C 30(TC，保温待用；
(4)将铝合金按常规的铝合金熔炼方法进行熔炼，对所得合金熔体进行精炼变质处理， 温度控制在720°C 740°C间，之后将合金液静置，沉淀杂质，后在将所得合金液温度调整到730°C 740°C，保温待铸；
(5)将上述保温好的铸型转入真空铸机中定位，并用该铸机中的真空管接好铸型中预留的接头，完成铸型定位工作；将保温待用的合金液转入铸机浇包中，并接温度传感器，之后关上铸机舱门，对舱内和管架内部同时进行抽真空，使其真空度达到-0.06 MPa以下，当浇包内的温度传感器显示温度为700°C 710°C时，进行浇注工作，完毕后进行加压处理， 其压力控制在0. 6 0. 8MPa，真空压力转换时间控制在10 15s，以确保舵机构件铸件在压力条件下凝固，保证铸件内部无缩孔缩松；
(6)将所得舵机构件铸件，采用数控车削的方式，剔除辅助定位立柱，并按相应的规格尺寸要求，进行加工，并对零件表面进行常规必要的防护处理，即得到该舵机构件产品。上述步骤(1)中，采用线切割的方式，对各段不锈钢管精确下料；上述步骤(2)中， 辅助定位立柱采用的成形材质为铝合金或钢等金属，并采用氩弧焊全焊的方式，在组焊工装上对串接的管架进行封焊，使之成为一个不锈钢管架整体。上述步骤(4)中，对合金熔体的精炼变质处理，依次按除气、变质、精炼的顺序进行；其中，除气和精炼，优选采用旋转喷吹氩气精炼除气方式进行；变质，优选采用锶盐变质剂变质处理，变质剂用量为占炉料重量0. 5% 0. 7%。上述步骤(5)中，将保温待用的合金液采用虹吸或真空吸注的方式转入铸机浇包中，以防止铝合金被氧化。本发明具有以下有益效果
本发明提供了一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，该舵机构件具有优异的抗气载能力，它可于12MPa的额定气压下，保压IOmin而无泄漏，且其密封效果不因存储因素的改变而发生变化，其实现了高效可靠地传递高气压，进而实现了系统制导功能，突破了传统高气密性舵机构件在密封问题上的局限，并增强了基础铸造合金的抗气载能力，提高了结构设计的灵活性；且该舵机构件具有高紧凑型的结构，突破了传统机械加工式结构的约束，其形状可随系统要求的形状而改变，与此同时也为系统预留了足够的空间，可根据实际应用将其额定重量控制在350g以下，降低了自身重量和系统重量，与传统的两半独立加工后通过密封圈密封的结构相比，其结构有效重量降低了 1 2倍，节省了舵机系统重量30% 50%， 可广泛应用于航空航天、武器装备等有关制导化的高新技术领域。另外，本发明所提供的该舵机构件的制造方法属于真空加压精铸技术，它实现了不锈钢管精确镶铸于高强铸造铝合金中，起到了辅助增强气室间气道处铸造铝合金抗气载能力的作用，实现了空间异向分布的薄壁管件对基础铸造合金的强化作用，可适用于多种钢质结构材料和铸造铝合金的镶嵌成形。说明书附图
图1是本发明实施例1中所述的舵机构件的结构示意图。图2是图1的A-A剖视图。图3是图2的F-F剖视图。图4是图1的D-D剖视图按照2:1的比例放大后的示意图。图5是图1所示的舵机构件结构的B向视图。图6是本发明实施例1中所述的舵机构件的制备方法中的不锈钢管架的结构示意图。图7是本发明实施例1中所述的舵机构件的制备方法中采用的辅助定位立柱的结构示意图。图8是图7的A-A剖视图。图9是图6所示的不锈钢管架的俯视图。图10是图6所示的B部位按照3 1的比例的放大示意图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。实施例1
如说明书附图1-10所示，一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，它包括进气源1，以及垂直分布于盘状主体2上的六个柱状的主气室3、4、5、6，它还包括内嵌于盘状主体2内的不锈钢管7、8 ；进气源1通过进气小孔9与并排的两个主气室3、4相通；与进气源1相通的一个主气室4，通过不锈钢管7、8与其余的四个主气室5、6相连通；盘状主体2采用高强铸造铝合金成形；盘状主体2上还设置有固定部位10，以便通过螺钉实现该舵机构件与系统之间的连接；与进气源相通的主气室4，与相邻的主气室5之间的不锈钢管7，与其余的主气室 5、6之间的不锈钢管8的排布方向异面，即该段不锈钢管7为与水平面相交的一段斜管，其余三段不锈钢管8则处于同一水平面；不锈钢管7、8，规格为Φ 3mm，壁厚0.5mm;其定位精度为士0. 1mm。上述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，是按照以下步骤制得的
(1)按结构示意图所示的零件气路布置要求，精确计算各段不锈钢管7、8的下料长度， 用线切割的方式精确下料，并采用常规的弯管夹具进行弯曲成形；(2)用辅助定位立柱11将各段不锈钢管7、8串接成形，然后用氩弧焊全焊的方式，在组焊工装上对串接的管架进行封焊，使其焊接成为一个整体，即得不锈钢管架；辅助定位立柱采用铝合金成形；
(3)将整体组焊后的不锈钢管架进行除油、除污和常规必要的表面预处理，后通过定位工装将其精确定位于铸型中，并在铸型定位处预留下用于抽取不锈钢管架内部气体的接头，之后将不锈钢管架和铸型一起进行预热处理，预热温度控制在250°C，保温待用；
(4)将铝合金按常规的铝合金熔炼方法进行熔炼，对所得合金熔体在720V 730°C的温度条件下，依次按除气、变质、精炼的顺序，进行精炼变质处理，其中，除气和精炼，采用旋转喷吹氩气精炼除气方式进行，变质，采用锶盐变质剂变质处理，变质剂用量为占炉料重量 0. 5% ；之后将所得合金液静置，沉淀杂质，后在将所得合金液温度调整到730°C，保温待铸；
(5)将上述保温好的铸型转入真空铸机中定位，并用该铸机中的真空管接好铸型中预留的接头，完成铸型定位工作；将保温待用的合金液采用虹吸的方式转入铸机浇包中，并接温度传感器，之后关上铸机舱门，对舱内和管架内部同时进行抽真空，使真空度达到-0. 05 MPa时，当浇包内的温度传感器显示温度为700°C时，进行浇注工作，完毕后进行加压处理， 其压力控制在0. 6MPa，真空压力转换时间控制在10s，之后卸压取出铸件，打箱、清理；
(6)将所得舵机构件铸件，采用数控车削的方式，剔除辅助定位立柱，并按相应的规格尺寸要求，进行加工得到主气室3、4、5、6和进气源(1)，后对其表面进行常规必要的防护处理，即得到该舵机构件产品。实施例2
一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，其不锈钢管7、8，规格为Φ 5mm,壁厚Imm ；其定位精度为士0. 1mm，其他结构与实施例1中所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的结构相同。上述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，是按照以下步骤制得的
(1)按结构示意图所示的零件气路布置要求，精确计算各段不锈钢管7、8的下料长度， 用线切割的方式精确下料，并采用常规的弯管夹具进行弯曲成形；
(2)用辅助定位立柱11将各段不锈钢管7、8串接成形，然后用氩弧焊全焊的方式，在组焊工装上对串接的管架进行封焊，使其焊接成为一个整体，即得不锈钢管架；辅助定位立柱采用铝合金成形；
(3)将整体组焊后的不锈钢管架进行除油、除污和常规必要的表面预处理，后通过定位工装将其精确定位于铸型中，并在铸型定位处预留下用于抽取不锈钢管架内部气体的接头，之后将不锈钢管架和铸型一起进行预热处理，预热温度控制在30(TC，保温待用；
(4)将铝合金按常规的铝合金熔炼方法进行熔炼，对所得合金熔体在730°C 740°C的温度条件下，依次按除气、变质、精炼的顺序，进行精炼变质处理，其中，除气和精炼，采用旋转喷吹氩气精炼除气方式进行，变质，采用锶盐变质剂变质处理，变质剂用量为占炉料重量 0. 7% ；之后将所得合金液静置，沉淀杂质，后在将所得合金液温度调整到740°C，保温待铸；
(5)将上述保温好的铸型转入真空铸机中定位，并用该铸机中的真空管接好铸型中预留的接头，完成铸型定位工作；将保温待用的合金液采用真空吸注的方式转入铸机浇包中，并接温度传感器，之后关上铸机舱门，对舱内和管架内部同时进行抽真空，使真空度达到-0. 06 MPa时，当浇包内的温度传感器显示温度为710°C时，进行浇注工作，完毕后进行加压处理，其压力控制在0. 8MPa，真空压力转换时间控制在15s，之后卸压取出铸件，打箱、清理；
(6)将所得舵机构件铸件，采用数控车削的方式，剔除辅助定位立柱，并按相应的规格尺寸要求，进行加工得到主气室3、4、5、6和进气源1，后对其表面进行常规必要的防护处理，即得到该舵机构件产品。实施例3
一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，其不锈钢管7、8，规格为Φ 4mm，壁厚0. 8mm ；其定位精度为士0. 1mm，其他结构与实施例1中所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的结构相同。上述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，是按照以下步骤制得的
(1)按结构示意图所示的零件气路布置要求，精确计算各段不锈钢管7、8的下料长度， 用线切割的方式精确下料，并采用常规的弯管夹具进行弯曲成形；
(2)用辅助定位立柱11将各段不锈钢管7、8串接成形，然后用氩弧焊全焊的方式，在组焊工装上对串接的管架进行封焊，使其焊接成为一个整体，即得不锈钢管架；辅助定位立柱采用铝合金成形；
(3)将整体组焊后的不锈钢管架进行除油、除污和常规必要的表面预处理，后通过定位工装将其精确定位于铸型中，并在铸型定位处预留下用于抽取不锈钢管架内部气体的接头，之后将不锈钢管架和铸型一起进行预热处理，预热温度控制在275°C，保温待用；
(4)将铝合金按常规的铝合金熔炼方法进行熔炼，对所得合金熔体在725°C 735°C的温度条件下，依次按除气、变质、精炼的顺序，进行精炼变质处理，其中，除气和精炼，采用旋转喷吹氩气精炼除气方式进行，变质，采用锶盐变质剂变质处理，变质剂用量为占炉料重量 0. 6% ；之后将所得合金液静置，沉淀杂质，后在将所得合金液温度调整到735°C，保温待铸；
(5)将上述保温好的铸型转入真空铸机中定位，并用该铸机中的真空管接好铸型中预留的接头，完成铸型定位工作；将保温待用的合金液采用真空吸注的方式转入铸机浇包中，并接温度传感器，之后关上铸机舱门，对舱内和管架内部同时进行抽真空，使真空度达到-0. 04 MPa时，当浇包内的温度传感器显示温度为705°C时，进行浇注工作，完毕后进行加压处理，其压力控制在0. 7MPa，真空压力转换时间控制在13s，之后卸压取出铸件，打箱、 清理；
(6)将所得舵机构件铸件，采用数控车削的方式，剔除辅助定位立柱，并按相应的规格尺寸要求，进行加工得到主气室3、4、5、6和进气源1，后对其表面进行常规必要的防护处理，即得到该舵机构件产品。将实施例1-3所制得的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件进行性能检测，得到下表所述的其综合性能参数
权利要求
1.一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，它包括进气源(1)，以及垂直分布于盘状主体 (2)上的六个柱状的主气室(3、4、5、6)，其特征在于它还包括内嵌于盘状主体(2)内的不锈钢管(7、8)；所述进气源(1)通过进气小孔(9)与并排的两个主气室(3、4)相通；与进气源(1)相通的一个主气室(4)，通过所述不锈钢管(7、8)与其余的四个主气室(5、6)相连通； 所述盘状主体(2)采用高强铸造铝合金成形。
2.根据权利要求1所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，其特征在于所述盘状主体 (2)上还设置有固定部位(10);所述与进气源(1)相通的主气室(4)，与相邻的主气室(5)之间的不锈钢管(7)，与其余的主气室(5、6)之间的不锈钢管(8)的排布方向异面。
3.根据权利要求1或2所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件，其特征在于所述不锈钢管(7、8)，其规格为Φ3 6mm，壁厚0.5 Imm;其定位精度为士0. 1mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，其特征在于，该制造方法依次包括以下步骤(1)按零件气路布置要求，精确计算各主气室(3、4、5、6)之间连接段不锈钢管(7、8)的下料长度，精确下料，并进行弯曲成形；(2)用辅助定位立柱(11)将所得各段不锈钢管(7、8)串接成形，然后焊接成为一个整体，即得不锈钢管架；(3)将所述不锈钢管架进行除油、除污和常规必要的表面预处理，后通过定位工装将其精确定位于铸型中，并在铸型定位处预留下可抽取不锈钢管架内部气体的接头，之后将不锈钢管架和铸型一起进行预热处理，预热温度控制在250°C 30(TC，保温待用；(4)将铝合金按常规的铝合金熔炼方法进行熔炼，对所得合金熔体进行精炼变质处理， 温度控制在720°C 740°C间，之后将合金液静置，沉淀杂质，后在将所得合金液温度调整到730°C 740°C，保温待铸；(5)将所述保温好的铸型转入真空铸机中定位，并用该铸机中的真空管接好铸型中预留的接头，完成铸型定位工作；将保温待用的合金液转入铸机浇包中，并接温度传感器，之后关上铸机舱门，对舱内和管架内部同时进行抽真空，使其真空度达到-0.06 MPa以下，当浇包内的温度传感器显示温度为700°C 710°C时，进行浇注工作，完毕后进行加压处理， 其压力控制在0. 6 0. 8MPa，真空压力转换时间控制在10 15s ；(6)将所得舵机构件铸件，采用数控车削的方式，剔除辅助定位立柱，并按相应的规格尺寸要求，进行加工，并对零件表面进行常规必要的防护处理，即得到该舵机构件产品。
5.根据权利要求4所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，其特征在于所述步骤(1)中，采用线切割的方式，对各段不锈钢管精确下料；所述步骤(2)中，辅助定位立柱采用的成形材质为铝合金或钢，并采用氩弧焊全焊的方式，在组焊工装上对串接的管架进行封焊，使之成为一个不锈钢管架整体。
6.根据权利要求4或5所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，其特征在于 所述步骤(4)中，对合金熔体的精炼变质处理，依次按除气、变质、精炼的顺序进行；其中， 除气和精炼，采用旋转喷吹氩气精炼除气方式进行；变质，采用锶盐变质剂变质处理，变质剂用量为占炉料重量0. 5% 0. 7%。
7.根据权利要求4或5所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，其特征在于 所述步骤(5)中，将保温待用的合金液采用虹吸或真空吸注的方式转入铸机浇包中。
8.根据权利要求6所述的高气密性钢铝镶嵌式舵机构件的制造方法，其特征在于所述步骤(5)中，将保温待用的合金液采用虹吸或真空吸注的方式转入铸机浇包中。
全文摘要
本发明涉及一种高气密性钢铝镶嵌式舵机构件。它包括进气源(1)，以及垂直分布于盘状主体(2)上的六个柱状的主气室(3、4、5、6)，其特征在于它还包括内嵌于盘状主体(2)内的不锈钢管(7、8)；所述进气源(1)通过进气小孔(9)与并排的两个主气室(3、4)相通；与进气源(1)相通的一个主气室(4)，通过所述不锈钢管(7、8)与其余的四个主气室(5、6)相连通；所述盘状主体(2)采用高强铸造铝合金成形。该舵机构件具有优异的抗气载能力，其密封效果不因存储因素的改变而变化，实现了高效可靠地传递高气压；且其具有高紧凑型的结构，降低了自身和系统重量，可广泛应用于航空航天、武器装备等有关制导化的高新技术领域。
文档编号B63H25/32GK102372083SQ201110361200
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者孙昌建, 景蓉, 曹国武, 王元庆, 苏志权, 赵祖德, 陈强, 黄静 申请人:中国兵器工业第五九研究所