一种固体推进剂片材的成型模具的制作方法

本实用新型涉及一种固体推进剂片材的成型模具，具体涉及一种用于固体推进剂片材成型的浇注模具，属于地热水、石油、页岩气等地下资源开采技术领域。

背景技术：

地热水、石油、页岩气等地下资源开采过程中，一般需要通过射孔枪射孔以沟通储层，创造或增加目标资源流出的通道，最终达到提高资源采收率的目的。其中，射孔深度(穿深)是决定采收率水平的一项关键指标。为了增加射孔深度，一般需要在射孔枪外额外套装固体推进剂圆管(业内称袖套药筒)，通过射孔触发其燃烧、作功，增加射孔压力，从而增加射孔深度。受井内套管和射孔枪尺寸的制约，固体推进剂圆管的尺寸，尤其是壁厚，有严格的限制。目前，射孔枪规格有Ф89mm、Ф95mm和Ф102mm，以Ф89mm和Ф102mm 规格最为常用，其配套固体推进剂圆管壁厚依次变薄。一般而言，Ф89mm射孔枪配套固体推进剂圆管壁厚为5mm，Ф102mm射孔枪配套固体推进剂套管壁厚为3mm。但由于现有挤出工艺生产壁厚3mm的固体推进剂圆管难度大，导致工程中多使用Ф89mm射孔枪与其配套固体推进剂套管。但实际上，对于射孔而言，Ф102mm射孔枪的穿深大于Ф89mm射孔枪，对Ф102mm射孔枪配套固体推进剂套管的需求不亚于Ф89mm射孔枪配套固体推进剂套管。

制造固体推进剂圆管的其中一种工艺是通过固体推进剂片材粘接形成圆管。与一般采用双基推进剂作为原料的挤出工艺相比，粘接工艺可采用力学性能更好且柔性的复合固体推进剂，但生产效率不及挤出工艺。对于粘接工艺，其难点在于粘接型面的成型。原因是固体推进剂有弹性，加之片材较薄，采用一般的机械加工等整形方法无法保证粘接面的尺寸、精度。而且通过整形形成粘接面，对于固体推进剂这种火工品来说，具有起火、爆炸等潜在危险性。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种固体推进剂片材的成型模具，以制造固体推进剂圆管所需的片材。

本实用新型的技术解决方案是：

一种固体推进剂片材的成型模具，该成型模具包括凸模和凹模；

所述的凸模为一三棱柱，该三棱柱的三个面分别为顶面、斜面A和斜面B；在三棱柱的顶面的四个角上均各有一个支腿，支腿与顶面垂直，支腿的作用是为了在三棱柱的顶面朝上仅使用与顶面平行的棱接触地面的情况下，对三棱柱进行支撑固定作用；

所述的凹模为一长方形盒，即该凹模包括一底面和四个侧面，四个侧面分别为侧面A、侧面B、侧面C和侧面D；其中，侧面A的顶端到底面通过斜面 A’平滑过渡，侧面B的顶端到底面通过斜面B’平滑过渡，侧面C与底面垂直，侧面D与底面垂直；

所述的凹模的底面、侧面C和侧面D为主体成型板，所述的凹模的侧面A 和侧面B均为型面成型板；

所述的斜面A与斜面A’的倾斜角度、长、宽均相同；

所述的斜面B与斜面B’的倾斜角度、长、宽均相同；

所述的斜面A与底面的角度为5-10°；

所述的斜面B与底面的角度为5-10°；

一种使用成型模具成型固体推进剂片材的方法，该方法的步骤包括：

(1)将固体推进剂药浆浇入凹模中并刮平；

(2)将凸模压入到凹模的正中间位置，且使凸模的顶面与凹模的底面平行，凸模中与顶面平行的棱与凹模的底面相接触，即通过凸模中与顶面平行的棱将凹模中的固体推进剂药浆一分为二，并通过支腿对凸模进行支撑固定；

(3)将步骤(2)得到的固体推进剂药浆、凸模与凹模的组合体进行固化后脱模，得到两片固体推进剂片材，固体推进剂片材的形状为直平行六面体；两片固体推进剂片材分别为固体推进剂片材A和固体推进剂片材B；

(4)将步骤(3)得到的两片固体推进剂片材分别进行卷曲、粘接后得到两个固体推进剂圆管，在对固体推进剂片材进行卷曲粘接时，在斜面A上成型的面与在斜面A’上成型的面向对接粘接；在斜面B上成型的面与在斜面B’上成型的面向对接粘接；

所述的步骤(3)中得到的固体推进剂片材A中，在凹模的斜面A’上成型的面为固体推进剂片材A的一个侧面AA，该侧面AA为斜面，在凸模(1)斜面A上成型的面为固体推进剂片材A的另一个侧面AA’，该侧面AA’为斜面，在凹模的侧面C上成型的面为固体推进剂片材A的顶面，在凹模的侧面D上成型的面为固体推进剂片材A的底面，固体推进剂药浆被刮平的面为固体推进剂片材A的上表面，在凹模的底面上成型的面为固体推进剂片材A的下表面；

所述的步骤(3)中得到的固体推进剂片材B中，在凹模的斜面B’上成型的面为固体推进剂片材B的一个侧面BB，该侧面BB为斜面，在凸模斜面B 上成型的面为固体推进剂片材B的另一个侧面BB’，该侧面BB’为斜面，在凹模的侧面C上成型的面为固体推进剂片材B的顶面，在凹模的侧面D上成型的面为固体推进剂片材B的底面，固体推进剂药浆被刮平的面为固体推进剂片材B的上表面，在凹模的底面上成型的面为固体推进剂片材B的下表面；

所述的步骤(4)中，固体推进剂片材A中，侧面AA和侧面AA’为粘接面；固体推进剂片材B中，侧面BB和侧面BB’为粘接面；

为保证粘接强度，粘接面宽a≥20mm，也就是侧面AA、侧面AA’、侧面 BB和侧面BB’的宽均不小于20mm；

为保证易于脱模，凸模(1)上的支腿的宽度b≤10mm；

为保证固体推进剂片材易于卷曲，凹模深度e≤10mm，也就是凹模的四个侧面的高度均不大于10mm。

一种固体推进剂片材的成型模具，该成型模具包括凸模和凹模；凸模的形状为三棱柱和长方体的组合体，长方体的高大于三棱柱的高，长方体高出三棱柱的部分作为支承，用于凸模与凹模组合时支撑凸模，为保证易于脱模，支承宽b≤10mm；

三棱柱的底面C、D面为等腰三角形，底边上的高与凹模深度e相等，三棱柱的高(c)与凹模内宽(c)相等，为保证复合固体推进剂片材易于卷曲，凹模深度e≤10mm。

凹模的形状为一长方形盒，包括一个底面E和四个侧面A'、B'、C'和D'；其中，侧面A'的顶端到底面E通过斜面A'平滑过渡，侧面B'的顶端到底面E 通过斜面B'平滑过渡，侧面C与底面垂直，侧面D与底面垂直。斜面A与斜面A'的倾斜角度、长、宽均相同；斜面B与斜面B’的倾斜角度、长、宽均相同,为保证粘接形成圆管的圆度和粘接强度，斜面A、A'、B、B'宽a≥20mm，角度为5°～10°。

使用上述成型模具成型固体推进剂片材的步骤包括：

I.将复合固体推进剂药浆浇入凹模中并刮平；

II.将凸模压入到凹模的正中间位置，使长方体高出三棱柱的部分架在凹模的边缘上，此时三棱柱的棱恰好与凹模的底面E接触，将药浆分隔为相同的2 部分。在此基础上，以凹模顶面为基准将药浆再次刮平。

III.将步骤II得到的固体推进剂药浆、凸模与凹模的组合体进行固化后脱模，1套模具得到2片相同的复合固体推进剂片材，形状为直平行六面体。

IV.将步骤III得到的2片复合固体推进剂片材分别进行卷曲、粘接后可制得2个固体推进剂圆管，在对复合固体推进剂片材进行卷曲粘接时，在斜面A 上成型的面与在斜面A'上成型的面向对接粘接；在斜面B上成型的面与在斜面 B'上成型的面向对接粘接；

对于以上步骤III中得到的复合固体推进剂片材，在凹模的斜面A'上成型的面为其中一个复合固体推进剂片材的一个侧面A'，该侧面为斜面，在凸模斜面A上成型的面为该复合固体推进剂片材的另一个侧面A，该侧面为斜面；在凹模的斜面B'上成型的面为其中一个复合固体推进剂片材的一个侧面B'，该侧面为斜面，在凸模斜面B上成型的面为该复合固体推进剂片材的另一个侧面B，该侧面为斜面；

在凹模的侧面C'和D'上成型的面为2个直平行六面体形复合固体推进剂片材各自的2个底面，凹模的底面E和复合固体推进剂药浆被刮平的面为2个直平行六面体形复合固体推进剂片材各自的另外2个侧面。

有益效果

(1)本实用新型成型的固体推进剂片材一次成型，整体尺寸、尤其是粘接面尺寸精确；本实用新型成型的固体推进剂片材的原料适用于能量水平、力学性能更优的复合固体推进剂，可用于制造耐热极限温度超过300℃的复合固体推进剂圆管；本发明的成型模具能够成型厚度4mm及更薄的固体推进剂片材，为制造薄壁厚的固体推进剂圆管提供了一种途径；本实用新型成型的固体推进剂片材一次成型，整体尺寸、尤其是粘接面尺寸精确；

(2)使用本实用新型的固体推进剂片材的成型模具避免了后期整形，从而避免了因整形而发生燃烧、爆炸等事故；

(3)本实用新型成型的固体推进剂片材的原料适用于能量水平、力学性能更优的复合固体推进剂；

(4)被罚那么的成型模具能够成型厚度4mm及更薄的固体推进剂片材，为制造薄壁厚的固体推进剂圆管提供了一种途径。

(5)本实用新型涉及了一种固体推进剂片材的浇注成型模具，该模具能够通过浇注工艺成型直平行六面体固体推进剂片材，后者是制作用于增强射孔效果的固体推进剂圆管的主要材料。该模具由凸模和凹模组成，每1套模具每 1次浇注能够同时成型2片固体推进剂片材，且3和4为粘接面。每1片固体推进剂片材通过卷成筒状并粘接面3与面4可制成固体推进剂圆管。该模具能够成型厚度4mm及更薄的固体推进剂片材，为制造薄壁厚的固体推进剂圆管提供了一种途径。

附图说明

图1为本实用新型的成型模具的结构组成示意图；

图2为本实用新型的成型模具中凸模的结构示意图；

图3为本实用新型的成型模具中凹模的结构示意图；

图4为本实用新型的成型模具中凸模的尺寸表示示意图；

1-凸模；2-凹模，a-粘接面宽度；b-凸模支腿肩宽度；c-凹模成型面宽度； d-凹模成型面长度；e-凹模深度。

具体实施方式

一种固体推进剂片材的成型模具，该成型模具包括凸模1和凹模2；

所述的凸模1的形状为三棱柱和长方体的组合体，长方体的高大于三棱柱的高，A面和B面为三棱柱的侧面，C面和D面为三棱柱的底面；

所述的凹模2的形状为一长方形盒，包括一个底面E和四个侧面A'、B'、 C'和D'；其中，侧面A'的顶端到底面E通过斜面A'平滑过渡，侧面B'的顶端到底面E通过斜面B'平滑过渡，侧面C与底面垂直，侧面D与底面垂直。

所述的斜面A与斜面A'的倾斜角度、长、宽均相同；所述的斜面B与斜面B’的倾斜角度、长、宽均相同。

所述的斜面A、A'、B、B'宽a≥20mm，角度为5°～10°。

所述凸模1中，三棱柱的高(c)与凹模内宽(c)相等。

凸模1中，三棱柱的底面C、D面为等腰三角形，底边上的高与凹模深度 e相等。

该成型模型所成型的固体推进剂片材为直平行六面体。

凹模2深度e≤10mm。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。

实施例1

如图1-图4所示，对于Ф89mm射孔枪配套固体推进剂圆管所用的成型模具包括凸模1和凹模2；凸模1上斜面A的长为c＝300mm，凸模1上斜面A 的宽为a＝40mm；也就是粘接面为长c＝300mm、宽a＝40mm的矩形面；

凸模1上的支承宽度b＝5mm；

凹模2内的有效成型尺寸包络d＝650mm，凹模2的深度e＝4mm；

凸模1的斜面A和斜面B的倾斜角度、长、宽均相同；

所述的斜面A与底面的角度约为6°；

所述的斜面B与底面的角度为6°；

凸模1为304不锈钢材质，通过机械加工制成；

凹模2的主体成型板为钢化玻璃材质，凹模2的底面为玻璃板，侧面C为玻璃条，侧面D为玻璃条，凹模2的底面与侧面C、侧面D通过紫外线光固化胶水(无影胶)粘接而成；

凹模2的型面成型板为铝合金材质，通过机械加工制成；

主体成型板与型面成型板通过紫外线光固化胶水(无影胶)粘接制成凹模 2；

一种使用成型模具成型固体推进剂片材及圆管制作过程：先将固体推进剂药浆浇入凹模2中并刮平，然后凹模正中位置压入凸模1，形成图1装配图所示的状态，刮平后经固化、脱模，该成型模具制得2片相同的如图2所示的直平行六面体固体推进剂片材。片材整体厚度为4mm，形状为直平行六面体，底面平行四边形边长为285mm×40mm，棱长为300mm。每1片片材经卷曲、粘接可制成长300mm，内径90mm，壁厚4mm的固体推进剂圆管，外表面涂防水胶可制得成品。

若浇注采用以端羟基聚丁二烯(HTPB)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、高氯酸钾、三氨基三硝基苯(TATB)、癸二酸二辛脂(DOS)为主要组分的药浆，可制得最大抗拉强度σm(20℃)＝1.1MPa最大抗拉强度下的延伸率εm (20℃)＝59％，300℃井下环境放置24h仍能正常工作的复合固体推进剂圆管。

实施例2

如图1-图4所示，对于Ф95mm射孔枪配套固体推进剂圆管所用的成型模具包括凸模1和凹模2；凸模1上斜面A的长为c＝300mm，凸模1上斜面A 的宽为a＝40mm；也就是粘接面为长c＝300mm、宽a＝40mm的矩形面；

凸模1上的支承宽度b＝5mm；

凹模2内的有效成型尺寸包络d＝690mm，凹模2的深度e＝4mm；

凸模1的斜面A和斜面B的倾斜角度、长、宽均相同；

所述的斜面A与底面的角度约为6°；

所述的斜面B与底面的角度为6°；

凸模1为304不锈钢材质，通过机械加工制成。

凹模2中主体成型板为钢化玻璃材质，由1个玻璃板和2个玻璃条通过紫外线光固化胶水(无影胶)粘接而成；

型面成型板为铝合金材质，通过机械加工制成；

主体成型板与型面成型板通过紫外线光固化胶水(无影胶)粘接制成凹模 2。

片材及圆管制作过程：先将固体推进剂药浆浇入凹模2中并刮平，然后凹模正中位置压入凸模1，形成图1装配图所示的状态，刮平后经固化、脱模，每1套模具可得2片相同的如图2所示的直平行六面体形固体推进剂片材。片材整体厚度为4mm，形状为直平行六面体，底面平行四边形边长为 305mm×40mm，棱长为300mm。每1片片材经卷曲、粘接可制成长300mm，内径96mm，壁厚4mm的固体推进剂圆管。

若浇注采用以端羟基聚丁二烯(HTPB)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、高氯酸钾、三氨基三硝基苯(TATB)、癸二酸二辛脂(DOS)为主要组分的药浆，可制得最大抗拉强度σm(20℃)＝1.1MPa最大抗拉强度下的延伸率εm (20℃)＝59％，300℃井下环境放置24h仍能正常工作的复合固体推进剂圆管。

实施例3

如图1-图4所示，对于Ф102mm射孔枪配套固体推进剂圆管所用的成型模具包括凸模1和凹模2；凸模1上斜面A的长为c＝300mm，凸模1上斜面 A的宽为a＝40mm；也就是粘接面为长c＝300mm、宽a＝40mm的矩形面；

凸模1上的支承宽度b＝5mm；

凹模2内的有效成型尺寸包络d＝730mm，凹模2的深度e＝3mm；

凸模1的斜面A和斜面B的倾斜角度、长、宽均相同；

所述的斜面A与底面的角度约为6°；

所述的斜面B与底面的角度为6°；

对于Ф102mm射孔枪配套固体推进剂圆管所用的浇注模具，a＝40mm， b＝5mm，c＝300mm，d＝730mm，e＝3mm。

凸模1为304不锈钢材质，通过机械加工制成。

凹模2中主体成型板为钢化玻璃材质，由1个玻璃板和2个玻璃条通过紫外线光固化胶水(无影胶)粘接而成；

型面成型板为铝合金材质，通过机械加工制成；

主体成型板与型面成型板通过紫外线光固化胶水(无影胶)粘接制成凹模 2。

片材及圆管制作过程：先将固体推进剂药浆浇入凹模2中并刮平，然后凹模正中位置压入凸模1，形成图1装配图所示的状态，刮平后经固化、脱模，每1套模具可得2片相同的如图2所示的直平行六面体形固体推进剂片材。片材整体厚度为3mm，形状为直平行六面体，底面平行四边形边长为为 325mm×40mm，棱长为300mm。每1片片材经卷曲、粘接可制成长300mm，内径103mm，壁厚3mm的固体推进剂圆管。

若浇注采用以端羟基聚丁二烯(HTPB)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、高氯酸钾、三氨基三硝基苯(TATB)、癸二酸二辛脂(DOS)为主要组分的药浆，可制得最大抗拉强度σm(20℃)＝1.1MPa最大抗拉强度下的延伸率εm (20℃)＝59％，300℃井下环境放置24h仍能正常工作的复合固体推进剂圆管。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。