专利名称：真空高速发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发射装置，尤其是一种用于高速冲击成形实验的发射装置，具体地说是一种真空高速发射装置。
背景技术：
众所周知，高速冲击可以使材料在极高的 变形速度下成形，高速冲击成形实验能完成一些用常规方法难以实现的特殊工件的成形。其中冲头速度对冲击效果有重要的影响，但是目前的高速发射装置存在冲头在预定长度发射管飞行过程中未能充分加速(冲头变加速)的问题，冲头未达到预定速度必将影响冲击效果。此外冲头的后部由高压气体推动，冲头向前飞行的空气阻力也会降低冲头速度。随着冲头在发射管中飞行距离增加，冲头后部的气压逐渐降低，冲头前面的空气阻碍效果会更加明显。如周立端、曲建波、黄文云的论文Φ 100大型霍普金森杆论证的气炮发射试验研究。论文中提到霍普金森杆气炮发射装置。作为一种通用的高速发射装置。发射时，向气体炮内部加入高压，利用高压气体推动冲击杆发射，使弹丸获得高速进行冲击。但是在冲击杆飞行过程中，由于冲击杆后部的高压气体压力会随着其占用发射管体积的增加而下降，冲击杆后部的气压下降，使得冲击杆加速过程加速度不断减小的变加速运动，降低加速效果，影响冲击杆最终速度，降低冲击成形效果。作为高压气发射装置，霍普金森杆气炮发射装置不能解决冲击杆前面空气阻力减低冲击杆速度的问题。用真空进行发射冲击的装置，不会碰到高压气发射的问题。可以解决冲击杆前面空气阻力减低冲击杆速度的问题。用真空进行发射冲击的装置在论文中有所论述，但是装置不详，发射方法有待改进。如陈家安、雷全新、江树吼、何晓祺、乔景武的论文真空炮研究。该论文提供的真空炮的发射原理为用真空进行冲头的发射。试验前发射管两端密封，真空系统对真空装置和发射管抽真空。发射时用限位销抽将弹丸施放，试验弹在大气压力的作用下直线加速，直至进入回收管。该装置弹丸施放机构使用限位销，使得系统抽真空时密封的缺陷，造成弹丸发射时发射管空气的泄露，降低加速效果。其次，应用限位销控制弹丸发射，操作不便，在多次重复实验时影响效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有的高速发射装置利用高压气体进行发射时，冲头后部气体压力随着冲头的飞行而减小，从而导致冲头加速度的减小，影响冲头速度和冲击效果的问题，设计一种准匀加速运动，同时对冲头的发射应用气动控制的真空高速发射装置，以避免冲头前面空气阻力影响冲头速度的缺陷。本发明的技术方案是
一种真空高速发射装置，它包括发射管5、滑块3和真空发生装置11，其特征是所述的发射管5的发射端密封连接有密封法兰2，密封法兰2的内腔中加工有与发射管5相连通的轴向台阶状通孔，冲头I安装在密封法兰2的轴向台阶状态通孔中，冲头I的一端与密封法兰2中的台阶面相抵而实现单向定位，同时使密封法兰2实现端面密封，冲头I的另一端呈自由状态并与空气相接触，在密封法兰2上还加工有径向通孔，该径向通孔通过连接管道与真空发生装置11相连通以实现对发射管5的一端抽真空；发射管5的击发端安装有顶柱法兰6，顶柱法兰6的中心设有凸起的顶柱601，顶柱601的周边设有轴向通孔602，在顶柱法兰6上还加工有与轴向通孔602连通的、用于连 接真空发生装置11的径向抽真空孔603，在顶柱法兰6的外侧安装有高压气缸7，高压气缸7的内腔呈台阶状结构，发射活塞8的内端安装在高压气缸7的小内径腔中，发射活塞8的外端设有一个只能在高压气缸7的大内径腔中移动的端面凸台801，高压气缸7的大直径内腔面、台阶面、发射活塞8的外表面及端面凸台801之间形成一个阻尼腔B，阻尼腔B与控制阀A相连通；在发射活塞8的内端面上设有供顶柱法兰6上的顶柱601通过的端面通孔802，密封塞9的一端与该端面通孔802相配合，密封塞9的另一端插装在支撑法兰10的导向孔柱101中，支撑法兰10固定在高压气缸7的外端面上，在支撑法兰10上加工有连通发射活塞8内腔与大气的轴向通孔102 ;所述的滑块3位于发射管5并与顶柱法兰6的端面相抵。所述的顶柱法兰6上的轴向通孔602的数量为三个，它们均布在顶柱601的周围。所述的支撑法兰10上均布加工有三个轴向通孔102。所述的发射管靠近密封法兰2的一端支承在支架4中。所述的高压气缸7加工有连通顶柱法兰6上的径向抽真空孔603的通孔，该通孔与真空发生装置11的抽真空管相连通。所述的发射管5的长度不小于10米。本发明的有益效果
I.本发明利用对发射管抽真空而后滑块施加恒定压力，使得滑块获得长时间直线准匀加速。解决了利用高压气体进行发射的通用发射装置，滑块后部压力随滑块加速减小，使得滑块做加速度减小的加速运动，造成加速不充分的问题，避免了高压气体高速发射装置中滑块在发射管内不能充分加速的缺陷。在本发明装置中，加速过程中的滑块能充分利用发射管的长度加速到极高的速度，最终实现高速冲击。2.本发明对发射管抽真空，即对位于发射管内部的滑块前后发射管腔抽真空。而后对滑块后部施加恒定压力，使得滑块向前加速飞行时不受空气阻力的影响。避免产生利用高压气体进行高速发射装置，因发射管口敞开，导致滑块向前加速飞行受到空气阻力的问题。3.本发明提供的装置，触发利用发射活塞的运动，使得密封部件自动脱离，将恒定气压瞬时施加到滑块后部，使得滑块发射实现触发的瞬时性和自动化。触发机制可以保证系统在密封很好的情况下瞬时触发，既避免因漏气和触发延时造成的误差，又使得对滑块发射的控制更加简单方便。4.本发明装置可以解决现有高压发射装置滑块不能匀加速的问题，提高冲击效果。此外利用气压控制发射，使得控制更加简单。
图I是本发明的外形结构示意图。图2是图I的剖视图。
图3是发射状态下利用真空进行发射的装置的剖视图。图4是本发明的顶柱法兰的局部剖视图。图5是本发明的支撑法兰的右视图。图中1.冲头；2.密封法兰；3.滑块；4.支架；5.发射管；6.顶柱法兰；7.高压气缸；8.发射活塞；9.密封塞；10.支撑法兰；11.真空装置。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1-5所示。 一种真空高速发射装置，它包括发射管5、滑块3和真空发生装置11，所述的发射管5的发射端密封连接有密封法兰2，密封法兰2的内腔中加工有与发射管5相连通的轴向台阶状通孔，冲头I安装有密封法兰2的轴向台阶状态通孔中，冲头I的一端与密封法兰2中的台阶面相抵而实现单向定位，同时使密封法兰2实现端面密封，冲头I的另一端呈自动状态并与空气相接触，在密封法兰2上还加工有径向通孔，该径向通孔通过连接管道与真空发生装置11相连通以实现对发射管5的一端抽真空；发射管5的击发端安装有顶柱法兰6，顶柱法兰6的中心设有凸起的顶柱601，顶柱601的周边设有轴向通孔602，在顶柱法兰6上还加工有与轴向通孔602连通的、用于连接真空发生装置11的径向抽真空孔603，在顶柱法兰6的外侧安装有高压气缸7，高压气缸7的内腔呈台阶状结构，发射活塞8的内端安装在高压气缸7的小内径腔中，发射活塞8的外端设有一个只能在高压气缸7的大内径腔中移动的端面凸台801，高压气缸7的大直径内腔面、台阶面、发射活塞8的外表面及端面凸台801之间形成一个阻尼腔B，阻尼腔B与控制阀A相连通；在发射活塞8的内端面上设有供顶柱法兰6上的顶柱601通过的端面通孔802，密封塞9的一端与该端面通孔802相配合，密封塞9的另一端插装在支撑法兰10的导向孔柱101中，支撑法兰10固定在高压气缸7的外端面上，在支撑法兰10上加工有连通发射活塞8内腔与大气的轴向通孔102 ;所述的滑块3位于发射管5并与顶柱法兰6的端面相抵。如图I图2所示。一种利用真空进行发射的装置，它包括冲头I、密封法兰2、滑块3、支架4、发射管5、顶柱法兰6、高压气缸7、发射活塞8、密封塞9、支撑法兰10、真空装置
11。由图I、2可知，本发明在功能上可分为左侧的密封部分，中间的加速部分和右侧的密封部分。左侧密封部分由冲头1，密封法兰2组成。冲头I位于密封法兰2内，冲头I在密封法兰2中可以向左自由移动，向右的自由度被限制。法兰2密封安装在发射管5左端，二者中心轴同轴。中间加速部分由滑块3，发射管5组成。发射管5为中空长管，滑块3紧贴发射管5的内壁并且可在发射管5内左右滑动。为保证滑块3的发射速度，要求滑块3加速的长度为8-12m，即发射管5的长度为8-12m。发射管5的右端与顶柱法兰6和高压气缸7密封安装(如图4)。右侧密封部分由顶柱法兰6、高压气缸7、发射活塞8、密封塞9、支撑法兰10组成。高压气缸7中间加工成台阶孔，发射活塞8与高压气缸7紧密贴合安装，二者中心轴同轴，发射活塞8可以在高压气缸7内部左右滑动。发射活塞8为中空结构，密封塞9伸入发射活塞8内，密封塞9的左端可堵住发射活塞8。支撑法兰10 (如图5)安装在高压气缸7的右端，法兰10的中心管与高压气缸7内腔同轴。密封塞9安装在法兰10的中心管里可左右滑动，法兰10对密封塞9起到支撑导向作用。所述密封法兰2为中空结构，加工 有台阶孔，并沿径向加工向下的ΦΙΟι πι管接头插孔。图4为顶柱法兰6的剖视图结构。顶柱法兰6为圆盘状，中心为突起的圆柱，呈120°加工有三个扇形通孔，并沿径向加工直径Φ IOmm通孔。所述高压气缸7轴向中间加工成台阶孔，侧壁沿径向加工向上的管接头插孔。控制阀A通过气压管与高压气缸7连通。图5为支撑法兰10的主视图。支撑法兰10为圆盘结构，中间为突出的长管(如图2结构)。环绕沿中心顶柱120°加工三个通孔，在滑块3发射时，三个通孔使得外界空气进入装置。本发明的真空装置11由真空罐和真空机组成，通过气压管将左右密封的发射管5腔抽真空。真空装置11通过控制阀D、气压管分别和密封法兰2、顶柱法兰6连通，送气管末端的管接头分别与密封法兰2和顶柱法兰6的Φ IOmm管接头插孔连接。各密封贴合部分采用橡胶密封。本发明的发射过程为
图2为发射装置发射前的状态，关闭控制阀Α。高压气缸7的内腔是个台阶孔，左侧为小孔，右侧为大孔。发射活塞8外轴为阶梯轴。高压气缸7的台阶孔与发射活塞8阶梯轴的外壁对应配合，发射活塞8外壁与大孔内壁之间就形成了密封腔B。密封腔B封住一定体积的空气。滑块3在发射管5内部，在滑块3的左侧由冲头I、法兰2、发射管5、滑块3组成密封腔G ;在滑块3的右侧由滑块3、支架4、发射管5、顶柱法兰6、高压气缸7、发射活塞8、密封塞9组成密封腔q。为了保持滑块3在发射管5右端的发射位置在抽真空时不发生
改变，打开控制阀D对G、Cj同时抽真空，F为抽真空时密封腔内的空气流向。在装置的左侧外界气压将冲头I向右推，冲头I与法兰2贴紧密封；在装置的右侧外界空气推动密封塞9，密封塞9左端顶紧发射活塞8内腔端面，将发射活塞8向左推动。控制阀A关闭，发射活塞8左移压缩密封腔B，由于气体不可能无限压缩，发射活塞8和密封塞9左移一定距离就会停止，不会与顶柱法兰6的顶柱接触。此时发射活塞8和密封塞9内腔端面紧密贴合，密封塞9左端密封发射活塞8左侧端面中心孔，外界气体不能进入真空腔。图3所示，关闭控制阀D，打开控制阀A，密封腔B的压缩气体被外界气压挤出，密封腔B缩小，发射活塞8和密封塞9向左快速移动(如图2所示)，到顶柱法兰6的后，顶柱法兰6将密封塞9顶起，发射活塞8和密封塞9分离，外界气体(其流向为G)进入真空腔，对滑块3加速。最后高速滑块3撞击冲头1，使得冲头I高速射出装置。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种真空高速发射装置，它包括发射管(5)、滑块(3)和真空发生装置(11)，其特征是所述的发射管(5)的发射端密封连接有密封法兰(2)，密封法兰(2)的内腔中加工有与发射管(5)相连通的轴向台阶状通孔，冲头(I)安装有密封法兰(2)的轴向台阶状态通孔中，冲头(I)的一端与密封法兰(2)中的台阶面相抵而实现单向定位，同时使密封法兰(2)实现端面密封，冲头(I)的另一端呈自动状态并与空气相接触，在密封法兰(2)上还加工有径向通孔，该径向通孔通过连接管道与真空发生装置(11)相连通以实现对发射管(5)的一端抽真空；发射管(5)的击发端安装有顶柱法兰(6)，顶柱法兰(6)的中心设有凸起的顶柱(601)，顶柱(601)的周边设有轴向通孔(602)，在顶柱法兰(6)上还加工有与轴向通孔(602)连通的、用于连接真空发生装置(11)的径向抽真空孔(603)，在顶柱法兰(6)的外侧安装有高压气缸(7)，高压气缸(7)的内腔呈台阶状结构，发射活塞(8)的内端安装在高压气缸(7)的小内径腔中，发射活塞(8)的外端设有一个只能在高压气缸(7)的大内径腔中移动的端面凸台(801)，高压气缸(7)的大直径内腔面、台阶面、发射活塞(8)的外表面及端面凸台(801)之间形成一个阻尼腔(B)，阻尼腔(B)与控制阀(A)相连通；在发射活塞(8)的内端面上设有供顶柱法兰(6)上的顶柱(601)通过的端面通孔(802)，密封塞(9)的一端与该 端面通孔(802)相配合，密封塞(9)的另一端插装在支撑法兰(10)的导向孔柱(101)中，支撑法兰(10)固定在高压气缸(7)的外端面上，在支撑法兰(10)上加工有连通发射活塞(8)内腔与大气的轴向通孔(102);所述的滑块(3)位于发射管(5)并与顶柱法兰(6)的端面相抵。
2.根据权利要求I所述的真空高速发射装置，其特征是所述的顶柱法兰(6)上的轴向通孔(602)的数量为三个，它们均布在顶柱(601)的周围。
3.根据权利要求I所述的真空高速发射装置，其特征是所述的支撑法兰(10)上均布加工有三个轴向通孔(102)。
4.根据权利要求I所述的真空高速发射装置，其特征是所述的发射管靠近密封法兰(2)的一端支承在支架(4)中。
5.根据权利要求I所述的真空高速发射装置，其特征是所述的高压气缸(7)加工有连通顶柱法兰(6)上的径向抽真空孔(603)的通孔，该通孔与真空发生装置(11)的抽真空管相连通。
6.根据权利要求I所述的真空高速发射装置，其特征是所述的发射管(5)的长度不小于10米。
全文摘要
一种真空高速发射装置，它包括冲头(1)，密封法兰(2)，滑块(3)，支架(4)，发射管(5)，顶柱法兰(6)，高压气缸(7)，发射活塞(8)，密封塞(9)，支撑法兰(10)，真空装置(11)。滑块(3)位于发射管(5)内。冲头(1)与安装在发射管(5)左侧的密封法兰(2)形成密封；高压气缸(7)安装在发射管(5)的右侧，并与发射活塞(8)、密封塞(9)在发射管(5)的右侧形成密封。发射管(5)内腔在两侧被密封，形成真空腔。滑块(3)发射时，打开发射活塞(8)和密封塞(9)的密封，用外界大气压推动滑块(3)加速，最后滑块(3)撞击冲头(1)，对冲头(1)传递速度，加速冲头(1)完成冲击成形。本发明装置可以解决现有高压发射装置滑块不能匀加速的问题，提高冲击效果。此外利用气压控制发射，使得控制更加简单。
文档编号G01N3/307GK102818734SQ20121027391
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者刘会霞, 郭朝, 沈宗宝, 张虎, 李品, 胡杨, 杜道忠, 高阳阳, 刘辉, 王霄 申请人:江苏大学