亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法及模具技术

本发明专利技术公开了一种亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法，柔性堵盖成型模具的设计制造、制作胶片、裁剪胶片、制备圆台胶片：将两张环形胶片均裁剪一个扇环，然后将扇环的两边对合形成圆台胶片、制备尼龙夹布、柔性堵盖模压成型。采用尼龙夹布增强柔性堵盖厚壁处的强度，且对尼龙夹布结构和表面亲和性进行了二次设计和处理，解决了普通尼龙夹布模压过程中跑丝至薄壁部分导致柔性堵盖漏气的问题，解决了普通尼龙夹布与天然橡胶结合力差的问题，大大提高了柔性堵盖的强度和工艺性，且工艺简单、成本低廉；采用薄壁厚壁一体模压成型的方式制备柔性堵盖解决了亚声速分离线单轴摆动喷管的柔性堵盖漏气问题，提高了安全性。

【技术实现步骤摘要】
亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法及模具
本专利技术属于固体火箭发动机零部件加工
，具体涉及一种亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法及模具。
技术介绍
固体火箭发动机是航天飞行器的动力装置，由燃烧室(装有推进剂药柱)、喷管及点火器等主要部分组成。喷管位于燃烧室的尾部，由收敛段、喉衬及扩张段三部分组成，是固体火箭发动机的能量转换装置。喷管堵盖通过粘接或螺钉安装在喷管的收敛段、喉衬或扩张段上，其主要功能有三个方面：a)封闭发动机燃烧室，起防潮、防尘作用；b)点火时为固体火箭发动机提供一个瞬时密闭容器，使燃气在燃烧室内停留一段时间，有利于点火压强的建立，缩短点火延迟时间，实现可靠点火。如果喷管堵盖打开压强低，可造成点火延迟期增加，点火药能量损失增大，严重时可出现发动机熄火；当打开压强过高，引起过高的初始点火压强峰，严重时可致使固体火箭发动机爆炸；c)作为尾部点火器的安装支架。根据工作用途，喷管堵盖可分为蓄压防尘防潮作用的环境堵盖、专门设计的防尘防潮堵盖、点火器支架式堵盖、流量限制的结构形式堵盖等。按其形状，喷管堵盖有球形堵盖、平堵盖、开槽式堵盖、片形堵盖、内凹形堵盖和异型堵盖等；按其安装位置，可分为扩张段头部、扩张段内型面、扩张段与喉衬的间隙、喉衬与收敛段的间隙和收敛段头部等位置的喷管堵盖；按其材料，可分为金属堵盖和非金属堵盖，金属堵盖又可分为纯铝堵盖、硬铝堵盖及铜堵盖等，非金属堵盖可分为复合材料堵盖、泡沫塑料堵盖和橡胶堵盖等。由于喷管堵盖为薄壁件且容易变形，在喷管研制过程中，出现了很多技术问题，如常出现漏气现象，使得喷管堵盖在存储过程中被吹出，打开压强偏低或偏高和喷管堵盖无法打开导致固体火箭发动机爆炸等问题。特别是对于一种亚声速分离线的单轴摆动喷管，喷管堵盖不仅在固体火箭发动机存储和运输过程中起防尘、防潮作用，而且在固体火箭发动机点火前后，喷管做摆动动作时也应具有密封作用和在规定压强下打开的功能。传统的金属堵盖飞出质量大、安全性低；复合材料堵盖和泡沫塑料堵盖柔性差、变形大、容易漏气。目前亚声速分离线的单轴摆动喷管喷管堵盖多采用橡胶制成的柔性堵盖，分成堵盖一和堵盖二两部分。堵盖一为厚度1mm左右的异型薄壁橡胶件，一边粘接于收敛段内型面上，另一边跨过喷管亚声速分离线与堵盖二搭接粘接在一起，在喷管摆动时堵盖一能适应一定的拉伸变形，不会造成过大的摆动力矩，也不会形成过大的剥离力导致粘接面脱粘，主要起密封作用。堵盖二为厚度3mm左右的夹布橡胶件，粘接于喉衬内型面上，其在0.5～2.5MPa压强下可以以破坏形式打开，不仅起密封作用，而且起保证发动机点火压强的作用。但该技术方案粘接面多，工艺复杂，密封可靠性差，喷管摆动后经常出现粘接面脱粘漏气的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要针对传统加工方法的不足，提供一种提高固体火箭发动机密封可靠性和安全性的亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法及模具。为实现上述目的，本专利技术所设计的亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法，所述柔性堵盖结构的尺寸参数包括厚壁母线长度L、薄壁母线长度l、厚壁厚度M及薄壁厚度m，所述柔性堵盖的成型方法包括如下步骤：1)柔性堵盖成型模具的设计制造：按柔性堵盖结构尺寸和橡胶模压收缩率设计制造柔性堵盖成型模具，且成型模具的型腔尺寸比柔性堵盖的外形尺寸大2～3％；2)制作胶片：采用天然橡胶混炼胶片，其胶片厚度T＝厚壁厚度M×(1+2％)/2+(0.2～0.3)mm；3)裁剪胶片：将步骤2)中制得的胶片裁剪成两张环形胶片和两张圆形胶片，环形胶片的内径与圆形胶片的直径相同φD＝两倍的厚壁母线长度L，环形胶片的外径φd＝φD+两倍的薄壁母线长度l；4)制备圆台胶片：将两张环形胶片均裁剪一个扇环，然后将扇环的两边对合形成圆台胶片；5)制备尼龙夹布：根据柔性堵盖结构尺寸和展开值裁剪尼龙布，经编织、冲孔制成圆形预尼龙夹布，放入间苯二酚—甲醛水溶液中预浸渍，晾干后涂刷胶粘剂晾干或烘干制成圆形尼龙夹布；6)柔性堵盖模压成型：将柔性堵盖成型模具放在平板硫化机上升温至150～180℃，预热保温20～25min，使柔性堵盖成型模具中的温差不大于10℃；然后将两个圆台胶片放入下模薄壁型面上、将中间夹有尼龙夹布的两个圆形胶片放入下模厚壁型面上，且环形胶片、尼龙夹布和圆形胶片的中心均与模具的中心重合；合模后逐级加压、排气后再加压硫化，硫化完成后出模、修剪成柔性堵盖。进一步地，所述步骤1)中，成型模具中上模内型面和下模内型面的表面光洁度均不大于1.6μm。进一步地，所述步骤2)中，天然橡胶采用的是一级烟胶片，天然橡胶混炼胶片的工艺过程如下：向一级烟胶片中依次加入粘合剂Rs和ZnO混炼均匀→依次加入硬脂酸和月桂酸混炼均匀→依次加入促进剂和防老剂混炼均匀→依次加入白炭黑增强剂、凡士林增粘剂和半补强炭黑增强剂混炼均匀→依次加入粘合剂A和硫磺硫化剂混炼均匀→静置8～16小时→性能测试→压延→出片，得到厚度均匀的胶片；胶片混炼加料时，辊距为3～5mm，前辊温度为45～50℃，后辊温度比前辊温度高5～10℃。其中：混炼胶片中各成分的质量份数比如下：一级烟胶片100、Rs粘合剂2.5～3.5、ZnO4.5～5.5、硬脂酸0.8～1.2、月桂酸1.1～1.3、促进剂2～3、防老剂2～3、白炭黑增强剂8～12、凡士林增粘剂2.7～3.1、半补强炭黑增强剂8～12、粘合剂A1.3～1.7及硫磺硫化剂0.8～1.2。进一步地，所述促进剂为NOBS促进剂和TMTD促进剂的混合促进剂，所述防老剂为防老剂A和4010NA防老剂的混合防老剂。进一步地，所述步骤5)中，尼龙布为840D锦纶子口布，且经向和纬向断裂强力500～800N/cm、经向和纬向断裂伸长率≤45％、厚度0.4±0.15mm及幅宽＞750mm。进一步地，所述步骤5)中，裁剪、编织、冲孔的具体过程为：在尼龙布中心画一个直径为D的圆，沿尼龙布的四个边将多余的丝线撕下，撕至与画线相切处形成一个类似圆形尼龙布；对类似圆形尼龙布的四个边均打结，每个边的中间D/4～D/5距离各打N个结，N＝D/60mm+(1～2)，同一边的N个结把相应的丝线束缚住，最后将四个角的部位沿圆弧挑线并打M个结，M＝1.4D/60mm-(2～3)，形成近似半径为D/2的圆角，然后将打结点外部的经纬线剪掉；最后在类似圆形尼龙布上冲若干个孔，若干个孔以类似圆形尼龙布的中心为圆心沿圆周均匀对称分布，且孔径φΔd和相互对称的孔间距Δl由柔性堵盖爆破值决定，形成近似直径为D的圆形预尼龙夹布。进一步地，所述步骤5)中，间苯二酚—甲醛水溶液中间苯二酚与甲醛摩尔比为1：1.5～2.5，溶剂为软水或蒸馏水，pH值为8～9。进一步地，所述步骤6)中，逐级加压、排气的过程如下：首先加压至2～3MPa后卸压，重复2～3次，再加压至4.5～5.5MPa后卸压，重复2～3次，再加压至7～8MPa后卸压，重复2～3次，再加压至9～11MPa后卸压，重复2～3次，排除模具型腔中的气体，且总共排气次数不少于8次。进一步地，所述步骤6)中，逐级加压、排气完成后合模，加压10±1MPa、保温25～30min硫化，硫化完成后脱模、除溢胶飞边得到所需的柔性堵盖。一种为实现上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法，所述柔性堵盖结构的尺寸参数包括厚壁母线长度L、薄壁母线长度l、厚壁厚度M及薄壁厚度m，其特征在于：所述柔性堵盖的成型方法包括如下步骤：1)柔性堵盖成型模具的设计制造：按柔性堵盖结构尺寸和橡胶模压收缩率设计制造柔性堵盖成型模具，且成型模具的型腔尺寸比柔性堵盖的外形尺寸大2～3％；2)制作胶片：采用天然橡胶混炼胶片，其胶片厚度T＝厚壁厚度M×(1+2％)/2+(0.2～0.3)mm；3)裁剪胶片：将步骤2)中制得的胶片裁剪成两张环形胶片和两张圆形胶片，环形胶片的内径与圆形胶片的直径相同φD＝两倍的厚壁母线长度L，环形胶片的外径φd＝φD+两倍的薄壁母线长度l；4)制备圆台胶片：将两张环形胶片均裁剪一个扇环，然后将扇环的两边对合形成圆台胶片；5)制备尼龙夹布：根据柔性堵盖结构尺寸和展开值裁剪尼龙布，经编织、冲孔制成圆形预尼龙夹布，放入间苯二酚—甲醛水溶液中预浸渍，晾干后涂刷胶粘剂晾干或烘干制成圆形尼龙夹布；6)柔性堵盖模压成型：将柔性堵盖成型模具放在平板硫化机上升温至150～180℃，预热保温20～25min，使柔性堵盖成型模具中的温差不大于10℃；然后将两个圆台胶片放入下模薄壁型面上、将中间夹有尼龙夹布的两个圆形胶片放入下模厚壁型面上，且环形胶片、尼龙夹布和圆形胶片的中心均与模具的中心重合；合模后逐级加压、排气后再加压硫化，硫化完成后出模、修剪成柔性堵盖。...

【技术特征摘要】
1.一种亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法，所述柔性堵盖结构的尺寸参数包括厚壁母线长度L、薄壁母线长度l、厚壁厚度M及薄壁厚度m，其特征在于：所述柔性堵盖的成型方法包括如下步骤：1)柔性堵盖成型模具的设计制造：按柔性堵盖结构尺寸和橡胶模压收缩率设计制造柔性堵盖成型模具，且成型模具的型腔尺寸比柔性堵盖的外形尺寸大2～3％；2)制作胶片：采用天然橡胶混炼胶片，其胶片厚度T＝厚壁厚度M×(1+2％)/2+(0.2～0.3)mm；3)裁剪胶片：将步骤2)中制得的胶片裁剪成两张环形胶片和两张圆形胶片，环形胶片的内径与圆形胶片的直径相同φD＝两倍的厚壁母线长度L，环形胶片的外径φd＝φD+两倍的薄壁母线长度l；4)制备圆台胶片：将两张环形胶片均裁剪一个扇环，然后将扇环的两边对合形成圆台胶片；5)制备尼龙夹布：根据柔性堵盖结构尺寸和展开值裁剪尼龙布，经编织、冲孔制成圆形预尼龙夹布，放入间苯二酚—甲醛水溶液中预浸渍，晾干后涂刷胶粘剂晾干或烘干制成圆形尼龙夹布；6)柔性堵盖模压成型：将柔性堵盖成型模具放在平板硫化机上升温至150～180℃，预热保温20～25min，使柔性堵盖成型模具中的温差不大于10℃；然后将两个圆台胶片放入下模薄壁型面上、将中间夹有尼龙夹布的两个圆形胶片放入下模厚壁型面上，且环形胶片、尼龙夹布和圆形胶片的中心均与模具的中心重合；合模后逐级加压、排气后再加压硫化，硫化完成后出模、修剪成柔性堵盖。2.根据权利要求1中亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，成型模具中上模内型面和下模内型面的表面光洁度均不大于1.6μm。3.根据权利要求1中亚声速分离线单轴摆动喷管用喷管柔性堵盖成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，天然橡胶采用的是一级烟胶片，天然橡胶混炼胶片的工艺过程如下：向一级烟胶片中依次加入粘合剂Rs和ZnO混炼均匀→依次加入硬脂酸和月桂酸混炼均匀→依次加入促进剂和防老剂混炼均匀→依次加入白炭黑增强剂、凡士林增粘剂和半补强炭黑增强剂混炼均匀→依次加入粘合剂A和硫磺硫化剂混炼均匀→静置8～16小时→性能测试→压延→出片，得到厚度均匀的胶片；胶片混炼加料时，辊距为3～5mm，前辊温度为45～50℃，后辊温度比前辊温度高5～10℃。其中：混炼胶片中各成分的质量份数比如下：一级烟胶片100、Rs粘合剂2.5～3.5、ZnO4.5～5.5、硬脂酸0.8～1.2、月桂酸1.1～1.3、促进剂2～3、防老剂2～3、白炭黑增强剂8～12、凡士林增粘剂2.7～3.1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥，余天雄，初敬生，刘虎，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42