柔性接头成型方法与流程

[0001]
本发明属于柔性喷管制作技术领域，具体涉及一种柔性接头成型方法。


背景技术：

[0002]
柔性喷管作为固体火箭发动机全轴推动的推力矢量控制系统，具有重量轻、推力损失小、响应速度快、偏转能量大、没有分离线、工作循环机动等优点，在战略导弹固体火箭发动机上得到了广泛的应用。采用全轴摆动喷管可以有效提高固体火箭发动机的机动性。柔性喷管由固定体、活动体和柔性体接头三部分组成，柔性接头是柔性喷管摆动的执行部件，是承受活动体喷射载荷和做全轴摆动的核心部件。由于柔性结构是轴对称，因此在俯仰和偏航两个平面内分别安装作动器使喷管实现全轴摆动。柔性接头主要优点是：能做8
°
左右的全轴摆动，满足导弹控制要求；偏流从亚音速开始，推力损失小；有自紧密作用，工作可靠；摆动性能稳定，重复性好；固有频率高，相应速度快。
[0003]
柔性接头由多层同心球环状的增强件和弹性件相互交替以及前、后法兰粘接而成。柔性接头前/后法兰，增强件采用金属材料，是柔性接头在喷射载荷、燃烧室内压强和摆动等因素引起的载荷下保持基本结构形状的承力件；弹性件由橡胶制成，橡胶体积压缩模量远大于剪切模量，使得柔性接头在强大的喷射载荷作用下轴向变形较小的作动力作用下产生较大的剪切变形，使喷管摆动。
[0004]
通常柔性接头采用金属件和弹性件交替叠放整体模压成型，在生产过程中采用人工贴片的形式，在贴片过程中胶片的厚度均一性难以控制，且柔性接头生产周期长，模压过程中增强件位置不固定柔性接头内部应力分布恶化，影响柔性接头的精度。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于克服现有柔性接头生产效率低、产品平行度及同轴度稳定性较差且生产周期长的缺陷，提供一种柔性接头成型方法。
[0006]
为实现上述目的，本发明所设计的柔性接头成型方法，柔性接头包括活动倒锥体壳体、增强件、固定后接头及弹性件，所述活动倒锥体壳体、增强件和固定后接头为金属件；包括如下步骤：
[0007]
1)耐低温混炼胶的制备
[0008]
以异戊二烯和丁二烯作为单体共聚得到丁异戊橡胶，然后以丁异戊橡胶作为基胶混炼得到耐低温混炼胶；
[0009]
2)压注成型
[0010]
先对活动倒锥体壳体、增强件和固定后接头进行吹砂处理；再在活动倒锥体壳体、增强件和固定后接头表面均先涂刷底胶粘剂，烘干保温结束后再涂刷底胶粘剂，烘干后随烘箱降至室温待用；
[0011]
依次将活动倒锥体壳体、增强件和固定后接头放入柔性接头压注成型模具中，合模；将模具整体转移至注射机上升温80～90℃，预热；将耐低温混炼胶送入橡胶压注机中，
耐低温混炼胶在压注机中融化流动，在压力下通过转注胶板流入到模具中，同时启动真空系统抽除模具内空气；注射完毕后启动升降油缸，使出料口远离模具，控制升温速率0.5～0.8℃/min，将设备升至130～180℃保温20～40min，保温结束后模具随设备自然降温降压，待温度降低至室温出模。
[0012]
进一步地，所述步骤1)中，异戊二烯和丁二烯作按照份数比3～4:6～7在稀土催化剂作用下共聚得到丁异戊橡胶；然后再以丁异戊橡胶作为基胶与硫磺硫化剂、tmtd促进剂、防老剂、炭黑增强剂和活性剂进行混炼；其中，防老剂包括防老剂a和防老剂4010na，活性剂包括硬脂酸和氧化锌。
[0013]
进一步地，所述步骤1)中，具体工艺过程：丁异戊橡胶塑炼
→
加氧化锌
→
加硬脂酸
→
加tmtd促进剂、防老剂a和防老剂4010na
→
加炭黑
→
加硫磺，经混炼得到耐低温混炼胶；其中，加料时控制辊距2～4mm、辊温控制在45～60℃，每个工艺加料完成后薄通4～5次。
[0014]
进一步地，所述步骤2)中，柔性接头压注成型模具包括转注胶板、上模、芯模和下模；转注胶板中心部位开转注胶板注胶口，且转注胶板预留有总注胶通道，上模的中心部位开有与转注胶板注胶口相对接连通的上模注胶口，且上模表面沿圆周方向均匀开设有若干条分注胶通道，胶料通过转注胶板的总注胶通道、分注胶通道流入到金属件之间进行填充。
[0015]
进一步地，所述芯模包括环形镶块和内置在环形镶块腔体内的中心镶块，环形镶块包括两块大圆周镶块和两块小圆周镶块，两块大圆周镶块和两块小圆周镶块交替布置，每相邻两块圆周镶块采用台阶式拼接而成；大圆周镶块的圆心角为120
°
～150
°
，小圆周镶块的圆心角为30～60
°
，且环形镶块的内径与中心镶块的外径间隙配合。
[0016]
进一步地，所述芯模中每块圆周镶块的外圆面的中部位置有齿形定位台阶，齿形定位台阶用于增强件位置的固定。
[0017]
进一步地，所述步骤2)中，先安装下模，然后将活动倒锥体壳体安装后固定芯模；将涂胶后的增强件放置在芯模的齿形定位台阶上，一个齿形定位台阶上布置一件增强件，最后将固定后接头放在增强件上面，合上模安装转注胶板。
[0018]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明柔性接头成型方法中，制备的耐低温混炼胶物理机械性能有了显著的提高，在-50℃环境下仍具有良好的性能，模压后的柔性接头摆动性能满足指标，通过注射成型模具定位金属件，使得金属件在模压过程中位置固定，采用注射成型的方式，精确控制柔性接头的加料量，保证了产品的一致性，通过压注一次成型的方式，产品的生产效率提高了50％。
附图说明
[0019]
图1为柔性接头部分示意图；
[0020]
图2为柔性接头压注成型模具示意图；
[0021]
图3为图2中上模示意图；
[0022]
图4为图2中芯模示意图；
[0023]
图5为图4中齿形定位台阶示意图。
[0024]
其中，活动倒锥体壳体1、固定后接头2、弹性件3、增强件4、转注胶板5、上模6、下模7、芯模8、转注胶板注胶口9、总注胶通道10、上模注胶口11、分注胶通道12、小圆周镶块13、大圆周镶块14、中心镶块15、齿形定位台阶16。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0026]
实施例
[0027]
如图1所示，柔性接头包括活动倒锥体壳体1、增强件4、固定后接头2及弹性件3，活动倒锥体壳体1、增强件4和固定后接头2在后文中统称为金属件。具体包括如下步骤：
[0028]
1)耐低温混炼胶的制备
[0029]
首先，以异戊二烯和丁二烯作为单体，异戊二烯和丁二烯作按照份数比4:6在稀土催化剂作用下共聚得到丁异戊橡胶；然后再以丁异戊橡胶作为基胶与硫磺硫化剂、tmtd促进剂、防老剂、炭黑增强剂和活性剂进行混炼；其中，防老剂包括防老剂a和防老剂4010na，活性剂包括硬脂酸和氧化锌。混炼胶各成分质量配比如下：丁异戊橡胶1000g、氧化锌50g、硬脂酸15g、tmtd促进剂20g、防老剂a10g、防老剂4010na 15g、炭黑增强剂100g、硫磺硫化剂10g。
[0030]
具体工艺过程：丁异戊橡胶塑炼
→
加氧化锌
→
加硬脂酸
→
加tmtd促进剂、防老剂a和防老剂4010na
→
加炭黑
→
加硫磺，经混炼得到耐低温混炼胶。其中，加料时控制辊距2～4mm、辊温控制在45～60℃，每个工艺加料完成后在0.8mm辊距下薄通4～5次。混炼完成后停放12h以上，测试性能：邵尔a硬度40
±
5度、扯断强度≥14mpa、扯断伸长率≥700％、扯断永久变形≤10％、密度1.0～1.1g/cm3，具体耐低温混炼胶的性能见表1。
[0031]
试验项目胶料性能邵尔a硬度41拉伸强度21.6mpa扯断伸长率820％扯断永久变形7.6％密度1.02g/cm3四板搭接剪切强度6.59mpa四板搭接剪切模量0.59耐寒系数(-50℃)0.85300％定伸应力1.6mpa
[0032]
2)柔性接头压注成型模具制造
[0033]
如图2～5所示，柔性接头压注成型模具包括转注胶板5、上模6、芯模8和下模7。转注胶板5中心部位开转注胶板注胶口9，且转注胶板5预留有总注胶通道10，橡胶注射机通过总注胶通道10与上模6对接；同时，上模6的中心部位开有与转注胶板注胶口9相对接连通的上模注胶口11，且上模6表面沿圆周方向均匀开设有三条深度为6mm的分注胶通道12，胶料通过转注胶板5的总注胶通道10、分注胶通道12流入到金属件之间进行填充。
[0034]
芯模8包括环形镶块和内置在环形镶块腔体内的中心镶块15，环形镶块包括两块大圆周镶块14和两块小圆周镶块13，两块大圆周镶块14和两块小圆周镶13块交替布置，每相邻两块圆周镶块采用台阶式拼接而成；大圆周镶块14的圆心角为120
°
～150
°
，小圆周镶块13的圆心角为30～60
°
，且环形镶块的内径与中心镶块15的外径间隙配合，方便中心镶块从环形镶块内抽出，小圆周镶块方便抽出，所以先抽出小圆周镶块、再抽出大圆周镶块。
[0035]
另外，每块圆周镶块的外圆面的中部位置有齿形定位台阶16，齿形定位台阶16用
于增强件位置的固定。
[0036]
3)压注成型
[0037]
先对活动倒锥体壳体、增强件和固定后接头进行吹砂处理，增强其粘接性能；再在活动倒锥体壳体、增强件和固定后接头表面均先涂刷底胶粘剂开姆洛克205、在45
±
5℃条件下烘20～22min，保温结束后涂覆开姆洛克220、在80
±
5℃条件下烘10～12min，随烘箱降至室温待用；
[0038]
先安装下模，然后将活动倒锥体壳体安装后固定芯模；将涂胶后的增强件放置在芯模的齿形定位台阶上，一个齿形定位台阶上布置一件增强件，最后将固定后接头放在增强件上面，合上模安装转注胶板，金属件与模具形成密闭模腔；将模具整体转移至注射机上升温80～90℃，预热模具30min；将耐低温混炼胶送入橡胶压注机中，耐低温混炼胶在压注机中融化流动，在15mpa压力下通过转注胶板流入到模具中，同时启动真空系统抽除模具内空气；注射完毕后启动升降油缸，使出料口远离模具，控制升温速率0.5～0.8℃/min，将设备升至150℃保温30min，保温结束后模具随设备自然降温降压，待温度降低至室温出模，取出产品检验产品尺寸及性能。制备的柔性接头在-20℃及常温环境下摆动试验良好，平行度≤0.1，同轴度≤0.1。
[0039]
本发明柔性接头成型方法中，制备的耐低温混炼胶物理机械性能有了显著的提高，在-50℃环境下仍具有良好的性能，模压后的柔性接头摆动性能满足指标，通过注射成型模具定位金属件，使得金属件在模压过程中位置固定，采用注射成型的方式，精确控制柔性接头的加料量，保证了产品的一致性，通过压注一次成型的方式，产品的生产效率提高了50％。

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