Способ изготовления соплового вкладыша

 

Сущность: загруженный в матрицу прессформы волокнистый фенопласт уплотняют до образования горизонтальной поверхности размягченного материала, на которую последовательно укладывают кольца, вырубленные из углеродного тканевого препрега, пропитанного фенолформальдегидным связующим, причем, количество тканевых колец определяется по ф-ле N=(0,3-6) мм/сигма, где сигма - толщина кольца, отпрессованного при давлении прессования, может выбираться в диапазоне 0,1-0,5 мм, внутренний диаметр d₁ 1-4 нижних колец составляет (0,5-0,6)D, внутренний диаметр 1-2 верхних колец d₃ соответствует минимальному диаметру сечения пуансона, формирующего канал сопла, имеющего цилиндрическую нижнюю и коническую, расширяющуюся вверх, верхнюю части, а внутренний диаметр d₂ остальных колец устанавливается равным (0,4 d₁+0,6 d₃)-(0,6 d₁+ 0,4 d₃), наружный диаметр D всех колец равен диаметру наибольшего сечения формирующей поверхности пуансона, после чего уложенный в матрицу материал прессуют посредством перемещения нагретого пуансона и выдерживают под давлением до отверждения. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области материалов для пиротехники и используется для изготовления сопловых вкладышей, формирующих струю продуктов горения термитного состава с целью разрушения металлических и неметаллических преград, резки металлических деталей и т.п. Для эффективности таких систем важной является стабильность проходного сечения сопла в процессе срабатывания, что обеспечивает стабильность разрушающего действия струи продуктов сгорания.

Ближайшим техническим решением из числа известных по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления соплового вкладыша из угленаполненного волокнистого фенопласта, включающий загрузку материала в предварительно нагретую прессформу, прессование с выдержкой под давлением /1/.

Однако, известный сопловой вкладыш не обеспечивает высокой эрозионной стойкости.

Техническим результатом данного изобретения является повышение эрозионной стойкости вкладыша по отношению к струе продуктов горения термитного состава.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления соплового вкладыша из угленаполненного волокнистого фенопласта, включающем загрузку материала в предварительно нагретую прессформу, прессование с выдержкой под давлением, загруженный фенопласт уплотняют до образования горизонтальной поверхности размягченного материала, на которую последовательно укладывают кольца, вырубленные из углеродного тканевого препрега на основе фенолоформальдегидного связующего, причем количество тканевых колец определяют по формуле: , где d толщина кольца, отпрессованного при давлении прессования, равная 0,1-0,5 мм, внутренний диаметрd₁ 1-4 нижних колец составляет (0,5 0,6) Д, внутренний диаметр 1-2 верхних колец соответствует минимальному диаметру сечения пуансона, формирующего канал сопла, имеющего цилиндрическую нижнюю и коническую, расширяющуюся вверх, верхнюю части, внутренний диаметр d₂ остальных колец устанавливают равным (0,4d₁ 0,6d₃) - (0,6d₁ + 0,4 d₃) и наружный диаметр Д всех колец равен диаметру наибольшего сечения формирующей поверхности пуансона.

Уложенный в матрицу материал прессуют посредством перемещения нагретого пуансона и выдерживают под давлением до отверждения.

Сопловые вкладыши изготавливают следующим образом: форму для прессования вкладышей рис.1, изготовленную из углеродистой стали и состоящую из трех частей: матрицы, состоящей из корпуса (1) и дна (2), а также пуансона (3), рабочая поверхность которого оформляет омываемые газовым потоком поверхности: предсопловую часть и сопловой канал, разогревают до температуры прессования и отверждения.

Рабочие поверхности прессформы очищают и смазывают антиадгезионной смазкой ЦИАТИМ-221. В нагретую матрицу прессформы загружают навеску волокнистого материала. Величина навески (±0,5) г определяется при прессовании вкладышей из соответствующего волокнита, без слоев препрега, таким образом, чтобы облой в месте совмещения дна и корпуса прессформы не превышал 0,5 мм по толщине, а на вкладыше не было следов недопрессовки. В тех случаях, когда для изготовления вкладыша используютcя усиливающие слои угле-, стекло-, кремне-препрегов суммарная величина навески соответствует той, которая используется при прессовании вкладышей из волокнита. Для этого количество волокнита уменьшается на массу препрега.

При прессовании вкладышей из волокнитов после загрузки в матрицу прессформы устанавливают пуансон, а саму прессформу устанавливают между нагретыми до температуры прессования плитами гидравлического пресса, после чего прикладывают давление, соответствующее давлению прессования, но не более 30 МВа или до смыкания элементов прессформы. При необходимости дают 2-4 подпрессовки. Форму оставляют под давлением в течение всего времени отверждения 15-30 мин в зависимости от температуры, при этом допускается уменьшение давления без раскрытия элементов формы.

После выдержки давление снимают, а деталь извлекают из нагретой прессформы. У деталей контролируют массу (14,5+0,3) г, высоту (27+0,5) мм, состояние поверхностей в соответствии с чертежом.

При изготовлении вкладышей с усиливающими слоями препрегов технологический процесс аналогичен с включением следующих дополнительных операций: после загрузки волокнита в нагретую матрицу прессформы его уплотняют легко отмывающимся теплостойким инструментом до образования горизонтальной, размягченной, подплавленной поверхности. Время этой операции не превышает времени потери текучести материала.

На уплотненную поверхность волокнита вручную укладывают последовательно друг на друга три группы колец, вырубленных из препрега на основе углеродной ткани УРАЛ. Кольца каждой группы отличаются друг от друга диаметром отверстия. Максимальный диаметр отверстия имеет группа колец, состоящая из 1-4 колец, укладываемые непосредственно на волокнит, затем укладывают группу колец с промежуточным между верхними и нижними значениями диаметра отверстия, а верхняя группа колец имеет диаметр отверстия, соответствующий диаметру нижней цилиндрической части пуансона. Кольца вырубаются из тканевого препрега при помощи соответствующей вырубки вручную или на гидравлическом прессе.

После укладки колец весь пакет выравнивают, сверху в отверстие верхних колец вводят пуансон, слегка придавливают его вручную, а затем устанавливают прессформу в пресс и прикладывают давление, не превышающее 30 МПа в пересчете на площадь наибольшего сечения пуансона. Подпрессовки в этом случае недопустимы, т.к. ведут к ухудшению качества вкладышей.

Изготовленные вкладыши подвергают механической обработке с целью удаления облоя и испытывают в пиротехническом устройстве, предназначенном для разрушения преград высокотемпературной струей продуктов горения термитного состава с повышенным газовыделением.

Параметры внутри корпуса пиротехнического устройства: температура продуктов сгорания 2500^oС, давление 2,5 3 МПа, время горения 8,5 9 с, скорость продуктов сгорания в канале сопла 370 390 м/с, скорость продуктов сгорания в камере устройства 50 100 м/с.

Испытания заключаются в истечении через сопловой вкладыш продуктов сгорания, образующихся в устройстве. Перед испытанием вкладыши взвешивают, а после испытаний определяют: разгар (увеличение диаметра сопла) к исходному не более 30%
массовый унос материала вкладыша, г,
линейный унос в предсопловой части вкладыша, мм.

Примеры реализации способа изготовления вкладышей и результаты испытаний вкладышей в вышеописанном пиротехническом устройстве приведены в табл. 1 и 2.

Как следует из результатов испытаний необходимой (в пределах 22 28% разгара) эрозионной стойкости вкладышей удается добиться только в пределах параметров заявляемого способа (вар. 10-13, 18, 17). Несоблюдение заявляемых параметров ведет к снижению эрозионной стойкости или получению вкладышей неудовлетворительного качества.

Для расширенных испытаний были изготовлены 3 партии вкладышей, результаты которых подтвердили их высокие качества.

Промышленная реализация способа не представляет затруднений, т.к. используются серийные материалы и имеющееся в промышленности оборудование.

Способ может быть использован для изготовления сопловых вкладышей РДТТ в т.ч. углерод-углеродных, трассеров и других объектов, где необходима повышенная стойкость к высокотемпературному и эрозионному воздействию, что обеспечивает повышение характеристик изделий.

При реализации способа использовались серийно выпускаемые материалы:
Волокнит
П5-2 ТУ 5-05-1041-71
П5-12 ГОСТ В 17730-72
УП-368МС КРАГ 25250.00004
УПФ-90 марки БК и ВЦ ТУ 6-12-31-635-88
Углеродная ткань марок:
УРАЛ Т-22; УРАЛ ТМ-4 ТУ 6-06-31-596-87
связующее:
УП-З68М КРАГ 25260.00001. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4

Формула изобретения

Способ изготовления соплового вкладыша из угленаполненного волокнистого фенопласта, включающий загрузку материала в предварительно нагретую пресс-форму, прессование с выдержкой под давлением, отличающийся тем, что, с целью повышения эрозионной стойкости вкладыша по отношению к струе продуктов горения термитного состава, загруженный фенопласт уплотняют до образования горизонтальной поверхности размягченного материала, на которую последовательно укладывают кольца, вырубленные из углеродного тканевого препрега на основе фенолоформальдегидного связующего, причем количество тканевых колец определяют по формуле

где d толщина кольца, отпрессованного при давлении прессования, равная 0,1-0,5 мм,
внутренний диаметр d₁ 1-4 нижних колец составляет (0,5-0,6)D, внутренний диаметр 1-2 верхних колец d₃ соответствует минимальному диаметру сечения пуансона, формирующего канал сопла, имеющего цилиндрическую нижнюю и коническую, расширяющуюся вверх, верхнюю части, внутренний диаметр d₂ остальных колец устанавливают равным (0,4d₁+ 0,6d₃) - (0,6d₁ + 0,4d₃) и наружный диаметр D всех колец равен диаметру наибольшего сечения формирующей поверхности пуансона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7