净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法与流程

1.本发明属于芯模材料技术领域，具体涉及一种净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法。


背景技术：

2.水溶性芯模材料，是指通过各种水溶性胶黏剂将一些填料粘结在一起，并根据使用要求制成具有一定性状的，在使用温度范围内具有一定的力学性能并可保持性状的，在脱模时使用水等溶剂使其溃散，然后脱模获得产品的一种复合材料。
3.当前复合材料缠绕压力容器已广泛应用于各个行业，对其的需求与日俱增，而缠绕芯模对复合材料压力容器的成型过程起着决定性作用，尤其是对内型面有着较高要求的压力容器。传统的砂芯模会在组装后进行车加工，机加会破坏体系中的基体，使砂芯模表面质地变得松散、脱落、强度下降等问题；且传统砂芯模为实心结构，重量大的同时增加了芯轴的绕度，过大的绕度会影响缠绕时纤维张力及容器的界面粘接质量，致使压力容器的强度下降。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，本发明所采用的方法与传统砂芯模相比，具有砂芯模型面精度高、承压能力好、重量轻、绕度小、成本低、生产周期短等优点。
5.为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：
6.一种净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，包括1)混制砂浆、2)将砂浆填充入模具中压实入炉烘干、3)脱模得到砂饼、4)组装砂饼得到砂芯模、5)砂芯模进行表面处理达到使用状态、6)砂芯模使用完成后脱模，其中所述砂浆由河砂、聚乙烯醇溶液和空气玻璃微珠配制而成。
7.优选地，所述河砂、聚乙烯醇溶液和空气玻璃微珠的配比为8：1：2。
8.其中，河砂、空气玻璃微珠为该体系中的颗粒增强体主要提供体系强度，聚乙烯醇溶液为体系中的基体主要起粘合作用，其中空气玻璃微珠还起到减重的作用，但其比例不宜过高会影响砂饼强度且脱模时砂芯模不易溶于水。
9.优选地，所述河砂粒径为50-100目。
10.优选地，所述步骤2)中，烘干温度控制在80-120℃，烘干时间控制在40-60h，烘干炉需含有通风系统，至少每30min通风一次。
11.优选地，所述步骤2)中，所述模具为根据压力容器内型面设计的净尺寸模具，所述模具包括模具本体、减重环、压板、轴套和定位环，所述轴套固定于所述模具本体中部，所述减重环套设于所述轴套上，所述压板盖设于所述模具本体顶面。
12.进一步地，所述步骤2)中，所述模具内型面喷涂脱模层，所述模具本体上段的模具直段需设计拔模角度，拔模角度为2
°
。
13.进一步地，所述步骤3)中，脱模时先拆卸减重环和压板，再将轴套和砂饼一起取出，放置在湿度低于75％的环境下储存。
14.进一步地，所述步骤4)中，将芯轴垂直于地面竖起，将装有砂饼的轴套穿过芯轴进行装配，两个砂饼对接面涂抹原子灰粘接。
15.优选地，所述步骤5)中，对表面缺陷部位使用原子灰修补。
16.优选地，所述步骤6)中，到达使用状态的砂芯模投入使用，待缠绕的复合材料压力容器完成总固化后，对砂芯模使用80-90℃的高压水枪进行溶解，水压控制在2-6mpa，清除溶解的河砂。
17.本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
18.该方案成型的砂芯模整个型面采用模具模压成型，而传统的砂芯模会在组装后进行车加工，机加会破坏体系中的基体，使砂芯模表面质地变得松散、脱落、强度下降等问题。净尺寸轻质化水溶性砂芯模成型的方法不但提高了砂芯模型面精度和强度，还降低了生产成本和周期。
19.其次，传统砂芯模为实心结构，重量大的同时增加了芯轴的绕度，过大的绕度会影响缠绕时纤维张力及容器的界面粘接质量，致使压力容器的强度下降，而净尺寸轻质化水溶性砂芯模成型的方法通过中空结构及加入空气玻璃微珠的方法降低了芯模重量，降低了芯轴绕度。
附图说明
20.图1为本发明模具的剖面结构示意图；
21.图2为砂饼组装的剖面结构示意图。
22.图中：1、砂浆；2、模具；21、模具本体；22、模具直段；23、减重环；24、压板；25、轴套；26、定位环；3、芯轴；4、砂饼。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明的省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
24.本发明提供一种净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，包括1)混制砂浆1、2)将砂浆1填充入模具2中压实入炉烘干、3)脱模得到砂饼4、4)组装砂饼4得到砂芯模、5)砂芯模进行表面处理达到使用状态、6)砂芯模使用完成后脱模。
25.其中，所述模具2为根据压力容器内型面设计的净尺寸模具2，所述模具2包括模具本体21、减重环23、压板24、轴套25和定位环26，所述轴套25固定于所述模具本体21中部，所述减重环23套设于所述轴套25上，所述压板24盖设于所述模具本体21顶面。所述模具2内型面喷涂脱模层，所述模具本体21上段的模具直段22需设计拔模角度。
26.下面以实例对本发明作进一步详细的说明。
27.某工程固体火箭发动机壳体砂芯模成型方法如下：
28.一、准备工作：
29.1.领料：
30.河砂，聚乙烯醇溶液，橡胶脱模剂4瓶，空气玻璃微珠、聚四氟乙烯薄膜(带)一卷，干净塑料桶4个，橡胶手套3双，毛刷3副，烧杯2个，原子灰刀2把。
31.2.脱模剂涂刷：
32.在成型模具2内表面，喷涂ms-604橡胶脱模剂或使用聚四氟乙烯薄膜铺贴，防止砂饼4粘模。
33.二、工艺过程
34.1、砂料混制：使用砂浆1搅拌机按1：8：2比例将溶解的聚乙烯水溶液：河砂：空气玻璃微珠充分搅拌混合均匀搅拌时间不小于30min，砂料混合完成后平铺在地面上至少晾置12小时。
35.2、砂饼4填砂：将轴套25装入凹模内对应的定位环26处将混合均匀的砂料填入砂型模下模中，每次填砂约40kg，当填砂高度接近轴套25下型面高度时将减重环23套入轴套25中继续填砂，直至砂料全部填完，每填砂一次则捣实一次，最后要求砂料与下模端面平齐。
36.3、入炉固化升温至110℃
±
5℃，保温40h结束后随炉降温至60℃以下出炉。
37.4、脱模：当固化后冷却温度≤60℃时，用起模螺栓开模，将芯模从阴模中脱出。在开模过程中应注意观察，若发现零件出现粘模现象，应立即停止操作，直致将零件粘连部位小心与模具2分离后，再取出零件。脱模后若发现砂芯底部有固化不完全现象，允许高温后处理，具体过程为110℃/4h。脱模后若发现砂芯局部有缺陷时允许使用原子灰修补。
38.5、砂饼4组装：将芯轴33竖直放置于翻转工装内，前封头端朝下，支撑架需固定牢固，将前封头砂饼4装在芯轴3上，前封头砂饼4端面外圆一周涂抹一圈原子灰浆，涂抹位置需紧贴外圆边缘，涂抹宽度不小于4mm；将后封头砂饼4装在芯轴3上，装配后原子灰浆填充于砂饼4对接缝，用原子灰刀将溢出的原子灰抹平然后将后封头砂饼4压紧；待原子灰固化后对溢出的原子灰进行打磨清理。
39.6、对表面缺陷部位使用原子灰修补，将到达使用状态的砂芯模投入使用，待缠绕的复合材料压力容器完成总固化后，对砂芯模使用80℃的高压水枪进行溶解，水压控制在3mpa，清除溶解的河砂。
40.7、检验：对砂芯模筒段直径φ1875.2
±
0.1，长度857.6
±
0.3、型面同轴度≤0.5，垂直度≤0.3进行检验。
41.该砂芯模生产的固体火箭发动机壳体满足设计要求的外型尺寸、容积、爆破强度，并完通过了水压爆破试验、地面点火试验、飞行试验。
42.通过本发明，提出了一种高精度、高承压、轻质化、易脱模、成本低的砂芯模成型方案。这种特殊结构、材质的砂芯模相对与传统的砂芯模精度更高，型面由模具净尺寸成型，同时省去了机加工序降低了生产周期和成本，较轻的结构降低了芯模重量，降低了芯模的绕度。脱模时只需用高压热水清洗就可溶解，使用方便。
43.如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和
简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
44.除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：包括1)混制砂浆(1)、2)将砂浆(1)填充入模具(2)中压实入炉烘干、3)脱模得到砂饼(4)、4)组装砂饼(4)得到砂芯模、5)砂芯模进行表面处理达到使用状态、6)砂芯模使用完成后脱模，其中所述砂浆(1)由河砂、聚乙烯醇溶液和空气玻璃微珠配制而成。2.根据权利要求1所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述河砂、聚乙烯醇溶液和空气玻璃微珠的配比为8：1：2。3.根据权利要求1所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述河砂粒径为50-100目。4.根据权利要求1所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，烘干温度控制在80-120℃，烘干时间控制在40-60h，烘干炉需含有通风系统，至少每30min通风一次。5.根据权利要求1所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述模具(2)为根据压力容器内型面设计的净尺寸模具(2)，所述模具(2)包括模具本体(21)、减重环(23)、压板(24)、轴套(25)和定位环(26)，所述轴套(25)固定于所述模具本体(21)中部，所述减重环(23)套设于所述轴套(25)上，所述压板(24)盖设于所述模具本体(21)顶面。6.根据权利要求5所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述模具(2)内型面喷涂脱模层，所述模具本体(21)上段的模具直段(22)需设计拔模角度。7.根据权利要求5所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤3)中，脱模时先拆卸减重环(23)和压板(24)，再将轴套(25)和砂饼(4)一起取出，放置在湿度低于75％的环境下储存。8.根据权利要求5所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤4)中，将芯轴(3)垂直于地面竖起，将装有砂饼(4)的轴套(25)穿过芯轴(3)进行装配，两个砂饼(4)对接面涂抹原子灰粘接。9.根据权利要求1所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤5)中，对表面缺陷部位使用原子灰修补。10.根据权利要求1所述的净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，其特征在于：所述步骤6)中，到达使用状态的砂芯模投入使用，待缠绕的复合材料压力容器完成总固化后，对砂芯模使用80-90℃的高压水枪进行溶解，水压控制在2-6mpa，清除溶解的河砂。

技术总结
本发明公开了一种净尺寸轻质化水溶性砂芯模的成型及使用方法，包括1)混制砂浆、2)将砂浆填充入模具中压实入炉烘干、3)脱模得到砂饼、4)组装砂饼得到砂芯模、5)砂芯模进行表面处理达到使用状态、6)砂芯模使用完成后脱模，其中所述砂浆由河砂、聚乙烯醇溶液和空气玻璃微珠配制而成。通过本发明提出了一种高精度、高承压、轻质化、易脱模、成本低的砂芯模成型方法，这种特殊结构、材质的砂芯模相对与传统的砂芯模精度更高，型面由模具净尺寸成型，同时省去了机加工序降低了生产周期和成本，较轻的结构降低了芯模重量，降低了芯模的绕度，脱模时只需用高压热水清洗就可溶解，使用方便。使用方便。使用方便。


技术研发人员：李一洋 杜利亚 高李帅 涂远军
受保护的技术使用者：湖北三江航天江北机械工程有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/10/7