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飞机蓄压油箱材料研究

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《飞机设计杂志》2014年第三期

1新研胶料配方的确定

研制单位提供了26批Y115氢化丁腈橡胶胶料,并根据新研胶料的性能、测试情况和工艺试验情况,先后又将胶料配方进行了3次调整,又从Y115的长期耐热空气老化性能、长期耐燃油性能、与2D12铝合金粘接强度、110℃热空气老化的粘接性能等方面不断微调,最终满足使用要求,最终确定合适的Y115胶料配方,解决了第一个技术关键。

2新胶料与原模具的匹配性研究

在工艺试验中主要出现下列问题,针对问题我们采取了相应措施:(1)压出胶片自粘性大,遇热后发粘导致胶片装模困难问题工艺上采取的措施:胶片和模具表面涂覆脱模剂,减小胶料流动的阻力,这是为胶料增加外置脱模剂的方法。材料上采取的措施:改变胶料中各组分配比,在胶料配制中添加脱模剂。结果分析:在胶片和模具表面涂覆脱模剂后,加工的胶囊表面有印痕;通过改变胶料中各组份配比后,胶料出片、装模有明显的改进,可见内置脱模剂比外置效果好。(2)胶囊表面有气泡工艺上采取的措施:增加放气次数,使胶片在装模过程中包囊的气体排出;降低胶片装模的温度(130~140℃),以增加胶料的流动时间;改变胶片下料方法,增加开剪处。材料上采取的措施[1]:在胶料的配方中加入分散剂,有利于胶料的流动;在胶料的配方中增加对胶料的塑炼,使胶料塑性变形能力增大,改变其加工性能,关键在于降低橡胶的分子质量;对炭黑的烘干,以减少低分子物和水分的含量。结果分析:增加排气次数,降低胶片装模的温度的方法只是对工艺性有所改善;改变开剪方法是一种创新,他对闷气的排出提供了一个很好的思路和做法,也为后续气鼓的消除起到了决定性作用;材料上完善胶料制造工艺的方法,使胶料从源头上就减少产生闷气的可能,这也是一次在胶料制造工艺上的大胆尝试和突破。经上述的改进,现基本解决了胶囊制造过程中一个最大的技术关键—气泡问题。(3)胶囊边缘有抽边现象在胶囊硫化过程中,发现从排胶口处流出的胶条表面有严重的桔皮状缺陷,胶囊边缘有锯齿状的缺陷。该现象随着模具加热温度的升高而愈发严重。该缺陷称为焦烧,是由于胶料在存放或操作过程中所产生的早期硫化现象。在工艺上采取的措施[2]:降低胶片的装模温度或改变胶料的硫化条件;限定胶片的装胶量。在材料上采取的措施是改变胶料的配方,在其中加入防焦剂,增加胶料可流动的时间。结果分析:将硫化条件由原151℃×40min改为130~140℃装模,加热35~40min后,在151℃×40min硫化,但因该方法不易用于胶囊批量生产,没被采纳;装胶量控制在790~830g内,可减少胶料在达到硫化点时的流动时间和流胶量;改变胶料配方,在其中加入防焦剂,可消除胶囊边缘抽边现象。(4)多件胶囊在同一部位厚度偏薄问题(要求小于0.8mm),采取调整模具安装位置和适当位置上加垫片的方法,解决此问题。经几种加垫片的试验,现采用在模具右侧的两个螺栓处加垫1mm厚的铜板垫片。该方法打破了从前对称加垫片的方法,弥补了模具固有的不足。我们从中抽取1件,壁厚最薄处为0.72mm的胶囊进行寿命试验摸底工作,试验结果合格。(5)金属件偏移的控制盒偏移量测定方法的研究由于金属件在胶囊内没有定位限定,所以在胶囊模压过程中常出现金属件偏移问题。针对此问题采取的措施:限定胶片的装胶量;根据前一胶囊的实际情况,调整金属件放置位置;模具合模中,第1次缓压时,不把压力降到0,以防止金属件移动;将金属板表面吹得粗一些,以增大粘结力。通过大量的工艺试验,现掌握了金属件的放置方法,金属件的测试方法是一种创新,它为后续生产胶囊零件的质量提供了保障。(6)胶模出模困难、易撕裂、表面有气鼓现象经过分析造成该现象的原因可能有胶料硫化不完全、胶料的流动性差、模具表面清洁度不够、胶料内含有较多的低分子物。工艺上采取的措施:提高胶囊试验件的硫化温度到156~158℃;加强对模具表面的清洗和研究胶囊出模方法;在模具表面涂覆硅油脱模剂或水基聚四氟乙烯脱模剂。在胶料上采取的措施是改变胶料的配方,更换胶料配方中的脱模剂,完善胶料生产的加工工艺。结果分析:提高胶囊试验件的硫化温度,对胶囊脱模的作用改进不大。用新研胶料硫化胶囊过程中,由于新胶料对模具有一定的腐蚀性,在模具表面易形成污垢,因模具是固定在模压机上,所以在加热状态下清理模具非常困难。现用去污性较好的CSZ-3030工业用擦拭纸,清理模具。胶囊出模时,先将开起的模具凉置10~15min,然后用自制工具先将胶囊周边小心撬开,再均匀地用力将胶囊从上腔内取出。在模具表面上涂覆硅油脱模剂后,加工完的胶囊表面易有脱模剂的留痕印,涂覆脱模剂的量和遍数不好控制,但胶囊气鼓现象有了很明显的改进;在模具表面上涂覆水基聚四氟乙烯脱模剂后,加工完的胶囊表面也有少量的脱模剂留痕印,并且该脱模剂在下模具的销子处易堆积,造成胶边孔易坏。(7)胶囊表面气鼓现象经分析,气鼓现象还是因为胶片装模后,有空气夹在其间,型腔中的空气无法排除[3],胶料的流动性不好等原因造成的。为了考核气鼓现象对胶囊性能的影响情况,我们在胶囊试验件上选取了带气鼓和不带气鼓的试验片,进行了对比试验,结果无差异;又抽取了2件带有气鼓的胶囊进行寿命试验摸底工作,试验结果合格。措施:研制单位又在胶料生产过程中对生胶的塑炼、碳黑的烘干和胶料的过滤方面进行了改进,其效果较好。通过上述改进,现用新研胶料在原模具上加工胶囊的工艺性有了很大的改善,气鼓现象没有了,撕裂现象减轻了,气泡基本消除了。试验证明,新胶料与原模具匹配性良好,解决了第二个技术关键。

3蓄压油箱寿命试验

从两批胶料加工完的胶囊中选取了1件合格胶囊,按1.3节款进行寿命试验,试验结果合格。对油箱进行了气密试验和分解,分解后,检查胶囊和边条完整无损,边条上的50个孔均无裂纹。

4结论

(1)探索出了胶料性能与胶囊使用寿命的关系,改进了胶料性能的评定方法,实现了胶料全面性能的评定,完成了胶料与原模具匹配性研究。(2)对胶料制造胶囊的工艺方法与胶囊寿命的影响进行研究,突破了模具清洗、胶囊脱模等关键技术,发明了新的胶料剪裁方法,解决了胶囊制造过程中出现的粘模、易撕裂、气泡、气鼓及胶囊脱模困难等技术问题。(3)创造性地提出了装配应力对使用寿命影响的概念,研制了新的装配工装控制油箱装配中产生的装配应力,使油箱寿命满足设计提出的使用要求。(4)进行了胶料和蓄压油箱胶囊寿命试验评定办法的研究,设计、制造了可同时进行高低温试验的油箱试验工装设备,经对胶料全面性能的评定和对安装胶囊的蓄压油箱进行室温、高温和低温的寿命试验,完全达到了设计部门提出的2年/200小时的寿命要求。(5)Y115橡胶材料的性能符合飞机蓄压油箱技术条件的要求,该胶料与原模具有较好的匹配性,加工的胶囊能够满足某系列飞机蓄压油箱胶囊的设计、制造要求。

作者:张旸王衡刘松良单位:海军驻沈阳地区航空军事代表室

飞机设计杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次