RU2714162C1 - Method of manufacturing of shell of antenna fairing from quartz ceramics and installation for its implementation - Google Patents
Method of manufacturing of shell of antenna fairing from quartz ceramics and installation for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714162C1 RU2714162C1 RU2019113599A RU2019113599A RU2714162C1 RU 2714162 C1 RU2714162 C1 RU 2714162C1 RU 2019113599 A RU2019113599 A RU 2019113599A RU 2019113599 A RU2019113599 A RU 2019113599A RU 2714162 C1 RU2714162 C1 RU 2714162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hours
- shell
- core
- matrix
- injection mold
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/26—Producing shaped prefabricated articles from the material by slip-casting, i.e. by casting a suspension or dispersion of the material in a liquid-absorbent or porous mould, the liquid being allowed to soak into or pass through the walls of the mould; Moulds therefor ; specially for manufacturing articles starting from a ceramic slip; Moulds therefor
- B28B1/261—Moulds therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области ракетной техники, преимущественно к изготовлению антенных обтекателей из кварцевой керамики, может быть использовано в других отраслях промышленности.The group of inventions relates to the field of rocketry, mainly to the manufacture of antenna fairings made of quartz ceramics, can be used in other industries.
Из уровня техники известен способ получения изделий из кварцевой керамики (Ливийский Ю.Е., Суздальцев Е.И. Кварцевая керамика и огнеупоры. Том 2. Материалы, их свойства и области применения: Справочное издание. Под редакцией Ливийского Ю.Е. - М.: Теплоэнергетик, 2008), включающий приготовление водного шликера кварцевого стекла, введение в шликер добавки нитрида бора BN вколичестве 0,5÷0,7 мас. %, формование заготовок методом водного шликерного литья в гипсовые формы, сушку заготовок и их обжиг при температурах 1100÷1175°С.The prior art method for producing products from quartz ceramics (Libyan Yu.E., Suzdaltsev E.I. Quartz ceramics and refractories.
К недостаткам этого способа следует отнести то, что введение добавок BN в шликер существенно ухудшает его литейные свойства и как следствие увеличивает пористость отформованных заготовок. Кроме того, к самой добавке BN предъявляются высокие требования по чистоте, так как даже снижение температуры обжига до 1100°С нередко приводит к образованию кристобалита.The disadvantages of this method include the fact that the introduction of BN additives into the slip significantly worsens its casting properties and, as a result, increases the porosity of the molded workpieces. In addition, high purity requirements are imposed on the BN additive itself, since even a decrease in the firing temperature to 1100 ° C often leads to the formation of cristobalite.
Известен способ изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики (Патент РФ №2345970, опубликованный 10.02.2009 по рубрикам МПК С04В 35/14, С04В 41/84), включающий шликерное литье водной суспензии в гипсовую форму, сушку отформованной заготовки на воздухе в течение 72 часов, дополнительную сушку при температуре 500±600°С в течение 3-5 часов, пропитку кремнийорганической смолой с последующей полимеризацией при температуре 220±350°С в течение 4-5 часов, последующую механическую обработку заготовки алмазным кругом в размер, которую затем термообрабатывают при температуре 700±900°С в течение 4-6 часов и повторно пропитывают кремнийорганической смолой и полимеризуют.A known method of manufacturing a shell of an antenna cowl made of quartz ceramics (RF Patent No. 2345970, published 02.10.2009 under the rubrics of IPC С04В 35/14, С04В 41/84), including slip casting an aqueous suspension into a gypsum mold, drying the molded billet in air for 72 hours, additional drying at a temperature of 500 ± 600 ° C for 3-5 hours, impregnation with an organosilicon resin, followed by polymerization at a temperature of 220 ± 350 ° C for 4-5 hours, subsequent mechanical processing of the workpiece with a diamond wheel to a size that is then thermally treated Abati at a temperature of 700 ± 900 ° C for 4-6 hours and re-impregnated with silicone resin and polymerized.
К недостаткам этого способа относится то, что прочность полученной заготовки, имеющей исходную пористость порядка 12-14%, обеспечивается только за счет ее пропитки кремнийорганической смолой, в результате чего образуется молекула полимера пространственного строения, химически связанного с кварцевой керамикой. Предложенная в способе термообработка при температурах 700±900°С предназначена только для удаления полимера и не обеспечивает спекания материала заготовки до необходимого уровня прочности (прочность при изгибе менее 30 МПа). При эксплуатации изделий, особенно при температурах 900°С, происходит термоокислительная деструкция кремнийорганической смолы, т.е. нарушение химической связи частиц кварцевой керамики, при отсутствии достаточного физического сцепления, следствием чего является недостаточная конструкционная прочность изделий. При этом темпы нагрева изделий значительно превосходят 1,5°С/мин, что по утверждению авторов может привести к разрушению изделия из-за интенсивного удаления из него летучих веществ - продуктов термоокислительной деструкции.The disadvantages of this method include the fact that the strength of the obtained billet having an initial porosity of the order of 12-14% is ensured only by impregnating it with an organosilicon resin, resulting in the formation of a polymer molecule of a spatial structure chemically bonded to quartz ceramics. The heat treatment proposed in the method at temperatures of 700 ± 900 ° C is intended only to remove the polymer and does not provide sintering of the workpiece material to the required strength level (bending strength less than 30 MPa). During the operation of products, especially at temperatures of 900 ° C, thermo-oxidative destruction of the organosilicon resin occurs, i.e. violation of the chemical bond of the particles of quartz ceramics, in the absence of sufficient physical adhesion, resulting in insufficient structural strength of the products. Moreover, the heating rates of products significantly exceed 1.5 ° C / min, which, according to the authors, can lead to the destruction of the product due to the intensive removal of volatile substances from it - products of thermo-oxidative degradation.
Кроме того, к недостаткам способа относится:In addition, the disadvantages of the method include:
- недостаточная точность получаемой в процессе шликерного литья заготовки, увеличенные допуски по толщине заготовки (толщина заготовки, не менее 20 мм) ведут к необходимости ее последующей механической обработки в размер и, соответственно, к возможному появлению концентраторов напряжения и дополнительному снижению прочности оболочки;- insufficient accuracy of the workpiece obtained in the process of slip casting, increased tolerances for the thickness of the workpiece (workpiece thickness, not less than 20 mm) lead to the need for its subsequent mechanical processing in size and, accordingly, to the possible appearance of stress concentrators and an additional decrease in the strength of the shell;
- значительная влажность и неоднородность структуры по высоте и диаметру, что требует повышенной температуры и длительного процесса сушки заготовки, вследствие чего возникают напряжения при усадке материала;- significant moisture and heterogeneity of the structure in height and diameter, which requires an elevated temperature and a long drying process of the workpiece, resulting in stresses during shrinkage of the material;
- значительная неоднородность структуры готового изделия по высоте и диаметру, вызванная повышенной пористостью полученной заготовки, при этом неоднородность еще возникает вследствие длительного набора черепка, так как взвешенные частицы в шликере оседают;- a significant heterogeneity of the structure of the finished product in height and diameter, caused by the increased porosity of the obtained workpiece, while the heterogeneity still occurs due to a long set of shards, as suspended particles settle in the slip;
- длительный цикл изготовления, включающий операции неоднократной сушки отформованных заготовок при ограничении скорости роста температуры не более 1,5°С/мин на 1 мм толщины оболочки, механической обработки, многократной пропитки кремнийорганической смолой.- a long manufacturing cycle, including the operation of repeatedly drying the molded preforms while limiting the temperature growth rate to no more than 1.5 ° C / min per 1 mm of the shell thickness, machining, multiple impregnation with organosilicon resin.
Известно техническое решение по патенту РФ №2515737, опубликованному 20.05.2014 по рубрикам МПК С04В 35/14, С04В 41/84, где заявлен способ изготовления изделий из кварцевой керамики, включающий шликерное литье водной суспензии в гипсовую форму, сушку отформованной заготовки, ее пропитку кремнийорганической смолой, механическую обработку заготовки в размер, повторную ее пропитку кремнийорганической смолой и полимеризацию. Сушку отформованной заготовки производят при температуре 120-150°С в течение 1-2 часов. После пропитки заготовки кремнийорганической смолой осуществляют ее термообработку при температурах 1000-1200°С в течение 1-4 часов.A technical solution is known according to the patent of the Russian Federation No. 2515737, published on 05/20/2014 under the headings of IPC СВВ 35/14, С04В 41/84, where a method for manufacturing products from quartz ceramics is claimed, including slip casting an aqueous suspension into a gypsum mold, drying the molded billet, and impregnating it organosilicon resin, machining the workpiece to size, re-impregnating it with organosilicon resin and polymerization. Drying the molded preform is carried out at a temperature of 120-150 ° C for 1-2 hours. After the preform is impregnated with an organosilicon resin, it is heat treated at temperatures of 1000-1200 ° C for 1-4 hours.
В данном способе сокращен цикл изготовления изделия за счет упрощения процедуры сушки. Однако, другие недостатки аналогичны предыдущему аналогу.In this method, the product manufacturing cycle is shortened by simplifying the drying procedure. However, other disadvantages are similar to the previous counterpart.
В патенте РФ №2639548, опубликованном 21.12.2017 по индексу МПК H01Q 1/42, заявлен способ получения антенных обтекателей ракет из кварцевой керамики, включающий формование керамической оболочки методом шликерного литья из водной суспензии кварцевого стекла в гипсовой форме, сушку, обжиг и механическую обработку алмазным инструментом, герметизацию и упрочнение оболочки органополимером, радиодоводку, сборку оболочки с металлическим шпангоутом при помощи герметика.In RF patent No. 2639548, published on December 21, 2017 using the
В данном способе особое внимание уделено созданию влагозащитного покрытия наружной поверхности керамической оболочки с оптимизацией технологии нанесения и глубины пропитки органополимерами.In this method, special attention is paid to the creation of a moisture-proof coating of the outer surface of the ceramic shell with optimization of the application technology and the depth of impregnation with organopolymers.
В патенте РФ №2644453, опубликованном 12.02.2018 по индексу МПК H01Q 1/42, заявлена группа изобретений «Антенный обтекатель ракеты из кварцевой керамики и способ его изготовления». Способ включает формование керамической заготовки методом шликерного литья в гипсовой форме из водного шликера кварцевого стекла с содержанием SiO2 не менее 99,9% при влажности 13-16% полидисперсного зернового состава с размером частиц в пределах 0,1-500 мкм, спекание оболочки по режиму, исключающему образование в материале кристаболита до плотности 1,97-2,01 г/см, после чего производят механическую обработку изделия алмазным инструментом до заданных параметров и толщины стенки с утолщением в зоне шпангоута и носка, а также нанесение и пропитку пористой оболочки органополимером, например, ТМФТ. МФСС-8, по внутренней поверхности и фторопластовыми или кремнийорганическими эмалями по наружной поверхности до общей толщины не более 0,1 X. В данном техническом решении, также как и в предыдущем, уделено особое внимание нанесению наружного влагозащитного покрытия оболочки, а также механической обработке изделия.In the patent of the Russian Federation No. 2644453, published on February 12, 2018 according to the IPC
В качестве прототипа нового способа изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики выбран патент РФ №2515737.As a prototype of a new method of manufacturing a shell of an antenna cowl made of quartz ceramics, RF patent No. 2515737 was selected.
В патенте РФ №2452618, опубликованном 10.06.2012 по индексу МПК В28В 1/26, заявлено устройство для формования керамических изделий из водных шликеров, которое содержит влагопоглощающую матрицу, пассивный сердечник, узлы их взаимной соосной установки, систему подачи и подпитки шликера с подпиточными емкостями, литниковое кольцо и заливочный штуцер. Контуры формующих поверхностей матрицы и сердечника выполнены, исходя из условия постепенного уменьшения зазора между ними к носку на 2-4 мм, сердечник размещен относительно литникового кольца с зазором 2-3 мм. Литниковое кольцо установлено в матрице по цилиндрической посадке. В литниковом кольце имеется сообщающаяся с заливочной полостью матрицы круговая полость, у которой внутренняя боковая стенка выполнена с уклоном в сторону сердечника, а торец литникового кольца расположен в зоне влагопоглощающей матрицы.In RF patent No. 2452618, published on June 10, 2012 according to the IPC
В данном изобретении заявлено улучшение качества изделий с уменьшением припуска на механическую обработку. Таким образом, как и в аналогах по способу, изготовление изделия требует механической обработки, что затрудняет получение качественного обтекателя, включая его возможное растрескивание.The present invention claims an improvement in product quality with a reduction in machining allowance. Thus, as in the analogues of the method, the manufacture of the product requires mechanical processing, which makes it difficult to obtain a high-quality fairing, including its possible cracking.
Патент РФ №2452618 выбран за прототип нового устройства - установки для изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики.RF patent No. 2452618 is selected for the prototype of a new device - installation for the manufacture of a shell of an antenna cowl made of quartz ceramic.
Заявляемая группа изобретений направлена на получение изделия антенного обтекателя, где не требуется механической обработки отформованных заготовок и обеспечивается высокое заданное качество антенного обтекателя.The claimed group of inventions is aimed at obtaining products of the antenna fairing, where mechanical processing of the molded blanks is not required and a high specified quality of the antenna fairing is ensured.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является повышение механических, радиотехнических характеристик антенных обтекателей, технологичности изделий из кварцевой керамики. Достижением новой технологии является также экономический результат за счет уменьшения времени производственного цикла и себестоимости изделий из кварцевой керамики, снижение брака и скрытых дефектов.The objective and technical result of the present invention is to increase the mechanical, radio-technical characteristics of antenna fairings, manufacturability of products made of quartz ceramics. The achievement of the new technology is also an economic result by reducing the time of the production cycle and the cost of products made of quartz ceramics, reducing scrap and hidden defects.
Задача решается способом изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики, включающим приготовление водного шликера из кварцевого стекла, формование заготовки методом водного шликерного литья в гипсовой форме, сушку отформованной заготовки, ее термообработку, пропитку кремнийорганическим веществом и полимеризацию, в котором, в отличие от прототипа, шликерное литье проводят в высокоточной по заданному размеру будущей детали оболочки антенного обтекателя литьевой форме, которую предварительно вакуумируют, после затвердения шликера в литьевой форме и выемки из литьевой формы сырец заготовки сушат в течение 3-4 часов при температуре 100-150°С, спекают при температуре 1000-1200°С, далее производят пропитку заготовки путем погружения в ванну с этилсиликатом на 2-4 часа, после чего помещают в водный аммиачный раствор с концентрацией 1-4.5% на период от 36 до 72 часов, после извлечения из ванны с аммиачным раствором просушивают при комнатной температуре в течение суток, затем помещают в печь на 2-4 часа с температурой 150-200°С, после извлечения из которой происходит инерционное охлаждение до комнатной температуры.The problem is solved by a method of manufacturing a shell of an antenna fairing made of quartz ceramic, including the preparation of a water slurry from quartz glass, molding a workpiece by water slip casting in gypsum form, drying the molded workpiece, its heat treatment, impregnation with an organosilicon substance and polymerization, in which, unlike the prototype, slip casting is carried out in a mold of a mold, which is previously evacuated, after a shutter In order to remove the slip in the mold and to remove it from the mold, the raw billets are dried for 3-4 hours at a temperature of 100-150 ° C, sintered at a temperature of 1000-1200 ° C, then the billet is impregnated by immersion in a bath with ethyl silicate for 2-4 hours, after which it is placed in an aqueous ammonia solution with a concentration of 1-4.5% for a period of 36 to 72 hours, after being removed from the bath with an ammonia solution, it is dried at room temperature for a day, then placed in an oven for 2-4 hours with a temperature of 150 -200 ° C, after extraction from which inertial cooled to room temperature.
Установка для осуществления способа изготовления антенного обтекателя из кварцевой керамики содержит литьевую форму, включающую гипсовую влагопоглощающую матрицу и сердечник, выполненный из пассивного материала, узлы их взаимной соосной установки, а также систему подачи и подпитки шликера, сообщающуюся с литьевой формой с помощью подводящей магистрали. Новая установка, в отличие от прототипа, снабжена вакуумной системой, сообщающейся с литьевой формой со стороны носовой части сердечника, вставленного во влагопоглощающую матрицу, выполненной высокоточной, в которой участок для формирования носовой части обтекателя выполнен в виде усеченного конуса с выточенным при вершине контуром носовой части обтекателя. Данный участок влагопоглощающей матрицы предназначен для точной соосной установки сердечника в матрице, а также для герметизации литьевой формы перед заливкой (с помощью пробки выполненной из пористого материала). Литьевая форма с обеих торцевых сторон зафиксирована фланцами, при этом основание сердечника выполнено с множеством отверстий по периферии, количество которых по сумме площадей сечений приближено к площади сечения подводящей магистрали шликера. Высокая точность влагопоглощающей матрицы достигается с помощью съемного юстировочного устройства, для чего используется поверенный оптический визир, например, микроскоп.An apparatus for implementing a method for manufacturing an antenna fairing made of quartz ceramics contains an injection mold including a gypsum moisture-absorbing matrix and a core made of passive material, nodes of their mutual coaxial installation, and a slip feed and feed system communicating with the injection mold via the supply line. The new installation, unlike the prototype, is equipped with a vacuum system that communicates with the injection mold on the side of the nose of the core, inserted into a moisture-absorbing matrix made of high precision, in which the section for forming the nose of the fairing is made in the form of a truncated cone with a nose contour cut at the apex fairing. This section of the moisture-absorbing matrix is designed for accurate coaxial installation of the core in the matrix, as well as for sealing the injection mold before pouring (using a plug made of porous material). The injection mold on both end sides is fixed by flanges, while the base of the core is made with many holes along the periphery, the number of which, by the sum of the cross-sectional areas, is close to the cross-sectional area of the slip supply line. The high accuracy of the moisture-absorbing matrix is achieved using a removable alignment device, which uses a trusted optical sight, for example, a microscope.
Указанный технический результат достигается тем, что использование в процессе литья вакуума позволяет сократить время набора массы до 60-45 мин, получать равномерную и равноплотную структуру материала оболочки, обеспечить бесконтактный разъем литьевой формы.The specified technical result is achieved by the fact that the use of vacuum during the casting process allows to reduce the mass gain time to 60-45 min, to obtain a uniform and equal density structure of the shell material, and to provide a non-contact injection mold connector.
Предпочтительно использовать вакуум предельно остаточным давлением 0,15-0,05 кгс/см2.It is preferable to use a vacuum with a maximum residual pressure of 0.15-0.05 kgf / cm 2 .
Пропитка заготовки этилсиликатом в течение 2-4 часов обусловлена глубиной пропитки (влияет на будущую прочность материала), может обеспечить глубину пропитки 0,2-0,8 мм.Impregnation of the workpiece with ethyl silicate for 2-4 hours is due to the depth of impregnation (affects the future strength of the material), can provide an impregnation depth of 0.2-0.8 mm.
Применение водного аммиачного раствора 1-4.5% обеспечивает оптимальный гидролиз этилсиликата (оптимальный по составу, состоянию, физическим и технологическим свойствам связующий раствор, что определяет прочность оболочковых форм). При этом период такой обработки составляет от 36 до 72 часа обеспечивает полноту протекания реакции. Причем, более 72 часов уже не требуется ввиду отсутствия первичного этилсиликата в заготовке на большей глубине.The use of an aqueous ammonia solution of 1-4.5% ensures the optimal hydrolysis of ethyl silicate (a binder solution that is optimal in composition, condition, and physical and technological properties, which determines the strength of shell forms). The period of such processing is from 36 to 72 hours ensures the completeness of the reaction. Moreover, more than 72 hours is no longer required due to the lack of primary ethyl silicate in the workpiece at a greater depth.
Термообработка в печи в течение 2-4 часов при 150-200°С достаточна для получения качественного отформованного изделия.Heat treatment in the furnace for 2-4 hours at 150-200 ° C is sufficient to obtain a high-quality molded product.
В результате пропитки происходит закрытие пор в оболочке антенного обтекателя, а также увеличение прочности дисперсного материала оболочки на 10-20% за счет объединения в пространственные структуры молекулы SiO2 при гидролизе этилсиликата.As a result of the impregnation, the pores in the shell of the antenna cowl are closed, as well as the strength of the dispersed shell material is increased by 10-20% due to the combination of the SiO 2 molecule into spatial structures during hydrolysis of ethyl silicate.
Изготовление и юстировка технологической оснастки с гипсовой высокоточной матрицей, изготовленной с учетом усадки кварцевой керамики, обеспечивает заданный номинальный размер полученного изделия (±0.1 мм), исключив этап механической обработки, и как следствие, образование микротрещин, которые получаются в способах с механической обработкой.The manufacture and adjustment of technological equipment with a gypsum high-precision matrix, made taking into account the shrinkage of quartz ceramics, provides a given nominal size of the obtained product (± 0.1 mm), eliminating the stage of machining, and as a result, the formation of microcracks that are obtained in methods with machining.
Подбор указанных технологических режимов сушки отформованной заготовки, ее термообработки и пропитки этилсиликатом с последующей полимеризацией обеспечивает сокращенный оптимальный цикл изготовления заданной детали и, как результат, получение готовой детали в размер без дальнейшей механической обработки.The selection of the indicated technological modes of drying the molded billet, its heat treatment and impregnation with ethyl silicate followed by polymerization provides a shortened optimal production cycle of a given part and, as a result, obtaining the finished part in size without further mechanical processing.
Для реализации предложенного способа изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики используется оснастка, которая схематично представлена на чертежах.To implement the proposed method for the manufacture of a shell of an antenna cowl made of quartz ceramic, a snap is used, which is schematically represented in the drawings.
На Фиг. 1 представлена в разрезе конструкция технологической оснастки дляизготовлении высокоточной влагопоглощающей матрицы.In FIG. 1 shows a sectional view of the design of tooling for the manufacture of a high-precision moisture-absorbing matrix.
На Фиг. 2 - чертеж, поясняющий в разрезе конструкцию установки для обеспечения процесса изготовления оболочки антенного обтекателя, подготовленную к заливке шликером.In FIG. 2 is a drawing explaining in section a construction of an apparatus for supporting the manufacturing process of an antenna cowl shell prepared for pouring with a slip.
На фигурах 1 и 2 обозначены:In figures 1 and 2 are indicated:
1 - корпус литьевой формы;1 - mold body;
2 - влагопоглощающая гипсовая матрица;2 - moisture-absorbing gypsum matrix;
3 - матрица внешнего контура оболочки антенного обтекателя;3 - matrix of the outer contour of the antenna cowl shell;
4 - болт фиксации матрицы 3;4 - a bolt of fixing of a
5 - матрица, формирующая участок для точной установки юстировочного приспособления, соосной установки сердечника и точной установки матрицы 10 носика с герметизацией литьевой формы;5 is a matrix forming a section for the exact installation of the alignment device, the coaxial installation of the core and the exact installation of the
6 - прижимная пластина с отверстием для фиксации матрицы 5 и (или) юстировочного приспособления;6 - a pressure plate with a hole for fixing the
7 - крепление - болты для фиксации прижимной пластины 6;7 - fastening - bolts for fixing the
8 - сердечник, образующий матрицу внутреннего контура оболочки антенного обтекателя;8 - a core forming a matrix of the inner contour of the antenna cowl shell;
9 - распределительные заливочные отверстия (обозначены осями);9 - distribution filling holes (marked with axes);
10 - матрица носика оболочки антенного обтекателя (изготавливается из пористого материала);10 - the matrix of the nose of the shell of the antenna fairing (made of porous material);
11 - герметизирующий фланец со стороны носика будущего изделия;11 - sealing flange from the side of the nose of the future product;
12 - вакуумный штуцер;12 - vacuum fitting;
13 - герметизирующий заливочный фланец;13 - sealing casting flange;
14 - крепление сердечника 8 к корпусу 1;14 - mounting of the
15 - котировочный винт;15 - quotation screw;
16 - крепление герметизирующего заливочного фланца 13 к корпусу 1;16 - fastening of the
17 - шаровой кран; 18-шланг;17 - ball valve; 18-hose;
19 - заливочная емкость.19 - filling tank.
В соответствии с Фиг. 1 для подготовки высокоточной матрицы используется литьевая форма, содержащая корпус 1, представляющий собой цилиндрическую емкость, внутри которой формируется влагопоглощающая гипсовая матрица 2 по матрице 3 для образования внешнего контура оболочки антенного обтекателя. Матрица 3 и сердечник 8 выполнены из пассивного материала, например, из алюминия. Болты фиксации 4 (на Фиг. 1 в разрезе конструкции показаны два болта, симметрично расположенные относительно оси всей конструкции по периферии основания корпуса 1) обеспечивают установку основания матрицы 3 с креплением к основанию корпуса 1.In accordance with FIG. 1 to prepare a high-precision matrix, an injection mold is used that contains a
Количество болтов фиксации 4, расположенных на равных расстояниях относительно друг друга по выступающей части основания корпуса обусловлено целесообразностью технологических условий для обеспечения точной установки и общими размерами литьевой формы для изготовления заданного размера изделия - оболочки антенного обтекателя. Такие же технологические условия применены для количества креплений - болтов 7,14 и 16 (Фиг. 2).The number of fixing
Матрица 5 формирует участок для точной установки юстировочного приспособления, соосной установки сердечника и точной установки матрицы носика 10 с герметизацией литьевой формы. Данный участок образован в толще гипсовой влагопоглощающей гипсовой матрицы 2 со стороны носовой части будущей оболочки в виде усеченного конуса с выточенным при вершине контуром носовой части оболочки антенного обтекателя. Матрица 5 - деталь конической формы изготовлена из пассивного материала, например алюминия, основание конуса при этом находится на одной высоте с корпусом 1 и выше влагопоглощающей гипсовой матрицы 2 на 10-15 мм и прижимается к матрице 3 прижимной пластиной 6 с отверстием для фиксации матрицы 5 и крепится к корпусу 1 креплением 7 - болтами для фиксации прижимной пластины 6.The
Согласно Фиг. 2 во внутреннюю полость подготовленной технологической оснастки (согласно Фиг. 1), из которой удалены матрица 3, а также матрица 5 и прижимная пластина 6, установлен сердечник 8, образующий матрицу внутреннего контура оболочки антенного обтекателя. В образованный конусный участок устанавливается юстировочное приспособление (на чертеже не показано) - оптический визир, например, микроскоп, вставленный соосно в деталь типа усеченный конус. Юстировочное устройство фиксируется в необходимом положении прижимной пластиной 6 и болтами 7. После окончания котировочных работ, с помощью котировочных винтов 15 сердечник 8 окончательно фиксируется к корпусу 1 болтами 14. Затем вместо юстировочного устройства устанавливается матрица 10 носика оболочки, которая фиксируется герметизирующим фланцем 11 со штуцером 12 болтами 7. Минимальное количество котировочных винтов 15 должно быть три, а большее количество может быть целесообразно при изготовлении соответствующего изделия.According to FIG. 2, a
Основание сердечника 8 выполнено с расширенной технологической периферией, используемой для закрепления с корпусом 1, и в которой выполнены распределительные заливочные отверстия 9, количество которых по сумме площадей сечений приближено к площади сечения подводящей магистрали шликера. К корпусу 1 литьевой формы со стороны основания сердечника 8 крепится герметизирующий заливочный фланец 13 с помощью крепления 16. Герметизирующий заливочный фланец 13 сообщается с шаровым краном 17, который через шланг 18 сообщается с заливочной емкостью 19.The base of the
Процесс изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики происходит следующим образом: предварительно изготавливается технологическая оснастка, одной из основных частей которой является высокоточная гипсовая влагопоглощающая гипсовая матрица 2, расположенная в корпусе 1. Внутренняя поверхность гипсовой матрицы 2 формируется матрицей 3 внешнего контура оболочки (Фиг. 1), изготовленной, предпочтительно, из алюминия, на станке с числовым программным управлением (ЧПУ), и с высокой точностью повторяющим контур формы внешнего контура оболочки антенного обтекателя. После формирования внешнего контура оболочки на место матрицы 3 вставляется сердечник 8, изготовленной, предпочтительно, из алюминия, на станке с ЧПУ, и с высокой точностью повторяющим контур формы внутренней оболочки антенного обтекателя. Сердечник 8 прочно фиксируется креплениями 14 с корпусом 1.The manufacturing process of the shell of the antenna fairing from quartz ceramics is as follows: pre-manufactured tooling, one of the main parts of which is a high-precision gypsum moisture-absorbing
В результате установки сердечника 8 между его поверхностью и внутренней полостью гипсовой формы матрицы 2 образуется фигурная полость для формирования заданной формы оболочки антенного обтекателя с добавлением по основанию удаляемой технологической части.As a result of installing the
Вместо матрицы 10 носика оболочки при подготовке к заливке шликера устанавливается юстировочное приспособление (на чертеже не показано), которое фиксируется в необходимом положении прижимной пластиной 6 со стороны носика будущего изделия креплением - болтами 7. Юстировка производится винтами 15. После окончания котировочных работ сердечник 8 фиксируется болтами 14 к корпусу 1, устанавливается матрица 10 (вместо юстировочного приспособления), что фиксируется герметизирующим фланцем 11 с вакуумным штуцером 12.Instead of the
После завершения юстировки технологическую оснастку готовят к процессу заливки шликера из кварцевой керамики. Вначале устанавливается заливочный герметизирующий фланец 13 с шаровым краном 17 со стороны основания сердечника 8 внутреннего контура и крепится к корпусу 1 болтами 16.After the adjustment is completed, the technological equipment is prepared for the process of pouring a slip from quartz ceramics. First, a
Шаровой кран 17 обеспечивает регулирование поступления шликера по шлангу 18 из заливочной емкости 19. Готовится шликер из кварцевого стекла. Перед заливкой шликера и в процессе набора его массы с помощью вакуумного устройства (на чертеже не показано) через штуцер 12 удаляется воздух из литьевой формы. Из внутренней полости технологической оснастки через вакуумный штуцер 12 перед заливкой шликера откачивается воздух до разряжения 0,05-0,15 кгс/см2.The
Затем установка переворачивается в вертикальной плоскости на 180° шаровым краном 17 вверх и одновременно заливочная емкость 19 со шликером перемещается в положение над технологической оснасткой для заполнения шликером шланга 18, соединенного с краном 17, при этом заливной шланг 18 принимает форму вертикального столба для создания гидростатического давления. Необходимо убедится, что из шланга 18, соединенного с шаровым краном 17, вышел весь воздух. Резким движением открывается шаровой кран 17, происходит быстрое заполнение внутреннего свободного пространства литьевой формы.Then the installation is turned in a vertical plane 180 ° by a
Заливка шликера с использованием вакуумного литья осуществляется во внутреннюю полость технологической оснастки, ограниченную внутренней поверхностью высокоточной гипсовой влагопоглощающей матрицы 2, поверхностью сердечника 8 внутреннего контура и матрицей 10 носовой части оболочки.Filling of the slip using vacuum casting is carried out in the internal cavity of the tooling, limited by the internal surface of the high-precision gypsum moisture-absorbing
Подготовленным водным шликером из кварцевого стекла из заливочной емкости 19 по шлангу 18 через кран 17 и распределительные заливочные отверстия 9 сердечника 8 заполняется внутреннее свободное пространство литьевой формы в объеме от 7,0 л до 8,5 л приготовленного шликера на одно изготавливаемое изделие, что обусловлено параметрическими заданиями продукта. Объем приготавливаемого шликера рассчитывается с учетом остатка шликера в заливном шланге 18 для создания гидростатического давления из-за того, что жидкость отсасывается гипсовой формой, в результате чего на стенках гипсовой формы начинают формироваться стенки изделия. Уровень жидкости в форме понижается, поэтому необходимо подливать шликер до уровня. Уровень столба 600-800 мм от плоскости герметизирующего заливочного фланца 13.Prepared water slurry made of quartz glass from the filling
По истечении 1,5 часов заливочный шликер застывает, снимается шланг 18, соединяющий кран 17 с заливочной емкостью 19, сливается лишний шликер открытием крана 17. После этого, снимается герметизирующий фланец 13 и извлекается сердечник 8. Затем отключается откачивающий воздух насос (на чертеже не показан), отсоединяется герметизирующий фланец 11 с матрицей 10 носовой части оболочки. Изготовленный сырец оболочки антенного обтекателя подсушивается сжатым воздухом комнатной температуры и созданием избыточного давления со стороны носовой части, заготовка-сырец оболочки извлекается из технологической оснастки, затем производят сушку сырца оболочки антенного обтекателя при температуре 100-150°С в течение 3-4 часов (темп нагрева 1°С/мин). Затем осуществляется термообработка заготовки при температуре 1100-1200°С в течение 1,5-2 часов. От основания заготовки отделяют технологическую часть.After 1.5 hours, the filling slip freezes, the
Заготовку оболочки обтекателя пропитывают погружением в ванну с этилсиликатом на 2-4 часа (в частности на 3 часа), затем она вынимается и ставится на сито для стекания излишков этилсиликата (около 2-3 минут), после чего помещается на 36-72 часа (в частности на 48 часов) в водный аммиачный раствор с концентрацией 1-4.5% для гидролиза этилсиликата. Затем оболочка обтекателя вынимается из ванны и ставится для просушки при комнатной температуре на 24 часа, после чего помещается в печь на 2-4 часа с температурой 150-200°С. По истечении времени остывания готовая оболочка обтекателя достигает комнатной температуры.The blank of the cowl shell is impregnated by immersion in a bath with ethyl silicate for 2-4 hours (in particular for 3 hours), then it is removed and put on a sieve to drain excess ethyl silicate (about 2-3 minutes), after which it is placed for 36-72 hours ( in particular for 48 hours) in an aqueous ammonia solution with a concentration of 1-4.5% for the hydrolysis of ethyl silicate. Then the shell of the fairing is removed from the bath and set for drying at room temperature for 24 hours, after which it is placed in the oven for 2-4 hours with a temperature of 150-200 ° C. After the cooling time, the finished cowl shell reaches room temperature.
В качестве сырья для приготовления шликера используют трубы, штабики и стержни из прозрачного кварцевого стекла состава SIO2 более 99,8%, которые подвергают мокрому помолу в шаровых мельницах с дистиллированной водой, проводят стабилизацию водной суспензии (параметры суспензии:РН=6,5; плотность 1,87-1,91 г/см3; вязкость 23 по ВЗ-1; зерновой состав частиц до 5 мкм - 21%, 63-500 мкм - 6,5%, 5-63 мкм -остальное).As a raw material for the preparation of a slip, pipes, posts and rods made of transparent quartz glass with a composition of SIO2 of more than 99.8% are used, which are wet milled in ball mills with distilled water, the aqueous suspension is stabilized (suspension parameters: PH = 6.5; density 1.87-1.91 g / cm 3 ; viscosity 23 according to VZ-1; grain composition of particles up to 5 microns - 21%, 63-500 microns - 6.5%, 5-63 microns - the rest).
Сравнение заявляемого способа изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики с известными техническими решениями показывает, что заявляемый способ имеет следующие отличительные особенности:A comparison of the proposed method for the manufacture of the shell of the antenna fairing from quartz ceramics with known technical solutions shows that the claimed method has the following distinctive features:
- использование в качестве технологической оснастки высокоточной матрицы, изготовленной с учетом усадки кварцевой керамики, а также с применением юстировочного приспособления, позволяет достичь равнотолщинности по поперечному сечению тела оболочки и изготавливать изделия из кварцевой керамики точно в размер без дальнейшей механической обработки;- the use as a tooling of a high-precision matrix, made taking into account the shrinkage of quartz ceramics, as well as with the use of an adjustment device, allows to achieve equal thickness across the cross section of the body of the shell and to manufacture products from quartz ceramics exactly in size without further mechanical processing;
- изделие не подвергается механической обработке, что в свою очередь исключает образование микротрещин в процессе, тем самым повышается прочность изделия.- the product is not subjected to mechanical processing, which in turn eliminates the formation of microcracks in the process, thereby increasing the strength of the product.
- использование вакуума в процессе шликерного литья позволяет достичь одинаковой плотности изделия как по высоте, так и по диаметру, сократить время набора массы в 5 раз, и обеспечить бесконтактный съем изделия;- the use of vacuum in the process of slip casting allows to achieve the same density of the product both in height and in diameter, to reduce the time of mass gain by 5 times, and to provide contactless removal of the product;
- двухстадийная пропитка, повышает прочность на изгиб до 60-70 МПа, не оказывая большого влияния на РТХ (Е=3.0-3.2).- two-stage impregnation, increases bending strength up to 60-70 MPa, without exerting much influence on PTX (E = 3.0-3.2).
- отсутствие каких-либо добавок (SIO2>99,8%) гарантирует гомогенную структуру на стадии обжига изделия, и отсутствие кристобалита, тем самым повысив качество материала, а так же высокие радиотехнические характеристики на уровне исходного сырья (диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь).- the absence of any additives (SIO2> 99.8%) guarantees a homogeneous structure at the stage of firing the product, and the absence of cristobalite, thereby improving the quality of the material, as well as high radio-technical characteristics at the level of the feedstock (dielectric constant and dielectric loss tangent )
- в результате совокупности предложенных технологических решений, изделие получается прочным (на изгиб > 60 МПа), с равномерной и равноплотной структурой, без концентраторов напряжений, с превосходными радио-техническими характеристиками: диэлектрической проницаемостью Е=3-3.2, тангенс диэлектрических потерь 0,010.- as a result of the totality of the proposed technological solutions, the product is durable (bending> 60 MPa), with a uniform and equally dense structure, without stress concentrators, with excellent radio technical characteristics: dielectric constant E = 3-3.2, dielectric loss tangent 0.010.
Предложенная установка для реализации способа решает поставленную задачу за счет оригинально разработанных конструктивных элементов и точности их выполнения и компоновки.The proposed installation for implementing the method solves the problem due to the originally developed structural elements and the accuracy of their implementation and layout.
Технические решения, реализованные в изобретении, разработаны на уровне конструкторской документации и изготовления опытного образца.Technical solutions implemented in the invention are developed at the level of design documentation and prototype manufacturing.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019113599A RU2714162C1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Method of manufacturing of shell of antenna fairing from quartz ceramics and installation for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019113599A RU2714162C1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Method of manufacturing of shell of antenna fairing from quartz ceramics and installation for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2714162C1 true RU2714162C1 (en) | 2020-02-12 |
Family
ID=69625704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019113599A RU2714162C1 (en) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | Method of manufacturing of shell of antenna fairing from quartz ceramics and installation for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2714162C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759211C1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-11-10 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for forming large-sized ceramic products |
RU2815703C1 (en) * | 2023-02-14 | 2024-03-20 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НПО ГОИ им. С.И. Вавилова) | Method for producing quartz ceramics |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4221462A1 (en) * | 1992-06-30 | 1994-01-13 | Horst Nicolai | Casting integral, jacketed ceramic vessel in two=part mould - forms corrugation or protrusion in inner part of jacketed wall by matching configuration of mould core |
RU2257291C1 (en) * | 2003-11-24 | 2005-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Device for molding ceramic articles of complex configuration from aqueous slips |
RU2345970C1 (en) * | 2007-06-04 | 2009-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of making cover of antenna cap from quartz ceramic |
RU2452618C1 (en) * | 2010-12-08 | 2012-06-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Device for making ceramic products from aqueous slurries |
RU2453520C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of producing cover of antenna dome out of reaction bonded silicon nitride |
RU2639548C1 (en) * | 2016-10-31 | 2017-12-21 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for production of rocket antenna domes of quartz ceramics |
-
2019
- 2019-04-30 RU RU2019113599A patent/RU2714162C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4221462A1 (en) * | 1992-06-30 | 1994-01-13 | Horst Nicolai | Casting integral, jacketed ceramic vessel in two=part mould - forms corrugation or protrusion in inner part of jacketed wall by matching configuration of mould core |
RU2257291C1 (en) * | 2003-11-24 | 2005-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Device for molding ceramic articles of complex configuration from aqueous slips |
RU2345970C1 (en) * | 2007-06-04 | 2009-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of making cover of antenna cap from quartz ceramic |
RU2452618C1 (en) * | 2010-12-08 | 2012-06-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Device for making ceramic products from aqueous slurries |
RU2453520C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of producing cover of antenna dome out of reaction bonded silicon nitride |
RU2639548C1 (en) * | 2016-10-31 | 2017-12-21 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for production of rocket antenna domes of quartz ceramics |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759211C1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-11-10 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for forming large-sized ceramic products |
RU2815703C1 (en) * | 2023-02-14 | 2024-03-20 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НПО ГОИ им. С.И. Вавилова) | Method for producing quartz ceramics |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109175307B (en) | 3D printing sand mold antigravity casting forming method | |
CN100560534C (en) | A kind of manufacturing method of alumina-based ceramic core | |
CN103223689B (en) | Preparation method for functionally-graded mold core and mold shell integrated ceramic casting mold | |
CN106278335B (en) | A kind of fiber orientation toughening ceramic matrix composite turbine blade manufacturing method | |
KR101761048B1 (en) | Core for precision casting, production method therefor, and mold for precision casting | |
RU2714162C1 (en) | Method of manufacturing of shell of antenna fairing from quartz ceramics and installation for its implementation | |
US20070072762A1 (en) | Method of Making Ceramic Discharge Vessels Using Stereolithography | |
Wu et al. | Rapid casting of turbine blades with abnormal film cooling holes using integral ceramic casting molds | |
RU2644453C1 (en) | Quartz ceramic antenna fairing of a missile and the method of its manufacture | |
US6527038B1 (en) | Tooling production | |
EP1960175B1 (en) | Sol-gel process for the manufacture of moulds for photocatalytic processes | |
RU2639548C1 (en) | Method for production of rocket antenna domes of quartz ceramics | |
CN110860658B (en) | Preparation method of wax mold gypsum core of cylindrical thin-wall complex component | |
CN1394706A (en) | Core material for making core of pouring forming process and method for making core by using said core material | |
RU194183U1 (en) | INSTALLATION FOR MAKING A CERAMIC ENCLOSURE OF ANTENNA FLOW | |
CN110936466A (en) | Forming device and method for additive manufacturing of inorganic cementing material product | |
CN113211601B (en) | Ceramic core and preparation method and application thereof | |
CN108188345A (en) | A kind of forming method of gear ring | |
CN102581993A (en) | Method for controlling size of silicon rubber mould | |
CN109834226A (en) | A kind of alloy casting composite core and preparation method thereof | |
RU2622422C1 (en) | Mould set for forming complex ceramic workpieces | |
RU2642575C1 (en) | Mould set for forming complex ceramic workpieces | |
RU2623404C1 (en) | Method of manufacturing crucible with quartz ceramic bottom branch pipe and device for its implementation | |
RU2742295C1 (en) | Manufacturing method of radiotransparent article | |
CN117620135A (en) | Near-net-shaped aluminum-based composite material part manufacturing method and part |