專利名稱：高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種制導裝置，尤其涉及一種氣動舵機，具體涉及高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件及其制造方法。
背景技術：
現有的冷氣式氣動舵機主要由隔框部件、起爆器、氣動放大器、氣瓶、舵機構件、減壓器、傳感器、導線束和舵片等部件組成，其中，舵機構件是氣瓶氣壓有效傳遞至舵片，使舵片能按預定要求運動，進而帶動整個裝置的有效運動，實現制導過程的重要零件。其制導過程簡要程序為來自控制部件的制導信號，經放大后傳遞至起爆器，打開氣瓶；氣瓶內的瞬間高氣壓，經減壓器和氣動放大器調整后，得到穩定的額定氣壓；額定氣壓再流入舵機構件內，帶動舵片運動；舵片的運動帶動整個舵機裝置的運動，從而實現制導。舵機構件是整個舵機系統中用于執行氣壓傳遞作用的高氣密性結構零件，既要保證舵片及其附屬零件有足夠的活動空間，同時又要保證內部氣路能承受7 12MPa、穩壓 5 IOmin的高氣壓的壓力，是一個有著很高難度的零件。因其特殊的作用，構件的結構特征要求為中空型。針對此種結構特征，目前的成形方法采用高強鋁合金板材兩半單獨機械加工，后通過密封圈外加緊固鏍釘連接，結構形式為盤狀主體加獨立氣室的立柱結構。經長期的使用考察發現，此種結構的舵機構件存在以下兩大缺陷1、密封圈在長期存放、使用過程中易老化，密封不到位造成零件漏氣，使用過程中內部壓力無法達到預定要求，影響整個舵機系統的正常工作；2、機械加工方式難以滿足舵機構件高緊湊化成形的結構要求，迫使構件在設計結構上留下諸多無效的空間，而這種無效的空間結構使自身重量增加的同時， 也使整個系統重量為之增加，其重量指標難以達到規定要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，該舵機構件既能高效可靠傳遞高氣壓，實現系統制導功能。本發明的另一目的在于提供上述高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，該方法簡便，且能有效地制得高致密度的舵機構件。本發明的第一目的是這樣實現的
一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，它包括進氣源，以及垂直分布于盤狀主體上的六個柱狀的主氣室，其特征在于它還包括內嵌于盤狀主體內的不銹鋼管；所述進氣源通過進氣小孔與并排的兩個主氣室相通；與進氣源相通的一個主氣室，通過所述不銹鋼管與其余的四個主氣室相連通；所述盤狀主體采用高強鑄造鋁合金成形，以滿足預定形狀的成形需求，實現結構的有效緊湊，并有效降低自身重量和系統重量。上述盤狀主體上還設置有固定部位，以通過螺釘等常規連接方式，實現該舵機構件與系統之間的連接，并可將主體上的除保證必要的結構強度的部位外的其他結構全部剃除，以保證舵機構件有緊湊的空間結構和輕量化的結構重量。上述與進氣源相通的主氣室，與相鄰的主氣室之間的不銹鋼管，與其余的主氣室之間的不銹鋼管的排布方向異面，也即該段不銹鋼管為與水平面相交的一段斜管，其余三段不銹鋼管則處于同一水平面。這樣的結構中，不銹鋼管整體具有空間異向的結構特征，其貫穿分布于各主要氣室間，提高了不銹鋼管在舵機構件中的定位準確性，從而提高了氣體在各孤立主氣室間的傳氣效率。上述不銹鋼管，優選規格為Φ3 6mm，壁厚0. 5 Imm ；其定位精度為士0. 1mm。本發明的另一目的是這樣實現的
上述高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，該制造方法依次包括以下步驟
(1)按零件氣路布置要求，精確計算各主氣室之間連接段不銹鋼管的下料長度，精確下料，并進行彎曲成形；
(2)用輔助定位立柱將所得各段不銹鋼管串接成形，然后焊接成為一個整體，即得不銹鋼管架；
(3)將上述不銹鋼管架進行除油、除污和常規必要的表面預處理，后通過定位工裝將其精確定位于鑄型中，并在鑄型定位處預留下可抽取不銹鋼管架內部氣體的接頭，之后將不銹鋼管架和鑄型一起進行預熱處理，預熱溫度控制在250°C 30(TC，保溫待用；
(4)將鋁合金按常規的鋁合金熔煉方法進行熔煉，對所得合金熔體進行精煉變質處理， 溫度控制在720°C 740°C間，之后將合金液靜置，沉淀雜質，后在將所得合金液溫度調整到730°C 740°C，保溫待鑄；
(5)將上述保溫好的鑄型轉入真空鑄機中定位，并用該鑄機中的真空管接好鑄型中預留的接頭，完成鑄型定位工作；將保溫待用的合金液轉入鑄機澆包中，并接溫度傳感器，之后關上鑄機艙門，對艙內和管架內部同時進行抽真空，使其真空度達到-0.06 MPa以下，當澆包內的溫度傳感器顯示溫度為700°C 710°C時，進行澆注工作，完畢后進行加壓處理， 其壓力控制在0. 6 0. 8MPa，真空壓力轉換時間控制在10 15s，以確保舵機構件鑄件在壓力條件下凝固，保證鑄件內部無縮孔縮松；
(6)將所得舵機構件鑄件，采用數控車削的方式，剔除輔助定位立柱，并按相應的規格尺寸要求，進行加工，并對零件表面進行常規必要的防護處理，即得到該舵機構件產品。上述步驟(1)中，采用線切割的方式，對各段不銹鋼管精確下料；上述步驟(2)中， 輔助定位立柱采用的成形材質為鋁合金或鋼等金屬，并采用氬弧焊全焊的方式，在組焊工裝上對串接的管架進行封焊，使之成為一個不銹鋼管架整體。上述步驟(4)中，對合金熔體的精煉變質處理，依次按除氣、變質、精煉的順序進行；其中，除氣和精煉，優選采用旋轉噴吹氬氣精煉除氣方式進行；變質，優選采用鍶鹽變質劑變質處理，變質劑用量為占爐料重量0. 5% 0. 7%。上述步驟(5)中，將保溫待用的合金液采用虹吸或真空吸注的方式轉入鑄機澆包中，以防止鋁合金被氧化。本發明具有以下有益效果
本發明提供了一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，該舵機構件具有優異的抗氣載能力，它可于12MPa的額定氣壓下，保壓IOmin而無泄漏，且其密封效果不因存儲因素的改變而發生變化，其實現了高效可靠地傳遞高氣壓，進而實現了系統制導功能，突破了傳統高氣密性舵機構件在密封問題上的局限，并增強了基礎鑄造合金的抗氣載能力，提高了結構設計的靈活性；且該舵機構件具有高緊湊型的結構，突破了傳統機械加工式結構的約束，其形狀可隨系統要求的形狀而改變，與此同時也為系統預留了足夠的空間，可根據實際應用將其額定重量控制在350g以下，降低了自身重量和系統重量，與傳統的兩半獨立加工后通過密封圈密封的結構相比，其結構有效重量降低了 1 2倍，節省了舵機系統重量30% 50%， 可廣泛應用于航空航天、武器裝備等有關制導化的高新技術領域。另外，本發明所提供的該舵機構件的制造方法屬于真空加壓精鑄技術，它實現了不銹鋼管精確鑲鑄于高強鑄造鋁合金中，起到了輔助增強氣室間氣道處鑄造鋁合金抗氣載能力的作用，實現了空間異向分布的薄壁管件對基礎鑄造合金的強化作用，可適用于多種鋼質結構材料和鑄造鋁合金的鑲嵌成形。說明書附圖


圖1是本發明實施例1中所述的舵機構件的結構示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖2的F-F剖視圖。圖4是圖1的D-D剖視圖按照2:1的比例放大后的示意圖。圖5是圖1所示的舵機構件結構的B向視圖。圖6是本發明實施例1中所述的舵機構件的制備方法中的不銹鋼管架的結構示意圖。圖7是本發明實施例1中所述的舵機構件的制備方法中采用的輔助定位立柱的結構示意圖。圖8是圖7的A-A剖視圖。圖9是圖6所示的不銹鋼管架的俯視圖。圖10是圖6所示的B部位按照3 1的比例的放大示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是，以下實施例只用于對本發明進行進一步的說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。實施例1
如說明書附圖1-10所示，一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，它包括進氣源1，以及垂直分布于盤狀主體2上的六個柱狀的主氣室3、4、5、6，它還包括內嵌于盤狀主體2內的不銹鋼管7、8 ；進氣源1通過進氣小孔9與并排的兩個主氣室3、4相通；與進氣源1相通的一個主氣室4，通過不銹鋼管7、8與其余的四個主氣室5、6相連通；盤狀主體2采用高強鑄造鋁合金成形；盤狀主體2上還設置有固定部位10，以便通過螺釘實現該舵機構件與系統之間的連接；與進氣源相通的主氣室4，與相鄰的主氣室5之間的不銹鋼管7，與其余的主氣室 5、6之間的不銹鋼管8的排布方向異面，即該段不銹鋼管7為與水平面相交的一段斜管，其余三段不銹鋼管8則處于同一水平面；不銹鋼管7、8，規格為Φ 3mm，壁厚0.5mm;其定位精度為士0. 1mm。上述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，是按照以下步驟制得的
(1)按結構示意圖所示的零件氣路布置要求，精確計算各段不銹鋼管7、8的下料長度， 用線切割的方式精確下料，并采用常規的彎管夾具進行彎曲成形；(2)用輔助定位立柱11將各段不銹鋼管7、8串接成形，然后用氬弧焊全焊的方式，在組焊工裝上對串接的管架進行封焊，使其焊接成為一個整體，即得不銹鋼管架；輔助定位立柱采用鋁合金成形；
(3)將整體組焊后的不銹鋼管架進行除油、除污和常規必要的表面預處理，后通過定位工裝將其精確定位于鑄型中，并在鑄型定位處預留下用于抽取不銹鋼管架內部氣體的接頭，之后將不銹鋼管架和鑄型一起進行預熱處理，預熱溫度控制在250°C，保溫待用；
(4)將鋁合金按常規的鋁合金熔煉方法進行熔煉，對所得合金熔體在720V 730°C的溫度條件下，依次按除氣、變質、精煉的順序，進行精煉變質處理，其中，除氣和精煉，采用旋轉噴吹氬氣精煉除氣方式進行，變質，采用鍶鹽變質劑變質處理，變質劑用量為占爐料重量 0. 5% ；之后將所得合金液靜置，沉淀雜質，后在將所得合金液溫度調整到730°C，保溫待鑄；
(5)將上述保溫好的鑄型轉入真空鑄機中定位，并用該鑄機中的真空管接好鑄型中預留的接頭，完成鑄型定位工作；將保溫待用的合金液采用虹吸的方式轉入鑄機澆包中，并接溫度傳感器，之后關上鑄機艙門，對艙內和管架內部同時進行抽真空，使真空度達到-0. 05 MPa時，當澆包內的溫度傳感器顯示溫度為700°C時，進行澆注工作，完畢后進行加壓處理， 其壓力控制在0. 6MPa，真空壓力轉換時間控制在10s，之后卸壓取出鑄件，打箱、清理；
(6)將所得舵機構件鑄件，采用數控車削的方式，剔除輔助定位立柱，并按相應的規格尺寸要求，進行加工得到主氣室3、4、5、6和進氣源(1)，后對其表面進行常規必要的防護處理，即得到該舵機構件產品。實施例2
一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，其不銹鋼管7、8，規格為Φ 5mm,壁厚Imm ；其定位精度為士0. 1mm，其他結構與實施例1中所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的結構相同。上述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，是按照以下步驟制得的
(1)按結構示意圖所示的零件氣路布置要求，精確計算各段不銹鋼管7、8的下料長度， 用線切割的方式精確下料，并采用常規的彎管夾具進行彎曲成形；
(2)用輔助定位立柱11將各段不銹鋼管7、8串接成形，然后用氬弧焊全焊的方式，在組焊工裝上對串接的管架進行封焊，使其焊接成為一個整體，即得不銹鋼管架；輔助定位立柱采用鋁合金成形；
(3)將整體組焊后的不銹鋼管架進行除油、除污和常規必要的表面預處理，后通過定位工裝將其精確定位于鑄型中，并在鑄型定位處預留下用于抽取不銹鋼管架內部氣體的接頭，之后將不銹鋼管架和鑄型一起進行預熱處理，預熱溫度控制在30(TC，保溫待用；
(4)將鋁合金按常規的鋁合金熔煉方法進行熔煉，對所得合金熔體在730°C 740°C的溫度條件下，依次按除氣、變質、精煉的順序，進行精煉變質處理，其中，除氣和精煉，采用旋轉噴吹氬氣精煉除氣方式進行，變質，采用鍶鹽變質劑變質處理，變質劑用量為占爐料重量 0. 7% ；之后將所得合金液靜置，沉淀雜質，后在將所得合金液溫度調整到740°C，保溫待鑄；
(5)將上述保溫好的鑄型轉入真空鑄機中定位，并用該鑄機中的真空管接好鑄型中預留的接頭，完成鑄型定位工作；將保溫待用的合金液采用真空吸注的方式轉入鑄機澆包中，并接溫度傳感器，之后關上鑄機艙門，對艙內和管架內部同時進行抽真空，使真空度達到-0. 06 MPa時，當澆包內的溫度傳感器顯示溫度為710°C時，進行澆注工作，完畢后進行加壓處理，其壓力控制在0. 8MPa，真空壓力轉換時間控制在15s，之后卸壓取出鑄件，打箱、清理；
(6)將所得舵機構件鑄件，采用數控車削的方式，剔除輔助定位立柱，并按相應的規格尺寸要求，進行加工得到主氣室3、4、5、6和進氣源1，后對其表面進行常規必要的防護處理，即得到該舵機構件產品。實施例3
一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，其不銹鋼管7、8，規格為Φ 4mm，壁厚0. 8mm ；其定位精度為士0. 1mm，其他結構與實施例1中所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的結構相同。上述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，是按照以下步驟制得的
(1)按結構示意圖所示的零件氣路布置要求，精確計算各段不銹鋼管7、8的下料長度， 用線切割的方式精確下料，并采用常規的彎管夾具進行彎曲成形；
(2)用輔助定位立柱11將各段不銹鋼管7、8串接成形，然后用氬弧焊全焊的方式，在組焊工裝上對串接的管架進行封焊，使其焊接成為一個整體，即得不銹鋼管架；輔助定位立柱采用鋁合金成形；
(3)將整體組焊后的不銹鋼管架進行除油、除污和常規必要的表面預處理，后通過定位工裝將其精確定位于鑄型中，并在鑄型定位處預留下用于抽取不銹鋼管架內部氣體的接頭，之后將不銹鋼管架和鑄型一起進行預熱處理，預熱溫度控制在275°C，保溫待用；
(4)將鋁合金按常規的鋁合金熔煉方法進行熔煉，對所得合金熔體在725°C 735°C的溫度條件下，依次按除氣、變質、精煉的順序，進行精煉變質處理，其中，除氣和精煉，采用旋轉噴吹氬氣精煉除氣方式進行，變質，采用鍶鹽變質劑變質處理，變質劑用量為占爐料重量 0. 6% ；之后將所得合金液靜置，沉淀雜質，后在將所得合金液溫度調整到735°C，保溫待鑄；
(5)將上述保溫好的鑄型轉入真空鑄機中定位，并用該鑄機中的真空管接好鑄型中預留的接頭，完成鑄型定位工作；將保溫待用的合金液采用真空吸注的方式轉入鑄機澆包中，并接溫度傳感器，之后關上鑄機艙門，對艙內和管架內部同時進行抽真空，使真空度達到-0. 04 MPa時，當澆包內的溫度傳感器顯示溫度為705°C時，進行澆注工作，完畢后進行加壓處理，其壓力控制在0. 7MPa，真空壓力轉換時間控制在13s，之后卸壓取出鑄件，打箱、 清理；
(6)將所得舵機構件鑄件，采用數控車削的方式，剔除輔助定位立柱，并按相應的規格尺寸要求，進行加工得到主氣室3、4、5、6和進氣源1，后對其表面進行常規必要的防護處理，即得到該舵機構件產品。將實施例1-3所制得的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件進行性能檢測，得到下表所述的其綜合性能參數
權利要求
1.一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，它包括進氣源(1)，以及垂直分布于盤狀主體 (2)上的六個柱狀的主氣室(3、4、5、6)，其特征在于它還包括內嵌于盤狀主體(2)內的不銹鋼管(7、8)；所述進氣源(1)通過進氣小孔(9)與并排的兩個主氣室(3、4)相通；與進氣源(1)相通的一個主氣室(4)，通過所述不銹鋼管(7、8)與其余的四個主氣室(5、6)相連通； 所述盤狀主體(2)采用高強鑄造鋁合金成形。
2.根據權利要求1所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，其特征在于所述盤狀主體 (2)上還設置有固定部位(10);所述與進氣源(1)相通的主氣室(4)，與相鄰的主氣室(5)之間的不銹鋼管(7)，與其余的主氣室(5、6)之間的不銹鋼管(8)的排布方向異面。
3.根據權利要求1或2所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件，其特征在于所述不銹鋼管(7、8)，其規格為Φ3 6mm，壁厚0.5 Imm;其定位精度為士0. 1mm。
4.根據權利要求1-3任一所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，其特征在于，該制造方法依次包括以下步驟(1)按零件氣路布置要求，精確計算各主氣室(3、4、5、6)之間連接段不銹鋼管(7、8)的下料長度，精確下料，并進行彎曲成形；(2)用輔助定位立柱(11)將所得各段不銹鋼管(7、8)串接成形，然后焊接成為一個整體，即得不銹鋼管架；(3)將所述不銹鋼管架進行除油、除污和常規必要的表面預處理，后通過定位工裝將其精確定位于鑄型中，并在鑄型定位處預留下可抽取不銹鋼管架內部氣體的接頭，之后將不銹鋼管架和鑄型一起進行預熱處理，預熱溫度控制在250°C 30(TC，保溫待用；(4)將鋁合金按常規的鋁合金熔煉方法進行熔煉，對所得合金熔體進行精煉變質處理， 溫度控制在720°C 740°C間，之后將合金液靜置，沉淀雜質，后在將所得合金液溫度調整到730°C 740°C，保溫待鑄；(5)將所述保溫好的鑄型轉入真空鑄機中定位，并用該鑄機中的真空管接好鑄型中預留的接頭，完成鑄型定位工作；將保溫待用的合金液轉入鑄機澆包中，并接溫度傳感器，之后關上鑄機艙門，對艙內和管架內部同時進行抽真空，使其真空度達到-0.06 MPa以下，當澆包內的溫度傳感器顯示溫度為700°C 710°C時，進行澆注工作，完畢后進行加壓處理， 其壓力控制在0. 6 0. 8MPa，真空壓力轉換時間控制在10 15s ；(6)將所得舵機構件鑄件，采用數控車削的方式，剔除輔助定位立柱，并按相應的規格尺寸要求，進行加工，并對零件表面進行常規必要的防護處理，即得到該舵機構件產品。
5.根據權利要求4所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，其特征在于所述步驟(1)中，采用線切割的方式，對各段不銹鋼管精確下料；所述步驟(2)中，輔助定位立柱采用的成形材質為鋁合金或鋼，并采用氬弧焊全焊的方式，在組焊工裝上對串接的管架進行封焊，使之成為一個不銹鋼管架整體。
6.根據權利要求4或5所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，其特征在于 所述步驟(4)中，對合金熔體的精煉變質處理，依次按除氣、變質、精煉的順序進行；其中， 除氣和精煉，采用旋轉噴吹氬氣精煉除氣方式進行；變質，采用鍶鹽變質劑變質處理，變質劑用量為占爐料重量0. 5% 0. 7%。
7.根據權利要求4或5所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，其特征在于 所述步驟(5)中，將保溫待用的合金液采用虹吸或真空吸注的方式轉入鑄機澆包中。
8.根據權利要求6所述的高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件的制造方法，其特征在于所述步驟(5)中，將保溫待用的合金液采用虹吸或真空吸注的方式轉入鑄機澆包中。
全文摘要
本發明涉及一種高氣密性鋼鋁鑲嵌式舵機構件。它包括進氣源(1)，以及垂直分布于盤狀主體(2)上的六個柱狀的主氣室(3、4、5、6)，其特征在于它還包括內嵌于盤狀主體(2)內的不銹鋼管(7、8)；所述進氣源(1)通過進氣小孔(9)與并排的兩個主氣室(3、4)相通；與進氣源(1)相通的一個主氣室(4)，通過所述不銹鋼管(7、8)與其余的四個主氣室(5、6)相連通；所述盤狀主體(2)采用高強鑄造鋁合金成形。該舵機構件具有優異的抗氣載能力，其密封效果不因存儲因素的改變而變化，實現了高效可靠地傳遞高氣壓；且其具有高緊湊型的結構，降低了自身和系統重量，可廣泛應用于航空航天、武器裝備等有關制導化的高新技術領域。
文檔編號B63H25/32GK102372083SQ201110361200
公開日2012年3月14日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者孫昌建, 景蓉, 曹國武, 王元慶, 蘇志權, 趙祖德, 陳強, 黃靜 申請人:中國兵器工業第五九研究所