一种非金属阀芯及其成型工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非金属阀芯及其成型工艺，属于阀门密封技术领域。
【背景技术】
[0002]现有技术的阀门结构中，能够耐低温到高温的阀门以全金属阀芯结构为主，其耐介质性能可根据金属材料性质加以选择，但全金属阀芯的密封比压很大，在低压下密封性能较差，如果阀门口径较大，则密封性能更差，且由于金属对金属密封，容易磨损掉渣，对于运载火箭而言就是多余物，会导致火箭发生故障。而以橡胶作为密封面的阀芯，会因低温导致玻璃化不能使用；以聚四氟乙烯作为密封面的阀芯，其一与金属之间只能冷粘再滚边收口成型阀芯，可靠性较差，其二聚四氟乙烯具有较大的冷流性，长时间使用后导致密封性能下降。以工程塑料如聚酰亚胺等作为阀芯，则可能因纯氧相容性问题无法使用。
【发明内容】
[0003]本发明所解决的技术问题:为克服现有技术的不足，提供一种非金属阀芯及其成型工艺，使其在液氧90K?气氧500K范围内仍能保持良好密封效果，且能够重复使用。
[0004]解决技术问题采用的技术方案:
[0005]一种非金属阀芯，包括阀头和具有导向功能的阀杆，阀头和阀杆为一体铝材料结构的金属骨架，阀头底面中部位置设置有燕尾槽，槽夹角为20-25度，槽开口的宽度为4-5_，深度为2-3_，其内设有经熔融后的塑料聚全氟乙丙烯。
[0006]一种非金属阀芯成型工艺，具体步骤为:
[0007](I)将权利要求1所述的金属骨架用汽油、无水乙醇清洗，去除表面杂质；
[0008](2)吹砂:用20-24目石英砂或棕刚玉砂对阀头底面及燕尾槽进行吹砂，压缩空气气流压力为0.4?0.7MPa，并对吹砂后金属表面的毛刺进行打磨；
[0009](3)清洗吹砂面:用汽油或酒精清洗金属骨架2-3遍，65-75°C干燥30min，冷却后保存在干燥器中；
[0010](4)配助粘接液:三氧化铬2g，蒸馏水10ml，磷酸2.6g，聚全氟乙丙烯分散液34g，混合均匀待用；
[0011](5)涂助粘接液:助粘接液均匀涂在吹砂面上，涂I?2遍，干燥后将金属骨架保存在干燥器中；
[0012](6)热压:将置于干燥器中的金属骨架置于成型模具中，在燕尾槽内及阀头底面添加塑料聚全氟乙丙烯约2.5?3.5g ;将装好塑料的模具置于热压机中，升温到300±10°C，加压力3?6MPa，到温度后恒温lOmin，塑料高温熔融，与金属骨架粘接；
[0013](7)冷压:将成型模具从热压机中取出至冷压机，加压力4_6MPa，待模具冷却到室温取出得到阀芯毛坯，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品进行表面处理，表面处理后的预制品再经宝石刀车去多余塑料，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
[0014]所述成型模具由上模和下模组成，上模为柱状，截面为工字形，中间设有便于阀穿过的通孔；下模为圆柱状，中间开有圆柱状槽，底部设有便于取出金属骨架的孔，侧面设有测温孔。
[0015]本发明的有益效果:
[0016](I)本发明的塑料与金属骨架之间采用热压成型工艺，保证了塑料与金属的粘接性能，粘接强度达到17MPa以上，500K下粘接强度大于3.5MPa，可靠性高；
[0017](2)本发明的阀芯在口径80mm的氧箱阀门上应用，在90K液氧、500K气氧、温域为70?500K范围内保持较好密封性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明金属骨架图；
[0019]图2为本发明阀芯毛坯图；
[0020]图3为本发明阀芯预制品图；
[0021]图4为本发明阀芯图；
[0022]图5为本发明成型模具示意图；
[0023]图6为本发明阀芯成型工艺流程图。
【具体实施方式】
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[0024]如图1所示，一种非金属阀芯，包括阀头和具有导向功能的阀杆，阀头和阀杆为一体铝材料结构的金属骨架，阀头底面中部位置设置有燕尾槽，槽夹角为20-25度，槽开口的宽度为4-5_，深度为2-3_，其内设有经熔融后的塑料聚全氟乙丙烯。
[0025]如图6所示，一种非金属阀芯成型工艺，具体步骤为:
[0026](I)将权利要求1所述的金属骨架用汽油、无水乙醇清洗，去除表面杂质；
[0027](2)吹砂:用20-24目石英砂或棕刚玉砂对阀头底面及燕尾槽进行吹砂，压缩空气气流压力为0.4?0.7MPa，并对吹砂后金属表面的毛刺进行打磨；
[0028](3)清洗吹砂面:用汽油或酒精清洗金属骨架2-3遍，65-75°C干燥30min，冷却后保存在干燥器中；
[0029](4)配助粘接液:三氧化铬2g，蒸馏水10ml，磷酸2.6g，聚全氟乙丙烯分散液34g，混合均匀待用；
[0030](5)涂助粘接液:助粘接液均匀涂在吹砂面上，涂I?2遍，干燥后将金属骨架保存在干燥器中；
[0031](6)热压:将置于干燥器中的金属骨架置于成型模具中，在燕尾槽内及阀头底面添加塑料聚全氟乙丙烯约2.5?3.5g ;将装好塑料的模具置于热压机中，升温到300±10°C，加压力3?6MPa，到温度后恒温lOmin，塑料高温熔融，与金属骨架粘接；
[0032](7)冷压:将成型模具从热压机中取出至冷压机，加压力4_6MPa，待模具冷却到室温取出得到阀芯毛坯，如图2所示，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品如图3所示，对预制品进行表面处理，表面处理后的预制品再经宝石刀车去多余塑料，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品，如图4所示。
[0033]如图5所示，所述成型模具由上模和下模组成，上模为柱状，截面为工字形，中间设有便于阀穿过的通孔；下模为圆柱状，中间开有圆柱状槽，底部设有便于取出金属骨架的孔，侧面设有测温孔。
[0034]将试验阀门进行密封性能测试:
[0035]在常温0.08,0.39MPa 下，阀门漏率小于 5.0XKT4Pa.m3/s ;在 500K 气氧下，0.08、0.39MPa 阀门漏率小于 5.0XKT4Pa.m3/s ;在 70K 液氧下 0.08MPa 漏率小于 0.15Pa.m3/s、0.39MPa漏率小于0.03Pa *m3/s ;经过低温1000次、常温1000次动作后，常温0.08,0.39MPa下，阀门漏率小于5.0X10 4Pa.m3/so
[0036]本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。
【主权项】
1.一种非金属阀芯，其特征在于，包括阀头和具有导向功能的阀杆，阀头和阀杆为一体铝材料结构的金属骨架，阀头底面中部位置设置有燕尾槽，槽夹角为20-25度，槽开口的宽度为4-5_，深度为2-3_，其内设有经熔融后的塑料聚全氟乙丙烯。
2.一种非金属阀芯成型工艺，其特征在于，具体步骤为: (1)将权利要求1所述的金属骨架用汽油、无水乙醇清洗，去除表面杂质； (2)吹砂:用20-24目石英砂或棕刚玉砂对阀头底面及燕尾槽进行吹砂，压缩空气气流压力为0.4?0.7MPa，并对吹砂后金属表面的毛刺进行打磨； (3)清洗吹砂面:用汽油或酒精清洗金属骨架2-3遍，65-75°C干燥30min，冷却后保存在干燥器中； (4)配助粘接液:三氧化铬2g，蒸馏水10ml，磷酸2.6g，聚全氟乙丙烯分散液34g，混合均匀待用； (5)涂助粘接液:助粘接液均匀涂在吹砂面上，涂I?2遍，干燥后将金属骨架保存在干燥器中； (6)热压:将置于干燥器中的金属骨架置于成型模具中，在燕尾槽内及阀头底面添加塑料聚全氟乙丙烯约2.5?3.5g ;将装好塑料的模具置于热压机中，升温到300±10°C，加压力3?6MPa，到温度后恒温lOmin，塑料高温熔融，与金属骨架粘接； (7)冷压:将成型模具从热压机中取出至冷压机，加压力4-6MPa，待模具冷却到室温取出得到阀芯毛坯，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品进行表面处理，表面处理后的预制品再经宝石刀车去多余塑料，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
3.根据权利要求2所述的一种非金属阀芯成型工艺，其特征在于，所述成型模具由上模和下模组成，上模为柱状，截面为工字形，中间设有便于阀穿过的通孔；下模为圆柱状，中间开有圆柱状槽，底部设有便于取出金属骨架的孔，侧面设有测温孔。
【专利摘要】本发明公开了一种非金属阀芯，包括阀头和具有导向功能的阀杆，阀头和阀杆为一体铝材料结构的金属骨架，阀头底面中部位置设置有燕尾槽，槽夹角为20-25度，槽开口的宽度为4-5mm，深度为2-3mm，其内设有经熔融后的塑料聚全氟乙丙烯。本发明的塑料与金属骨架之间采用热压成型工艺，保证了塑料与金属的粘接性能，粘接强度达到17MPa以上，500K下粘接强度大于3.5MPa，可靠性高。
【IPC分类】F16K51-00, B29C65-02
【公开号】CN104595576
【申请号】CN201510050686
【发明人】朱军, 刘凤英, 王帮武, 赵建设, 伍芃
【申请人】航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月30日