沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子的製作方法

2023-04-24 15:08:56

沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子的製作方法
【專利摘要】本實用新型提出一種沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子，陶瓷絕緣子為分段圓柱結構，分為前段圓柱、中段圓柱和尾段圓柱，陶瓷絕緣子中心軸向通孔為臺階通孔，分為前段通孔和後段通孔；處於前段圓柱與中段圓柱連接位置處的外側臺階面轉角處採用圓弧過渡，外側臺階面內凹轉角採用半徑為R1的圓弧過渡，外側臺階面外凸轉角採用半徑為R2的圓弧過渡；處於前段通孔與後段通孔連接位置處的內側臺階面轉角處也採用圓弧過渡，內側臺階面內凹轉角採用半徑為R2的圓弧過渡。本實用新型在原有結構基礎上，增加了轉接處的圓弧過渡連接，將受到的外力分散，避免了應力集中，同時可以避免燒結過程中形成應力集中和加工搬運中形成崩角，導致微裂紋產生。
【專利說明】沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及航空發動機沿面點火電嘴陶瓷結構【技術領域】，具體為一種沿面點 火電嘴用陶瓷絕緣子。

【背景技術】
[0002] 陶瓷材料由於其良好的力學性能，在結構件中得到廣泛的應用。特別是在航空發 動機點火領域，由於陶瓷材料耐熱溫度高、力學強度高及耐壓性好的特點，能充分的滿足航 空發動機嚴苛的工作環境，在點火電嘴中作為結構功能件被廣泛應用。但在沿面電嘴中，不 僅要求其具有良好的力學結構和性能，還需要在高溫工況下能耐高電壓，使陶瓷端面沿其 表面形成放電火花，實現點火功能。
[0003] 早期研製該類型陶瓷絕緣子結構採用傳統的熱壓鑄成型加工技術，該技術存在著 陶瓷絕緣子緻密度差、形變量大、力學強度低的缺點，並且熱壓鑄成型技術生產的陶瓷絕緣 子性能一致性差，導致絕緣子廢品率偏高，延誤了研製進度。


【發明內容】

[0004] 為解決航空沿面點火電嘴用結構陶瓷斷裂、瓷體力學強度不高以及瓷體在高壓下 被擊穿的問題，確保陶瓷絕緣子的結構強度、力學性能、抗電強度及電嘴的工作可靠性，提 高產品的安全性和耐久性，本實用新型提出了一種沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子。
[0005] 本實用新型的技術方案為：
[0006] 所述一種沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子，陶瓷絕緣子為分段圓柱結構，分為前段圓 柱、中段圓柱和尾段圓柱，陶瓷絕緣子中心軸向通孔為臺階通孔，分為前段通孔和後段通 孔；其特徵在於：處於前段圓柱與中段圓柱連接位置處的外側臺階面轉角處採用圓弧過 渡，外側臺階面內凹轉角採用半徑為R1的圓弧過渡，外側臺階面外凸轉角採用半徑為R2的 圓弧過渡；處於前段通孔與後段通孔連接位置處的內側臺階面轉角處也採用圓弧過渡，內 側臺階面內凹轉角採用半徑為R2的圓弧過渡。
[0007] 進一步的優選方案，所述一種沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子，其特徵在於：前段圓 柱外圓直徑11mm，中段圓柱外圓直徑18. 2mm，尾段圓柱外圓直徑16. 5mm ;前段通孔直徑 5. 1mm，後端通孔直徑13mm。
[0008] 有益效果
[0009] 本實用新型在原有結構基礎上，增加了轉接處的圓弧過渡連接，將受到的外力分 散，避免了應力集中，同時可以避免燒結過程中形成應力集中和加工搬運中形成崩角，導致 微裂紋產生。將中段和後段瓷體壁厚增加了 0. 25mm，增加了其抗折強度。將原來120°坡面 改成臺階直平面，利於裝配時彈簧在其表面接觸並承受工作時傳遞的熱應力和震動載荷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1:改進前陶瓷絕緣子結構圖；
[0011] 圖2 :改進後陶瓷絕緣子結構圖；
[0012] 圖3 :實施例中的陶瓷絕緣子結構圖；

【具體實施方式】
[0013] 下面結合具體實施例描述本實用新型：
[0014] 本實施例中採用A-95氧化鋁陶瓷造粒粉，經冷等靜壓成型成毛坯，將毛坯車削成 所需要的幾何特徵，燒結成瓷後製得需要的產品。
[0015] 如圖1所示，改進前的結構製得的絕緣子不能滿足其力、電學性能要求，表現在抗 彎強度達不到理論計算數據，抗電性能測試時，瓷體被擊穿。為此改進陶瓷絕緣子結構，目 的實現陶瓷材料在結構設計時受力狀況的合理分布。
[0016] 本實施例中的航空沿面電嘴用陶瓷絕緣子的結構設計方法，主要按以下步驟進 行：
[0017] 1)陶瓷絕緣子的結構設計，按電嘴技術指標和陶瓷材料的技術性能指標要求，結 合電嘴的實際工作環境，設計合理的結構用陶瓷。在結構設計時，充分考慮陶瓷製品的特 性，增加轉角連接處的Rl，R2,減小該地方熱燒結時形成的應力集中並防止在加工中造成尖 角處微裂紋的形成。
[0018] 2)按照設計的結構陶瓷的特點，選擇合理的加工製造方法（見ZL200910124086. 8 一種航空電嘴用特種陶瓷零件的加工方法）。就等靜壓成型相比熱壓鑄成型而言，坯體緻密 度好，坯體均勻，且車削後能實現淨尺寸成型，熱收縮小，燒結時形變量小，幾何尺寸及測試 數據的一致性高。因此本實用新型涉及的絕緣子採用冷等靜壓成型。
[0019] 3)對結構陶瓷製品的性能指標檢測。採用三點彎曲法來測試陶瓷的抗折強度，其 加壓速度為2. 95KN/S，跨距22mm。其測試最高壓力值高於理論設計值判定合格。其電學性 能的測試為瓷體的抗電強度，要求在15KV交流下持續30秒瓷體不被擊穿為合格。上述性 能不僅表觀的測試了其瓷體的力學、電學性能，也反映了瓷體內在的特性，在高溫燒結時， 坯體逐漸融化、熔融成液相-固相交互的狀態，坯體逐步緻密化、晶態化，晶粒逐步由晶核 發育成晶體，當其晶體尺寸達到20um後，瓷體的各項優異性能得到凸顯，但當晶粒尺寸超 過50um時，瓷體的性能出現惡化，控制其性能達到理想狀態也是控制了燒結過程。因此對 陶瓷製品的性能測試顯得至關重要。
[0020] 4)結構改進並進行驗證性試驗。結構改進後需要對絕緣子及隨產品進行例行試驗 考核，絕緣子需要對其抗折強度，抗電性能，抗熱震性，體積密度等做充分的驗證試驗和數 據收集，分析改進後的絕緣子的優勢，並裝配在電嘴中。電嘴的例行試驗包括鹽霧、震動、衝 擊性及壽命試驗等的驗證，以考核在模擬工況下電嘴工作的可靠性，耐久性。在此基礎上， 還需要隨配套的發動機進行長試考核。
[0021] 5)確定最終結構狀態如圖2。陶瓷絕緣子為分段圓柱結構，分為前段圓柱、中段圓 柱和尾段圓柱，陶瓷絕緣子中心軸向通孔為臺階通孔，分為前段通孔和後段通孔；處於前段 圓柱與中段圓柱連接位置處的外側臺階面轉角處採用圓弧過渡，外側臺階面內凹轉角採用 半徑為R1的圓弧過渡，外側臺階面外凸轉角採用半徑為R2的圓弧過渡；處於前段通孔與後 段通孔連接位置處的內側臺階面轉角處也採用圓弧過渡，內側臺階面內凹轉角採用半徑為 R2的圓弧過渡。這樣將陶瓷絕緣子受到的外力分散，避免了應力集中，同時可以避免燒結過 程中形成應力集中和加工搬運中形成崩角，導致微裂紋產生。
[0022] 本實施例中陶瓷絕緣子的加工流程:A_95氧化鋁造粒粉裝模一毛坯冷等靜壓成 型一毛坯數控車床淨尺寸車削一高溫燒結成瓷一性能試驗一檢驗一成品入庫。
[0023] 參照附圖3,陶瓷絕緣子前段圓柱外圓直徑11mm，中段圓柱外圓直徑18. 2mm，尾段 圓柱外圓直徑16. 5mm ;前段通孔直徑5. 1_，後端通孔直徑13_。相比於圖1中改進前的 結構，後端通孔直徑從原來的13. 5mm減小到13mm，使瓷體壁厚增加，增加圓弧轉接連接，改 變其力學結構，消除應力集中，提高力學性能，並將120°夾角改成180°平臺，使得該陶瓷 絕緣子在電嘴中裝配時，彈簧套接在前段圓柱（外圓11_直徑）上與臺階面接觸，可伐合 金與尾段（外圓直徑16. 5mm)釺焊連接後與電嘴殼體焊接在一起，形成組件結構，利於裝配 時彈簧在其表面接觸並承受工作時傳遞的熱應力和震動載荷。
[0024] 改進前與改進後的結構性能對比如表1 :
[0025] 表1結構陶瓷零件性能對比表
[0026]

【權利要求】
1. 一種沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子，陶瓷絕緣子為分段圓柱結構，分為前段圓柱、中段 圓柱和尾段圓柱，陶瓷絕緣子中心軸向通孔為臺階通孔，分為前段通孔和後段通孔；其特徵 在於：處於前段圓柱與中段圓柱連接位置處的外側臺階面轉角處採用圓弧過渡，外側臺階 面內凹轉角採用半徑為R1的圓弧過渡，外側臺階面外凸轉角採用半徑為R2的圓弧過渡；處 於前段通孔與後段通孔連接位置處的內側臺階面轉角處也採用圓弧過渡，內側臺階面內凹 轉角採用半徑為R2的圓弧過渡。
2. 根據權利要求1所述一種沿面點火電嘴用陶瓷絕緣子，其特徵在於：前段圓柱外圓 直徑11mm,中段圓柱外圓直徑18. 2mm，尾段圓柱外圓直徑16. 5mm ;前段通孔直徑5. 1mm，後 端通孔直徑13mm。
【文檔編號】F02C7/266GK204143971SQ201420535904
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】黨騰華, 任瑞玲, 楊樂, 楊江美 申請人:陝西航空電氣有限責任公司