[发明专利]飞机钛合金电自阻加热拉弯模具陶瓷绝缘垫圈的设计方法

摘要

一种飞机钛合金电自阻加热拉弯模具陶瓷绝缘垫圈的设计方法，采取在陶瓷绝缘垫圈两表面涂覆保护层的方式，以使得陶瓷绝缘垫圈表面与保护层表面的接触为软接触，使原来陶瓷绝缘垫圈受到的过于集中的应力分散开，陶瓷绝缘垫圈达不到所能承受的最大弯矩，从而有效的解决由于陶瓷绝缘垫圈表面粗糙度影响导致的垫圈局部应力过于集中，陶瓷绝缘垫圈碎裂的问题。改良后的陶瓷绝缘为了解决现有不仅在飞机钛合金电自阻加热拉弯生产中不会碎裂，而且满足对陶瓷绝缘件的力学性能的要求，不会改变陶瓷绝缘垫圈的原有特性，充分利用了陶瓷绝缘垫圈的优良性能，制作工艺简单，生产成本低。

主权项

1.一种飞机钛合金电自阻加热拉弯模具陶瓷绝缘垫圈的设计方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，确定陶瓷绝缘垫圈上保护层的涂覆位置；所述确定的保护层涂覆在陶瓷绝缘垫圈的上表面和下表面；步骤2，选取保护层材料；步骤3，计算螺栓的扭紧力；步骤4，限定陶瓷绝缘垫圈表面粗糙度δ；步骤5，建立陶瓷绝缘垫圈最易碎的受力模型：所建立的陶瓷绝缘垫圈最易碎的受力模型中Ⅰ陶瓷绝缘垫圈的上部受到均布压强q的作用；并且陶瓷绝缘垫圈下部最外侧的压强最大，中部的压强最小，使得陶瓷绝缘垫圈中部的弯矩最大；所述陶瓷绝缘垫圈下部最外侧至中部的压强呈线性分布；Ⅱ陶瓷绝缘垫圈表面的轮廓峰高处于陶瓷绝缘垫圈的中部位置，轮廓谷深处于陶瓷绝缘垫圈的边缘位置；步骤6，确定陶瓷绝缘垫圈中部承受最大弯矩时的最大压强差△q1：△q1＝q1‑q0  (11)式中：△q为陶瓷绝缘垫圈受到能承受最大弯矩时的最大压强差；q1为陶瓷绝缘垫圈下部最外侧的压强；q0陶瓷绝缘垫圈中部的压强；步骤7，确定保护层厚度tr的初始值及轴向弹性模量E2的初始值：Ⅰ确定保护层厚度tr的初始值为1mm；Ⅱ确定轴向弹性模量E2的初始值为20GPa；步骤8，确定涂覆保护层后陶瓷绝缘垫圈受到的压强差△q2：通过公式(15)得到保护层产生形变后，陶瓷绝缘垫圈表面所受到的最大压强q1′与陶瓷绝缘垫圈表面所受到的最大压强q′0之差；公式中，△l是保护层的压缩量，tr是保护层厚度，δ是陶瓷绝缘垫圈表面粗糙度，E2是轴向弹性模量；通过公式(16)得到涂覆保护层后陶瓷绝缘垫圈受到的压强差；△q2＝q′1‑q0′  (16)至此，得到了涂覆保护层后陶瓷绝缘垫圈受到的压强差；步骤9，比较△q2与△q1的大小：比较△q2是否小于△q1：若△q2＜△q1，陶瓷绝缘垫圈所承受的最大弯矩未达到极限，不会碎裂，则继续步骤10；反之，若△q2＞△q1，则返回步骤7，将保护层的厚度增加1mm，并在此基础上通过不断降低保护层的轴向弹性模量，直至△q2＜△q1；所述降低保护层轴向弹性模量的步长为1Gpa；步骤10，确定硅橡胶与铝粉的比例：在确定硅橡胶与铝粉的比例时：通过串联模型确定复合材料轴向弹性模量通过并联模型确定复合材料轴向弹性模量其中Ea为铝的弹性模量，Er为硅橡胶弹性模量，cr为硅橡胶的相对体积含量，ca为铝粉的相对体积含量；cr+ca＝1；得到复合材料的轴向弹性模量E2公式中，C为常数，通过植村益次提出的经验公式确定：C＝0.4ca‑0.025  (20)其中c_a为铝的相对体积含量，V_a为铝的体积，V为复合材料的总体积；以c_a，c_r为未知数带入方程(17)～(20)，得到铝与硅橡胶构成的复合材料在任意轴向弹性模量下，所需要的硅橡胶与铝粉的各自相对体积含量；通过得到的硅橡胶相对体积含量与铝粉的相对体积含量，利用密度、质量和体积三者关系，将相对体积含量转化为相对质量含量；至此，得到硅橡胶与铝粉的比例；步骤11，涂覆：按照所确定的保护层厚度，并按照确定的硅橡胶与铝粉的各自相对质量含量，采用搅拌铸造法制成复合材料，涂覆到陶瓷绝缘垫圈的上表面和下表面。