СПОСОБ ОБРАБОТКИ МИКРОВОЛОКНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B21C1/00 B21C3/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке скальпированием быстроохлажденного титанового волокна, полученного из расплава, и может быть использовано для получения микроволокон титана с гладкой поверхностью круглого сечения. Волокно применяют в медицине, авиакосмической, химической и других областях народного хозяйства.

Известно устройство для обработки металлов давлением, на контактной поверхности которого во входной зоне выполнен микрорельеф с ориентацией неровностей перпендикулярно направлению волочения, а на поверхности рабочей зоны микрорельеф неровностей (0,4 0,6 мкм соответственно) ориентирован параллельно направлению обработки [1] Заготовка в процессе обработки в известном устройстве проходит через входную зону, где микрорельеф поверхности, ориентированной перпендикулярно направлению обработки, препятствует вытеснению смазки из очага деформации и тем самым увеличивает толщину смазочной пленки, уменьшая коэффициент трения в зоне пластической деформации. После входной зоны материал поступает в рабочую зону зону калибровки, где неровности поверхности ее, расположенные параллельно направлению обработки, способствуют поступлению смазки в эту зону, что уменьшает коэффициент трения и снижает усилия обработки.

Недостатками устройства и способа является то, что микронеровности на контактных поверхностях играют ограниченную роль в процессе обработки и не обеспечивают выравнивание некруглого поперечного сечения заготовок. Известные устройство и способ не снижают усилия обработки в связи с резким перепадом как поперечного сечения, так и сечения по длине волокна.

Известен способ обработки микроволокон, согласно которому заготовку в процессе обработки перекатывают возвратно-поступательно по рабочим поверхностям в направлении, перпендикулярном оси обработки волочением. Способ реализуется в устройстве для обработки микропроволоки, содержащем волоку, состоящую из двух частей, части волоки установлены с зазором и с возможностью возвратно-поступательного движения в направлении, перпендикулярном оси волочения [2]
Недостатками способа и устройства для получения микропроволоки является невозможность эффективной обработки проволоки некруглого сечения, имеющей на поверхности выступы в виде иглоподобных образований, например, поверхности быстроохлажденного титанового волокна, полученного из расплава.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки, который заключается в том, что заготовку непрерывно подают в очаг деформации, обжимают и калибруют с одновременным перекатыванием в поперечном направлении, причем в период обжатия к заготовке прикладывают знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения в направлении волочения. Устройство для осуществления этого способа содержит пару плоских плашек, каждая из которых имеет входной, обжимной, калибрующий и выходной участки. На внутренней поверхности обжимных участков плашек выполнены выступы и впадины. Выступы одной плашки расположены напротив впадин другой [3]
Недостатками известных способа и устройства обработки микропроволоки является то, что они не способны осуществлять скругление некруглого волокна и, деформируя микроволокно, не могут сгладить дефектную поверхность такого микроволокна, как быстроохлажденные из расплава титановые волокна, содержащие прочные недеформируемые иглоподобные образования. Расположение выступов одной плашки напротив впадин другой вызывает действие изгибающего момента на волокнах, подвергаемых знакопеременным растягивающим и сжимающим напряжениям. Это приводит к обрыву волокна в местах наименьшего сечения.

Предлагаемые изобретения обеспечивают повышение качества поверхности труднодеформируемых с некруглым сечением волокон, в частности, полученных быстрым охлаждением из расплава, увеличивают их прочность.

Заявляемый способ обработки микроволокна включает непрерывную подачу заготовки в очаг деформации и последующую калибровку и отличается тем, что заготовку подают в виде спирали двойного кручения и скальпируют при возвратно-поступательном перемещении, при этом в период скальпирования и калибровки к заготовке прикладывают однонаправленное сжимающее напряжение.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего пару плоских плашек, имеющих калибрующие участки с впадинами на поверхности, которое отличается тем, что оно снабжено набором скальпирующе-калибрующих плашек, установленных попарно вплотную друг к другу с чередованием в вертикальной и горизонтальной плоскости, причем впадины на поверхности каждой пары плашек расположены напротив друг друга, а поверхность между впадинами выполнена плоской.

Предлагаемые изобретения создают условия для непрерывного удаления дефектов на поверхности микроволокна, срезания хрупкой оболочки волокна за счет наличия на внутренних поверхностях плашек впадин и плоских площадок между ними и расположения впадины одной плашки напротив впадины другой плашки. Срезание (скальпирование) сопровождается одновременно калибровкой волокна и приданием ему заданного сечения без изменения рельефа на поверхности плашек за счет возвратно-поступательного движения волокна между парами плашек, размещенных попарно с чередованием в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Подача волокна в очаг деформации в виде спирали двойного кручения, полученной одновременным вращением волокна вокруг пространственной цилиндрической поверхности и собственной продольной оси, обеспечивает большую жесткость, придающую волокну способность скругляться, срезаясь плашками преимущественно по граням наибольшего поперечного сечения сегмента.

За счет однонаправленного напряжения сжатия волокна, производимого плашками при регулировании зазора между ними, и подбора скорости деформации волокна в зоне контакта создается температура, обеспечивающая безобрывность волокна, а также повышение прочности калиброванного волокна в процессе скальпирования.

Предлагаемое расположение плашек в устройстве обеспечивает равномерное распределение напряжений по длине волокна без изгиба и постоянный отвод продуктов срезания с поверхности волокна. Благодаря последнему контакты плашек остаются чистыми, что дает возможность, в конечном счете, получить гладкую, почти полированную поверхность волокна.

В процессе скальпирования микроволокна, имеющего сечение в форме сегмента различной толщины, происходит скругление сечения на толстых участках волокна с последующим его утонением до заданного размера по всей длине.

Применение смазки при скальпировании значительно ускоряет процесс выравнивания поверхности и переход формы сечения из сегмента в ленту.

На чертеже представлено поперечное сечение заявляемого устройства.

Устройство содержит попарно установленные плотно друг к другу плашки 1. Плашки 1 размещены с чередованием в горизонтальной 2 и вертикальной плоскости 3 вдоль оси скальпирования калибровки микроволокна.

Плоские плашки 1 на калибрующей поверхности имеют впадины, выполненные в виде рисок 5, и плоские площадки 6 между ними. Зазоры между попарно расположенными плашками регулируют с помощью, например, винта через пружинную стальную пластину. Во избежание изгибающих напряжений в очаге деформации и для уменьшения обрывности микроволокон, риски 5 одной плашки располагают напротив рисок 7 другой плашки. Плашки 1 изготавливают из твердосплавного материала, например, ВК-8, стеклокерамики и т.д. Рельеф внутренней поверхности плашек может быть выполнен полировкой поверхности с последующим нанесением рисок или путем навивки проволоки, например, стальной с плотной укладкой на плашки и последующей тонкой шлифовкой и полировкой проволоки. Предпочтительно, когда длина площадки между рисками в полтора раза превышает ее ширину, а ширина впадины (риски) в полтора раза превышает наибольшее поперечное сечение волокна. Увеличение указанных соотношений не дает дополнительного эффекта скальпирования-калибровки, а уменьшение ухудшает поверхность из-за скопления продуктов скальпирования на волокне и плашках и приводит к усилению трения, что, в конечном итоге, повышает обрывность волокна.

Предлагаемые изобретения были испытаны при обработке титанового волокна, полученного из сплава ВТ-6 методом экстракции из капли расплава. Волокно имело неровное по длине поперечное сечение с чередованием тонких и толстых участков. Форма поперечного сечения преимущественно в виде сегмента, на полукруглой поверхности которого были расположены иглоподобные образования. Поверхностный слой волокна хрупкий и состоит из микроволокон.

Способ осуществляется следующим образом.

Волокно предварительно размещают на двух сматывающих элементах, способных совершать вращательное движение таким образом, чтобы волокно образовывало спираль двойного кручения. Скрученное волокно помещают в очаг деформации между плашками и сообщают ему возвратно-поступательное движение. Внутренние поверхности плашек производят срезание иглоподобных образований, шелушение хрупкой оболочки и очищение нижележащих слоев волокна при его перемещении. Плашки за счет регулировки винтами через стальную пружинную ленту приближают друг к другу: вначале только до соприкосновения с волокном, при этом волокно двигают со скоростью 50 60 возвратно-поступательных вращений в минуту. После срезания иглоподобных образований скорость увеличивают до 100 120 перемещений в минуту. За счет наличия плоской внутренней поверхности плашек между впадинами треугольной формы скальпирование происходит без перегиба волокна. Продукты срезания не задерживаются в зоне контакта и выводятся через впадины за пределы устройства в специальный накопитель. Кромка, образованная плоской поверхностью и впадиной, послойно срезает все неровности на поверхности волокна. Волокно становится более пластичным, и при последующем уменьшении зазоров в парах между плашками одновременно со скальпированием происходит другая операция калибровка, сопровождаемая скруглением поперечного сечения волокна. Спиралеобразное двойного кручения волокно образует зону контакта с внутренними поверхностями плашек по граням наибольшего поверхностного сечения, имеющим более высокую устойчивость и жесткость. В результате было получено волокно с гладкой блестящей поверхностью толщиной 5 10 мкм. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таким образом, заявляемый способ позволяет совместить процесс скальпирования с калибровкой, и придать необходимую форму сечения волокну по всей длине с сечением любой сложности. При скальпировании волокно сложного сечения упрочняется в 2 3 раза, а после последующего волочения в 3,5 4 раза. Лентообразное волокно, полученное скальпированием-калибровкой, упрочняется в 1,1 1,5 раза по сравнению с исходным состоянием, затраты времени на его производство сокращаются в 5 10 раз.

Изобретения отличаются простотой и удобством в эксплуатации.

Использование: повышение качества поверхности труднодеформируемых с некруглым сечением волокон при обработке скальпированием быстроохлажденного титанового волокна, полученного из расплава, и может быть использовано для получения микроволокон титана с гладкой поверхностью круглого сечения. Волокно применяют в медицине, авиакосмической, химической и других областях народного хозяйства. Сущность: способ обработки микроволокна включает непрерывную подачу заготовки в очаг деформации и последующую калибровку. Заготовку подают в виде спирали двойного кручения и скальпируют при возвратно-поступательном перемещении. При этом в период скальпирования и калибровки к заготовке прикладывают однонаправленное сжимающее напряжение. Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего пару плоских плашек, имеющих калибрующие участки с впадинами на поверхности, которое отличается тем, что оно снабжено набором скальпирующе-калибрующих плашек, установленных попарно вплотную друг к другу с чередованием в вертикальной и горизонтальной плоскости, причем впадины на поверхности каждой пары плашек расположены напротив друг друга, а поверхность между впадинами выполнена плоской. Предлагаемые изобретения обеспечивают повышение качества поверхности труднодеформируемых с некруглым сечением волокон, в частности, полученных быстрым охлаждением из расплава, увеличивают их прочность. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки микроволокна, включающий непрерывную подачу заготовки в очаг деформации и последующую калибровку, отличающийся тем, что заготовку подают в виде спирали двойного кручения и скальпируют при возвратно-поступательном перемещении, при этом в период обработки к заготовке прикладывают однонаправленное сжимающее напряжение. 2. Устройство для обработки микроволокна, содержащее скальпирующе-калибрующие плашки с калибрующими участками, на поверхности которых выполнены впадины, отличающееся тем, что плашки установлены попарно вплотную одна к другой с чередованием в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом впадины на поверхности каждой пары плашек размещены встречно-симметрично, а участки между впадинами выполнены плоскими.