СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБ ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРОДОЛЬНЫМ АРМИРОВАНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК B23K20/02 B21D51/02 

Изобретение относится к обработке давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ) и служит для производства продольноармированных труб различного типоразмера.

Известен способ получения труб из ВКМ с продольным армированием [1], заключающийся в том, что компактирование сборной заготовки осуществляют за счет разности коэффициентов линейного термического расширения элементов оснастки термоупругого пресса. Недостатком способа является высокая себестоимость труб из-за сложности изготовления термоупругого пресса и большая продолжительность процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, который позволяет получать трубы из ВКМ с продольным армированием за счет многопереходного протягивания сборной заготовки через конусную волоку с использованием плавающей оправки [2]. Компактирование заготовки осуществляется в изотермических условиях путем радиальной деформации и не сопровождается ее осевым удлинением. Компактирование за несколько переходов необходимо в связи с отсутствием постоянного подпора заготовки со стороны оправки. Для осуществления процесса необходимо предварительное частичное компактирование заготовки. Недостатком способа является то, что из-за многопереходности имеют место ускоренный износ оснастки, недостаточно высокое качество поверхности получаемых труб и невысокая производительность процесса.

Задачей предлагаемого способа является повышение производительности процесса, качества поверхности и уменьшение себестоимости.

Сущность изобретения заключается в следующем. Получение труб из ВКМ с продольным армированием осуществляется по способу, который заключается в том, что получение армированных труб осуществляют за счет сборки заготовки непосредственно на оправке, жесткого крепления ее на оправке и совместного протягивания заготовки и оправки через волоку. Компактирование заготовки проводится в изотермических условиях за один переход, причем длину рабочей зоны волоки выбирают в интервале:
l_min ≤ l_рз ≤ l_max,
где
l_рз - длина рабочей зоны волоки,
,
,
где Δr - требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки; α - угол конусности волоки; D_тр и d_тр - соответственно внешний и внутренний диаметр трубы; σ_c - временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении; σ*scp

- среднее напряжение течения матричной составляющей при компактировании волокнистого композиционного материала, μ - коэффициент трения.

Волока имеет коническое отверстие с продольными пазами, а между заготовкой и волокой присутствует технологическая оболочка, имеющая цилиндрическую форму. При деформировании ее излишки удаляются в продольные пазы на волоке с целью предотвращения осевого удлинения технологической оболочки и заготовки.

Ширина паза равна:
,
где
ε_то - радиальная степень деформации; t_то - толщина технологической оболочки; D_заг - наружный диаметр заготовки; П_н - параметр неравномерности распределения радиального напряжения на поверхности заготовки (П_н = 1-2,5).

Описываемый способ поясняется схемой, приведенной на чертеже. Заготовка 3 размещается методом намотки на оправке 4. Оправка фиксируется между основанием-захватом 6 и волокой 2 с пазами 8 стойками-стяжками 5. Между заготовкой и волокой присутствует технологическая оболочка 9. Для облегчения сборки установки волока имеет конусную зону, где и размещается в начальный момент заготовка. Заготовка дополнительно крепится к оправке фиксатором 7. Установка размещается в очковой печи и устанавливается на прессе, где крепится с помощью захвата 1 и основания-захвата 6. После нагрева установки начинается процесс компактирования заготовки за счет протягивания оправки с заготовкой через конусную волоку. Профиль отверстия волоки рассчитывается таким образом, чтобы величина напряжения в ВКМ не превышала критической величины. Это обеспечивается, если длина рабочей зоны волоки находится с помощью вышеприведенных формул.

Пример. На лабораторной установке, изготовленной из стали 5ХНВ, в изотермических условиях деформации получена партия труб из бороалюминия диаметром 20 мм с толщиной стенки 1,5 мм. Угол конусности волоки составлял 5^o, протяженность рабочей зоны 5 мм. Процесс компактирования обеспечил получение труб с прочным соединением компонентов материала, с сохранением сплошности волокон. Механические свойства ВКМ соответствовали расчетным значениям.

Пример. На лабораторной установке, изготовленной из стали 5ХНВ, в изотермических условиях деформации получена партия труб из бороалюминия диаметром 20 мм с толщиной стенки 1 мм. Угол конусности волоки составлял 5^o, протяженность рабочей зоны 7 мм. Процесс компактирования обеспечил получение труб с прочным соединением компонентов материала, с сохранением сплошности волокон. Механические свойства ВКМ соответствовали расчетным значениям. Проведено дополнительное исследование влияния длины рабочей зоны волоки на качество труб. Компактирование заготовок с помощью волоки, протяженность рабочей зоны которой составляла 4 мм, при прочих равных условиях не обеспечило получение компактного материала. Увеличение протяженности рабочей зоны волоки до 10 мм привело к повышенному дроблению борных волокон, что, как и в предыдущем случае, привело к снижению механических характеристик получаемых труб.

Применение предлагаемого метода позволяет сохранять сплошность волокон, получать материалы компактного строения при качественной поверхности изделия.

Источники:
1. В.Ф.Мануйлов, В.И.Галкин, Т.В.Забурдаева. Комплексный анализ процесса радиального обжатия трубных заготовок на бесприводных термодефомационных прессах. В сб. Совершенствование технологии и оборудования штамповочного производства в авиастроении. Ярославль. Ярославский политехический институт, 1986, с. 83-88.

2. А. И.Колпашников, Б.А.Арефьев, В.Ф.Мануйлов. Деформирование композиционных материалов. М., Металлургия, 1982, с. 248.

Способ относится к обработке давлением волокнистых композиционных материалов и может быть использован, в аэрокосмической и других отраслях машиностроения. Заготовку собирают непосредственно на оправке, жестко закрепляют и совместно протягивают их через волоку. В результате обеспечивается компактирование в изотермических условиях деформации. Длину рабочей поверхности волоки выбирают из приведенного интервала. Перед протягиванием на заготовку надевают технологическую оболочку. На внутренней поверхности волоки предусматривают продольные пазы, ширину которых рассчитывают по приведенной формуле. 1 ил.

Способ получения труб из волокнистых композиционных материалов с продольным армированием, заключающийся в том, что заготовку собирают и компактируют через волоку с помощью оправки в изотермических условиях деформации, отличающийся тем, что заготовку собирают непосредственно на оправке, жестко закрепляют на ней и совместно протягивают их через волоку, осуществляя компактирование заготовки за один переход, а длину рабочей поверхности волоки выбирают в интервале
l_m i n ≤ l_р з ≤ l_m a x,
где l_р з - длина рабочей зоны волоки,


где Δr - требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки;
α - угол конусности волоки;
D_т р и d_т р - соответственно внешний и внутренний диаметры трубы;
σ_c - временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении;
σ*scp

- среднее напряжение течения матричной составляющей при компактировании волокнистого композиционного материала;
μ - коэффициент трения,
перед протягиванием на заготовку дополнительно надевают технологическую оболочку, а на рабочей поверхности волоки предусматривают наличие продольных пазов, ширину которых рассчитывают по формуле

где ε_то - радиальная степень деформации;
t_т о - толщина технологической оболочки;
D_з а г - наружный диаметр заготовки;
П_н - параметр неравномерности распределения радиального напряжения на поверхности заготовки (П_н = 1 - 2,5).