СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК B23K20/00 B21C23/08 

Изобретение относится к области обработки давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ) и служит для производства цилиндрических полых изделий с продольным и поперечным армированием (например, труб, оболочек).

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения полых изделий из ВКМ с продольным армированием [1], заключающийся в следующем. Заготовку собирают и жестко крепят на оправке, нагревают и совместно протягивают через волоку, осуществляя компактирование заготовки в изотермических условиях за один переход. Недостатками способа являются высокая себестоимость получаемых изделий ввиду сложности изготовления оснастки, а также снижение коэффициента использования материала из-за наличия крепежной части, уходящей в отход.

Задачей предлагаемого способа является увеличение коэффициента использования материала и уменьшение себестоимости продукции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Получение армированных полых цилиндрических изделий из волокнистых композиционных материалов реализуется за счет того, что заготовку собирают на оправке, жестко закрепляют на ней и компактируют в изотермических условиях при постоянном давлении, равном напряжению компактирования ВКМ, причем заготовку собирают на полой оправке, а компактирование осуществляют путем обкатки между валками по всей длине образующей заготовки со скоростью вращения валков n, равной:

где К_НП - коэффициент неплотности заготовки; h_о - начальная толщина заготовки; R - радиус валков прокатного стана; t_д - требуемое время деформации.

Описываемый способ поясняется схемой, данной на чертеже.

Заготовка 1 размещается методом намотки на оправке 2. После нагрева заготовки и валков, оправка фиксируется между валками 3 и 4, один из которых кладется в пазы основания 5, а другой, помещенный внутри оправки, передает усилие пресса через подвижную часть 6 установки. Процесс компактирования происходит за счет обкатки в изотермических условиях за один проход при постоянном давлении валков на заготовку, равном напряжению компактирования ВКМ, что обеспечивается приложением усилия прижима на верхний валок. Угловая скорость вращения валков рассчитывается таким образом, чтобы прочное соединение компонентов сформировалось за один проход. Это достигается, если угловая скорость рассчитывается с помощью вышеприведенной формулы. Сохранение сплошности волокон обеспечивают силовыми условиями, характеризующимися величиной напряжений в ВКМ, не превышающих напряжение компактирования, и ограничением степени деформации ВКМ величиной, равной коэффициенту неплотности заготовки.

Пример. На лабораторной установке, детали которой выполнены из инструментальной стали 5ХНВ, при температуре 480-500^oС проводили обкатку сборной заготовки из ВКМ АД1-В с объемной долей волокон 40%. В результате была получена партия изделий толщиной 1,5 мм. Обкатку проводили следующим образом. Заготовка размещалась на кольцевой оправке внешним диаметром 250 мм и шириной 200 мм, соответствующей длине бочки валков установки. Валки лабораторного устройства (диаметром 150 мм) и оправка с заготовкой нагревались до температуры 500^oС. Выполняли сборку рабочей установки. Один из валков размещался внутри оправки, после чего на его цапфы прикладывалось усилие пресса. За счет этого заготовка зажималась неподвижными валками с давлением, равным напряжению компактирования (140 МПа). Затем валки приводились в движение с угловой скоростью 0,05 рад/с.

Полученные образцы подвергались испытанию на разрыв. Прочность ВКМ близка к расчетной - 850 МПа. Кроме этого, проведенный фракционный анализ после вытравливания матрицы ВКМ показал сохранение сплошности 90% волокон.

Проведены дополнительные исследования влияния скорости вращения валков на качество получаемых изделий. Так, компактирование заготовок со скоростью 0,1 рад/с при прочих равных условиях не позволило получить прочного соединения компонентов.

Предложенный способ обеспечивает получение цилиндрических армированных полых изделий компактного строения с прочным соединением компонентов и сохранением целостности и исходной прочности волокон.

Источники информации
1. Патент 2083338, кл. В 23 К 20/00, опубликован 10.07.97, бюл. 19.

Использование: изобретение относится к области обработки давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ). Оно может применяться в аэрокосмической области промышленности и в других областях машиностроения. Сущность: в способе получения армированных полых цилиндрических изделий из волокнистых композиционных материалов заготовку собирают на оправке, жестко закрепляют на ней и компактируют в изотермических условиях при постоянном давлении, равном напряжению компактирования ВКМ, причем заготовку собирают на полой оправке, а компактирование осуществляют путем обкатки между валками по всей длине образующей заготовки со скоростью вращения валков n, равной где К_НП - коэффициент неплотности заготовки; h₀ - начальная толщина заготовки; R - радиус валков прокатного стана; t_д - требуемое время деформации. Изобретение позволяет получать армированные полые цилиндрические изделия из ВКМ при более высоком коэффициенте использования материала и с меньшей себестоимостью продукции. 1 ил.

Способ получения армированных полых цилиндрических изделий из волокнистых композиционных материалов (ВКМ), заключающийся в том, что заготовку собирают на оправке, жестко закрепляют на ней и компактируют в изотермических условиях при постоянном давлении, равном напряжению компактирования ВКМ, отличающийся тем, что заготовку собирают на полой оправке, а компактирование осуществляют путем обкатки между валками по всей длине образующей заготовки со скоростью вращения валков n, равной

где К_нп - коэффициент неплотности заготовки;
h₀ - начальная толщина заготовки;
R - радиус валков прокатного стана;
t_д - требуемое время деформации.