СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛ-НЕМЕТАЛЛ Российский патент 2004 года по МПК B21D26/14 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке металлов давлением импульсного магнитного поля с целью получения герметичного неразъемного соединения цилиндрических оболочек из металла и неметаллического материала.

Сборка соединения металл-неметалл осуществляется склеиванием, свинчиванием по резьбовым поверхностям, закаткой роликом, обжатием на прессах и т.д.

Все перечисленные способы трудоемки, автоматизация и механизация их в большинстве случаев представляет сложную проблему. Кроме того, к существенному недостатку следует отнести то, что они не всегда обеспечивают надежность герметичности и прочности соединения.

Применение импульсного магнитного поля в сборочных операциях позволяет значительно снизить трудоемкость изготовления, дает возможность автоматизировать и механизировать процесс сборки, а в некоторых случаях является единственно возможным методом получения качественного соединения. Незначительная стоимость и высокая производительность установок магнитно-импульсной обработки, а также простота технологии позволяют рекомендовать ее для различных отраслей машиностроения.

При технологических процессах магнитно-импульсной обработки металлов деформирование заготовки осуществляется электромеханическими силами, возникающими в результате взаимодействия переменных импульсных токов встречного направления, протекающих в инструменте (индукторе) и заготовке.

Предварительный нагрев заготовки уменьшает сопротивление материала деформированию. Следует учитывать, что при технологических операциях “обжим” в результате импульсного поверхностного разогрева обрабатываемой заготовки и последующего его охлаждения возникают дополнительные напряжения, которые способствуют улучшению качества опрессовки при выполнении сборочных операций.

Известен способ получения соединений цилиндрических металлических и неметаллических оболочек [1], по которому соединяемые цилиндрические оболочки устанавливают внахлест, и закатывают материал стенки алюминиевой оболочки в кольцевые канавки, проточенные на внешней поверхности оболочки из композиционного материала роликами на токарно-давильном станке. Недостатками такого способа получения соединения являются большая трудоемкость, необходимость привлечения рабочих высокой квалификации, а также то, что он не обеспечивает требуемой степени герметичности соединения.

Существует способ получения соединения металл-пластик [2], включающий в себя установку цилиндрических оболочек из алюминиевого сплава и композиционного материала внахлест, с предварительным введением между ними клеевой основы, и магнитно-импульсное вдавливание стенки алюминиевой оболочки в кольцевые канавки оболочки из композиционного материала. Этот способ получения соединения металл-пластик не может обеспечить высокой степени герметичности получаемого соединения при его работе в широком диапазоне температур. Это объясняется "запиранием" объема клея и воздуха в кольцевых канавках оболочки из композиционного материала, что происходит в результате равномерного вдоль образующей алюминиевой оболочки обжима давлением импульсного магнитного поля. "Запирание" объемов клея и воздуха в канавках приводит к образованию полостей в зоне соединения, что снижает герметичность последнего.

На использовании давления импульсного магнитного поля основан еще один способ получения соединения металл-пластик давлением импульсного магнитного поля [3], заключающийся в том, что размещают внахлест цилиндрические оболочки из алюминиевого сплава и из композиционного материала, на контактной поверхности последней из которых выполнены кольцевые канавки, с предварительным введением между ними клеевой основы. Затем деформируют давлением импульсного магнитного поля стенки алюминиевой оболочки, вдавливая их в кольцевые канавки оболочки из композиционного материала. В качестве клеевой основы используют клей на основе эпоксиполиамидного связующего с относительным удлинением, равным 3,3-3,6% при температуре 196°С. При вдавливании стенки алюминиевой оболочки в кольцевые канавки оболочки из композиционного материала давление профилируют вдоль образующей оболочек с получением его максимального значения в середине каждой канавки, уменьшая его к краям. Основными недостатками такого способа являются сложность применяемого оборудования и большая трудоемкость технологического процесса.

Предлагаемый способ представляет собой комбинацию нагрева и магнитно-импульсной обработки, причем нагрев производится токами высокой частоты.

Процесс сборки заключается в следующем: цилиндрические оболочки из металла, например алюминиевого сплава, и неметалла, например из композиционного материала, размещают внахлест, на контактной поверхности последней выполнены кольцевые канавки. Металлическую заготовку нагревают на участке, соответствующем зоне соединения посредствам установки ТВЧ до температуры, не превышающей температуру плавления неметаллического материала, с последующей обработкой магнитным импульсом высокой напряженности в пределах 1000-6500 кА/м. Применение магнитного импульса напряженностью менее 1000 кА/м не рекомендуется в связи с тем, что при этих значениях напряженности деформация металла незначительна и не позволяет получить прочное и герметичное соединение, использование магнитного импульса напряженностью выше 6500 кА/м требует дорогостоящего оборудования и дополнительных мер безопасности. Температура нагрева зависит от толщины стенки металлической заготовки и марки композиционного материала и определяется экспериментально.

Сборка осуществляется за счет плотного прилегания стенки металлической оболочки к краям канавок в результате равномерного вдоль образующей оболочки обжима давлением импульсного магнитного поля.

Дополнительно плотность обжатия увеличивается при остывании детали в результате теплового сжатия металлической оболочки.

Все эти факторы способствуют обеспечению высокой герметичности и прочности соединения по контактным поверхностям соединяемых деталей.

Предлагаемый способ получения соединения металл-неметалл давлением импульсного магнитного поля с предварительным нагревом металлической заготовки является более прогрессивным по сравнению с известными и обеспечивает более надежное соединение.

В настоящее время способ получения соединения металл-неметалл давлением импульсного магнитного поля с предварительным нагревом металлической заготовки применяется в мастерских и лабораториях института. Предлагаемый способ служит экспериментальной и исследовательской базой для учебного процесса на машиностроительных специальностях.

Источники информации

1. Абибов А.Л. Технология машиностроения. - М.: Машиностроение, 1970.

2. Патент США №3513531, кл. 29-421, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР №864651, B 21 D 26/14, 1980 г.

4. Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. - Харьков: Вища школа, 1997, 320 с.

5. Талалаев А.К., Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Проскуряков Н.Е., Нечипоренко Ю.Г. Магнитно-импульсная штамповка полых цилиндрических заготовок. - Тула: Репроникс Лтд, 1998. 238 с.

Изобретение относится к области машиностроения. В способе получения соединения металл-неметалл давлением импульсного магнитного поля металлическую заготовку предварительно нагревают до температуры ниже температуры плавления неметаллического материала токами высокой частоты. Далее воздействуют не нее импульсом магнитного поля высокой напряженности в пределах 1000-6500 кА/м. Достигается обеспечение высокой степени герметичности и прочности соединения металл-неметалл за счет усилий деформации и сил термического сжатия.

Способ получения соединения металл - неметалл давлением импульсного магнитного поля, отличающийся тем, что металлическую заготовку предварительно нагревают до температуры ниже температуры плавления неметаллического материала токами высокой частоты с последующим воздействием на нее импульсом магнитного поля высокой напряженности в пределах 1000÷6500 кА/м.