СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ШТАНГИ ИЗ МЕТАЛЛА, УСИЛЕННОЙ ДЛИННЫМИ ВОЛОКНАМИ Российский патент 2013 года по МПК F16C7/02 B23K20/12 F16B11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу изготовления соединительной штанги из металла, усиленной длинными волокнами.

Уровень техники

Известно, что корпус соединительной штанги усиливается длинными волокнами, продолжающимися вдоль оси корпуса. Например, в документе FR 2502036 описывается соединительная штанга, в которой корпус включает в себя сердечник, изготовленный из длинных волокон. Волокна сгруппированы и образуют пучок, который подвергается диффузии меди. Пучок волокон, усиленный таким способом, позднее вводится в форму для образования центрального сердечника формованной соединительной штанги, например, изготовленной из алюминия. Такое усиление позволяет получить очень хорошие эксплуатационные характеристики, поскольку оно продолжается по оси напряжений соединительной штанги.

В отличие от этого, внедрение длинных волокон в наконечники соединительной штанги или вокруг них технически является более трудным и оказывается не таким эффективным, как усиление корпуса, поскольку некоторые длинные волокна, внедряемые таким способом в такие наконечники, подвергаются воздействию усилий, которые продолжаются перпендикулярно их продольному направлению.

В вышеприведенном документе наконечники соединительной штанги изготовлены только из металла, и они не извлекают пользы из усиления длинными волокнами. Наконечники изготовлены из однородного материала, пригодного для выдерживания напряжений, которым подвергаются концы, и деформаций, которые они создают.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления соединительной штанги, имеющей корпус, который усилен длинными волокнами; способ предлагает некоторую величину неразрывности между корпусом и наконечниками соединительной штанги.

Изобретение предлагает способ изготовления соединительной штанги; способ содержит следующие этапы:

- изготовление корпуса из металлического материала, усиленного длинными волокнами, ориентированными, главным образом, вдоль продольной оси корпуса;

- изготовление наконечника из металлического материала, усиленного короткими волокнами; и

- сварка наконечника с концом корпуса с помощью сварки трением со смешиванием. Длинные волокна, в частности, предпочтительно использовать для усиления корпуса, в то время как короткие волокна позволяют значительно усиливать наконечник, сохраняя при этом однородность материала, который его составляет. Рекомендуемый способ сварки, также известный как «сварка трением с перемешиванием», обеспечивает надлежащее сцепление между корпусом и наконечником, создавая постепенный переход между зоной с короткими волокнами и зоной с длинными волокнами.

С помощью положений изобретения можно образовывать соединительную штангу, усиленную на всех ее участках за счет использования волокон, длина которых имеет соответствующее значение для каждой зоны соединительной штанги, обеспечивая при этом непрерывность между зонами.

Изобретение станет более понятным после изучения приведенного ниже описания единственной фигуры, которая является схематичным видом в разрезе соединительной штанги в конкретном варианте выполнения изобретения, показанной во время изготовления.

Осуществление изобретения

Со ссылкой на фигуру соединительная штанга содержит корпус 1, основной участок которого показан на фигуре. Корпус содержит стакан 2, который, в этом примере, изготовлен из высокопрочного алюминия. Стакан 2 имеет основной участок 3, который является цилиндрическим и заканчивается кольцевым выступом 4. На наружной поверхности основного участка 3 размещен лист из длинных волокон 5; в этом примере волокна являются карбидокремниевыми волокнами, которые продолжаются параллельно продольной оси X корпуса. Стакан 2 предпочтительно отформован, и длинные волокна вставлены в форму, позволяя металлу проникать через волокна, обеспечивая высокую степень сцепления между стаканом 2 и длинными волокнами 5. Также можно использовать керамические волокна, заключенные в металлическую оболочку, помещенную в качестве листа вокруг цилиндрической или конической заготовки, после чего сборочная единица подвергается горячему прессованию. Могут быть внедрены другие способы обеспечения сцепления между волокнами и стаканом, например, использование адгезива или синтетических смол.

В этом примере длинные волокна 5 заключены в цилиндрический кожух 6, служащий для защиты волокон. Следует отметить, что длинные волокна продолжаются до кольцевого выступа 4.

Также изготавливается наконечник 10, который имеет форму проушины, изготовленной из алюминия, усиленного короткими волокнами, например, карбидокремниевыми волокнами. Наконечник включает в себя кольцевой выступ, сопрягающийся с кольцевым выступом 4 корпуса 1. Присутствие коротких волокон в материале наконечника 10 символически показано на фигуре.

Наконечник 10 крепится к корпусу, и два элемента свариваются между собой по границе между кольцевыми выступами с помощью сварки трением со смешиванием. Следует отметить, что при этом способе сварки используется специальный инструмент 20, который приводится в быстрое вращение и выполняет трение о два элемента, которые должны быть собраны. Трение инструмента об элементы размягчает материалы, которые входят в пастообразное состояние. Затем инструмент проникает в плоскость соединения по границе между частями, которые должны быть сварены, и непосредственно смешивает материалы двух элементов за счет совместной операции ковки и выдавливания металла.

Такая сварка обеспечивает локальное смешивание материала наконечника 10 в материале стакана 2, так чтобы короткие усиливающие волокна, присутствующие в материале наконечника 10, локально распределялись в материале стакана 2, обеспечивая непрерывность двух этих элементов.

Разумеется, что с помощью этих же операций другой наконечник может быть собран с другим концом стакана.

Это позволяет получить соединительную штангу, в которой корпус усиливается длинными волокнами, и наконечник усиливается короткими волокнами с постепенными переходами меду зонами коротких волокон и зонами длинных волокон.

Изобретение не ограничивается вышеприведенным описанием и относится к любому варианту, который находится в пределах, установленных формулой изобретения.

В частности, несмотря на то, что металл, упомянутый выше, является высокопрочным алюминием из серии 7000, изобретение относится к корпусу и наконечникам, изготовленным из других металлических материалов, таких как титан или магний.

Металлический материал стакана может содержать короткие волокна, совместимые с короткими волокнами наконечника.

И, наконец, несмотря на указание о том, что корпус соединительной штанги полностью изготовлен перед сваркой с наконечниками, эти наконечники могут быть сварены со стаканом перед размещением в стакане усиливающих длинных волокон.

Изобретение может быть использовано при изготовлении соединительной штанги, усиленной на всех ее участках за счет использования волокон разной длины. Изготавливают корпус (1) из металлического материала, усиленного длинными волокнами (5), ориентированными, главным образом, вдоль его продольной оси (X). Корпус содержит стакан (2), заканчивающийся кольцевым выступом (4), и цилиндрическую основную часть (3), имеющую длинные волокна (5), проходящие до положения вблизи кольцевого выступа. Изготавливают наконечник, например, в виде проушины из металлического материала, усиленный короткими волокнами. Сваривают наконечник с концом корпуса с помощью способа сварки трением с перемешиванием. Способ обеспечивает необходимое сцепление между корпусом штанги и ее наконечником с созданием непрерывного перехода между зонами соединительной штанги, усиленной на всех ее участках волокнами, длина которых имеет соответствующее значение для каждой зоны. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления соединительной штанги, включающий:
изготовление корпуса (1) из металлического материала, усиленного длинными волокнами (5), ориентированными, главным образом, вдоль продольной оси (X) корпуса, содержащего стакан (2), заканчивающийся кольцевым выступом (4), и дополнительно содержащего цилиндрическую основную часть (3), имеющую длинные волокна (5), проходящие до положения вблизи кольцевого выступа,
изготовление наконечника из металлического материала, усиленного короткими волокнами, и
сварку наконечника с кольцевым выступом с помощью способа сварки трением с перемешиванием.

2. Способ по п.1, в котором основная часть стакана (2) заключена в цилиндрический кожух (6).

3. Способ по п.1, в котором металлический материал корпуса является алюминием, а длинные волокна являются карбидокремниевыми волокнами.

4. Способ по п.1, в котором металлический материал наконечника является алюминием, а короткие волокна являются карбидокремниевыми волокнами.