Способ изготовления изделий с отверстиями Советский патент 1992 года по МПК B29C45/14 

Изобретение относится к области обработки металлов и касается изготовления изделий с отверстиями весьма малого диаметра.

Известно выполнение отверстий малого диаметра в изделии путем их сверления. Однако данный способ требует использования сложного механического оборудования и характеризуется низкой производительностью, объясняемой невысокими скоростями резания и частым удалением инструмента из высверливаемого отверстия для извлечения из него стружки. Кроме того в этом способ необходим подвод к инструменту смазо«-но-охлаждающей жидкости, что приводит к использованию дополнительных специальных устройств и усложняет оборудование Данный способ

характеризуется высоким расходом дорогостоящего инструмента из-за низкой его стойкости, а также узкими рамками его применения (ограничения по размеру инструмента).

Известен способ изготовления изделия с отверстиями, по которому собирают в пучок вставки в виде трубок, вводят их в форму и заполняют ее жидким металлическим наполнителем, охлаждаюттлзделие и получают отверстия обработкой торцов изделия.

По этому способу используют готовые трубы с размером внутреннего отверстия, соответствующим отверстию в изделии. При получении отверстий малого диаметра их размер ограничен размерами трубы, которые в свою очередь определяются технологическими возможностями производства

00

о

Ч) V4

О

труб. Минимальный диаметр производимых труб ограничивается 0,3 мм это объясняется тем, что отверстие трубы, являясь несплошностью материала, при уменьшении сечения трубы играет роль концентратора напряжений, что приводит к образованию дефектов на внутренней поверхности трубы. Кроме того, из-за невозможности введения в трубу малых размеров (например капиллярную) оправки, дефекты на внутрен- ней свободной поверхности трубы в процессе ее производства постепенно накапливаются и приводят к образованию трещин, разрывов. Кроме того, в данном способе материал труб и изделия разный, а значит возможно нарушение прочности их соединения между собой. Для обеспечения достаточно прочного соединения необходимо предварительно трубы подвергать зачистке с целью улучшения адгезионных свойств. Однако поверхность труб малого диаметра трудно зачистить, требуется сложное оборудование и приспособления, что удорожает в конечном счете изделие и сужает возможности данного способа.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ изготовления изделия с отверстиями из синтетических смол. Способ включает в себя установку в форму вставок в местах образо- вания отверстий, формование изделия путем заполнения пространства между вставками расплавом материала изделия (термореактивной синтетической смолы), охлаждение до затвердевания материала изделия и удаление вставок с образованием отверстий. Причем в качестве вставок используют волокна (синтедические) с сечением, соответствующим сечению отверстий.

Недостаток известного решения - это его неприменимость при изготовлении изделий из металла. Во многих случаях требуются именно металлические изделия с отверстиями, что объясняется специфическим комплексом физико-химических и ме- ханических свойств металлов. Однако по данному способу их сделать невозможно хотя бы по той простой причине, что синтетические волокна просто сгорят в расплаве металла. Вместе с тем следует отметить простоту известного способа и возможность получения отверстий весьма малого диаметра.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспече- ния изготовления изделий из металлов.

Сущность способа заключается в следующем.

В форму для изготовления изделия устанавливают вставки, которые выполняют в

виде волокон и располагают соответственно тем местам, где предполагаются отверстия в изделии. Волокна укрепляют в поддерживающих устройствах, обеспечивающих натяжение волокна и его устойчивость при заполнении формы. Форму заполняют расплавом металла, формуя тем самым изделие. Волокна выполняют из стекловидного силикатного материала. Условиями для выбора этого материала являются: отношение его температуры размягчения к температуре расплава материала изделия должно быть более 1.03; отношение его коэффициента линейного расширение к коэффициенту линейного расширения материала изделия должно быть менее 0,2; его прочность должна быть не более предела упругости материала изделия. Эти условия позволяют обеспечить получение качественного отверстия весьма малого диаметра, а также легко удалить остатки волокон из изделия, После заполнения формы изделие охлаждают до затвердевания. В процессе затвердевания материал волокон, находящийся в сформированном отверстии, разрушается под действием возникающих напряжений сжатия, Полученное изделие подвергают мехобра- ботке, удаляют концы торчащих из него волокон, а отверстия образуют, удаляя из изделия оставшийся материал волокон любым известным способом (например, продувкой). Размеры получаемых отверстий определяются размерами используемых стекловолокон, которые могут быть тонкой (0,05-1 мм), тончайшей (0,01-0,05 мм) и микронной толщины (менее 0,01 мм). Использование сплошного волокна, которое удаляют впоследствии, позволяет получить однородное изделие с отверстиями.

Условия выбора материала вставок обеспечивают их устойчивость при заполнении формы расплавом металла, отсутствие размягчения материала волокон, сохранение первоначальной формы волокна. Кроме того при затвердевании изделия обеспечивается разрушение волокон под действием возникающих в них напряжений сжатия, что позволяет облегчить извлечение материала волокон из изделия.

Величина граничного соотношения в 1,03 выбрана потому, что при этом соотношении перепад указанных температур соизмерим с точностью измерения температур в промышленности. Данное значение соотношения позволяет гарантированно обеспечить сохранение формы волокна, не дать его материалу размягчиться. При несоблюдении данного условия возможные скачки тем- пературы расплава, нерегистрируемые

приборами, могут достигать значения температуры размягчения и приводить к потере формы волокна и к получению некачественного изделия.

Соотношение коэффициентов линейно- го расширения материалов болокна и изделия менее 0,2 позволяет при охлаждении изделия достаточно сильно сжать волокно, охваченное материалом изделия, изменяющим свои линейные размеры, создать в ма- териале волокна сжимающие напряжения, позволяющие разрушить монолитность материала волокна, При выходе за этот предел (т.е. более 0,2) сжатие волокна недостаточное, оно не разрушается под действием воз- никающих сжимающих напряжений так как их величина мала.

Условие по прочности материала волокна объясняется тем, что возникающие напряжения при сжатии волокна должны разрушать именно материал волокна, а не изделия. При этом материал изделия подвергается упругому воздействию, подчиняющемуся закону Гука, т.е. пластического изменения размеров изделия и его отвер- стий происходить не будет. В случае нарушения данного условия, изделие может получить необратимые изменения размеров, а волокно при этом не разрушится, что не позволит его удалить из изделия и не получится требуемое изделие.

Использование в качестве материала волокна стекловидных силикатов позволяет обеспечить хрупкое разрушение волокна на куски, что облегчает их удаление из изделия, в противоположность когда разрушение пластическое, вязкое.

Для получения после затвердевания изделия отверстий в нем, необходимо остатки материала волокон (т е разрушенные во- локна) удалить любым известным способом. Например, путем выпрессовки, сжатым воздухом, жидкостью под давлением и т.д.

П р и м е р 1. Изготавливают матрицу из стали 12Х18Н9Тдиаметром 150ммитолщи- ной 10 мм. Отверстия в матрице диаметром 30 мкм расположены с шагом 50 мкм. В качестве вставок используют стекловолокно 0 30 мкм из стекла Викор 7900 (коэффициент линейного расширения 8 -ЮС, температура размягчения 1500°С, прочность при растяжении не более 63 МПа). Для стали 12Х18Н9Т коэффициент линейного расширения составляет 95 , предел упругости не менее 100 МПа. Стекловолок- на располагают в форме в местах предполагаемых отверстий с шагом 50 мкм натягивая их на поддерживающее устройство, расположенное в форме, которую затем заполняют расплавом стали 12Х18Н9Тпри температуре 1400 ±50°С. После охлаждения металла изделие извлекают из формы, зачищают механическим путем его поверхность, удаляя при этом концы торчащих из изделия волокон. Затем полученную заготовку матрицы с отверстиями, забитыми осколками стекла, подвергают обработке водой высокого давления. Для этого матрицу гидроизо- лируют и промывают забитые отверстия водой под давлением 0,5 МПа. После промывки получают требуемую матрицу.

Отмечено, что использование в качестве материала волокна непрозрачного пироке- рама марки 9606 с температурой размягчения 1350°С и коэффициентом линейного расширения более 20 не позволило получить изделия с требуемыми отверстиями, т.к. при заполнении формы расплавом металла даже с температурой 1320 ±50°С происходит размягчение материала волокна и потеря его формы, а при охлаждении и затвердевании металла материал волокна не разрушается. Величины напряжений воз- . никающих в нем недостаточно для его разрушения. Монолитный же материал вставки не удаляется, т.е. из-за разницы в коэффициентах линейного расширения металла и пирокерама вставка получается прочно запрессованной в отверстии изделия.

Таким образом способ позволяет расширить технические возможности путем осуществления возможности получения в металлическом изделии отверстий весьма малого диаметра, кроме того использование дешевых стекловолокон позволяет умень - шить затраты на производство таких изделий.

Формула изобретения

Способ изготовления изделия с отверстиями, включающий установку в форму вставок в местах образования отверстий, выполненных в виде волокон с сечением, соответствующим сечению отверстий, формование изделия путем заполнения пространства между вставками расплавом материала изделия, охлаждение до затвердевания материала изделия с последующим образованием отверстий удалением вставок, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения изготовления изделий из металлов, волокна выполняют из стекловидного силикатного материала, отношение температуры размягчения которого к температуре расплава материала изделия более 1,030 отношение его коэффи717809768

циента линейного расширения к коэффици- делий менее 0,2, а его прочность не более енту линейного расширения материала из- предела упругости материала изделия.

Использование: обработка металлов, касается изготовления изделий с отверстиями малого диаметра. Сущность изобретения: в форму в местах образования отверстий в изделии устанавливают вставки, выполненные в виде волокон с сечением, соответствующим сечению отверстий. Изделие формуют путем заполнения пространства между вставками расплавом металла. Затем изделие охлаждают до затвердевания расплава и удаляют волокна, образуя отверстия. При этом волокна выполнены из стекловидного силикатного материала, отношение температуры размягчения которого к температуре расплава материала изделия более 1,03, отношение его коэффициента линейного расширения к коэффициенту линейного расширения материала изделия менее 0,2, а его прочность не более предела упругости материала изделия. Ё