способ получения труб из волокнистых композиционных материалов с продольным армированием

Формула изобретения

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_min l_рз l_max,

где l_рз - длина рабочей зоны волоки,





где r - требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки;

- угол конусности волоки;

D_тр и d_тр - соответственно внешний и внутренний диаметры трубы;

_c - временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении;

^*_scp - среднее напряжение течения матричной составляющей при компактировании волокнистого композиционного материала;

- 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 _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).

Описание изобретения к патенту

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 r - требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки; - угол конусности волоки; D_тр и d_тр - соответственно внешний и внутренний диаметр трубы; _c - временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении; ^*_scp - среднее напряжение течения матричной составляющей при компактировании волокнистого композиционного материала, - 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

_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.