Способ изготовления изделий

 

Использование, изготовление металлополимерных изделий путем формования преимущественно зубчатых передач пониженной виброактивности с сокращением энергозатрат при повышении физико-механических свойств изделия. Сущность изобретения: технология изготовления упомянутых изделий включает формование полимерной части из порошка термопласта при воздействии на него ультразвуковых колебаний с амплитудой от 10 до 60 мкм до достижения температуры плавления термопласта не более, чем на 10 К, с объемным деформированием полимерной части в процессе охлаждения. 2 з.п ф-лы, 5 ил , 4 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 7 709) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891006/05 (22) 24.10.90 (46) 07.07.92, Бюл. ¹ 25 (71) Московский химико-технологический институт им. Д.И.Менделеева (72) Ю.М.Будницкий, В.Н.Панин, M.Ñ.Ïðèвалов и А.В.Синюхин (53) 678.027.77,95 (088.8) (56) Берестнев О.В;, Соболев А.С. Зубчатые колеса пониженной виброактивности.—

Минск: Наука и техника, 1978. с. 42 — 47.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1479464, кл. С 08 J 3/28, 1986. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к переработке пластмасс для последующего получения металлополимерных изделий, таких как шестерни с пониженной виброактивностью в . высоконагруженных передачах, например в токарных станках.

Известен способ изготовления подобных изделий, в частности зубчатых колес, при котором зазор между металлической ступицей и ободом заполняется расплавленным полимером. По этому способу:применяют гранулированный полимерный материал, который предварительно расплавляют посредством внешнего подвода тепла, а затем заливают в промежуток между металлическими частями изделия.

Однако изготовление изделий по данному способу сопряжено со значительным расходом энергии, а также с необходимостью дополнительной обработки полимерной части изделия. Кроме того, изготовленные подобным образом Ы 1745733 А1 (я)з С 08 J 3;ЯО.„В 29 С 43/18, В 22

- 1= 7/08 (57) Использование, изготовление металлополимерных изделий путем.формования преимущественно зубчатых передач пониженной- виброактивности с сокращением энергозатрат при повышении физико-механических свойств изделия. Сущность изобретения: технология изготовления упомянутых изделий включает формование полимерной части из порошка термопласта при воздействии на него. ультразвуковых колебаний с амплитудой от 10 до 60 мкм до достижения температуры плавления термопласта не более, чем на 10 К, с объемным деформированием полимерной части в процессе охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл. зубчатые колеса не могут обеспечить передачу значительных крутящих моментов, что делает невозможным их применение в силовых передачах.

Некоторые из указанных недостатков могут быть устранены путем изменения структуры полимерной части. изделий. В этом способе получения изделий из полиолефинов предусмотрено воздействие на порошкообразный полимер ультразвуковыми колебаниями с частотой в диапазо

25 кГц, что позволяет получить монолитизированную заготовку с ориентированной структурой. Монолитизация flpl4 данной технологии позволяет получить из- делия с улучшенными показателями по передаче крутящего момента.

Однако в известном способе неизбежны повышенные энергозатраты на изготовление металлополимерных изделий, поскольку по нему предусмотрено вначале получение отформованной заготовки (пол1745733 имерной части изделия), а затем получение изделия путем деформирования вторично нагретой заготовки, при этом частично сохраняется ориентация молекул, полученная в результате монолитизации полимера. Таким образом, известная технология также несвободна от таких недостатков, как повышенные энергозатраты и недостаточные прочностные свойства готовых металлополимерных изделий.

Целью изобретения является повышение физико-механических свойств металлополимерных изделий, например высоконагруженных шестерен с одновременным снижением энергозатрат.

На фиг,1 схематично изображен начальный этап формования металлополимерной шестерни с подведенным кольцевым волноводом; на фиг.2 — готовое изделие с ярко выраженной радиальной ориентацией макромолекул; на фиг,3 и 4 — начальный этап формования изделия (шестерни) с несущей осью и полученное готовое изделие соответственно; на фиг,5 — диаграмма процесса получения изделия.

Предлагаемый способ осуществляют при помощи следующего приспособления.

Элементы 1 и 2, из которых состоит металлическая часть иэделия — в данном случае это зубчатый венец 1 и ступица 2 шестерни — фиксируются на основании 3, Сверху на элемент 1 устанавливается на-. кладка 4, а на элементе — втулка 5. Собранные таким образом в комплект .детали закрепляют на рабочем столе 6 и фиксируют друг относительно друга в осевом направлении. Затем-в кольцевой промежуток между накладкой 4 и втулкой 5, а также между венцом 1 и ступицей 2 засыпают порошок 7 исходного полимера (это может быть капролон, полипропилен, поропласт и т.д,). После засыпки порошок 7 уплотняют, для чего может быть использован волновод 8, а затем включают генератор (например, УЗДН-1

142) и подвергают порошок ультразвуковому воздействию, время которого определяется исходя из достижения полимерной массой температуры, превышающей температуру плавления последней на 10 К.

Аналогичным образом могут быть изготовлены и другие типы металлополимерных изделий, например элементы силовых зубчатых передач с опорным валом и т.д. В этом случае соответственным образом изменяется конструкция технологического приспособления и волновода 8.

Под воздействием ультразвука происходит выделение тепловой энергии, что приводит к расплавлению частиц, причем

Навеску необходимой массы порошкообразного материала подвергают удельному давлению 0,8 МПа (уплотнению) с последующей ультразвуковой обработкой на установке УЗДН-1 с магнитострикционным преобразователем и титановым волноводом кольцевой формы, соответствующей форме полимерной части изделия.

Процесс теплового воздействия на изделие изображен на фиг.5 в виде температурно-временной, диаграммы, на которой на участке до т.1 изображен процесс нагрева. порошка полимера в результате воздействия на него ультразвуком, а участок от т. 1 до т. 2 характеризует период полного (гарантированного) расплавления полимера, в результате чего его температура повышается молекулы расплава лучшим образом ориентируются в направлении фронта распространения излучаемых волноводом волн именно при данном диапазоне амплитуды.

5 Для качественного заполнения полимером всех микро- и макронеровностей(шероховатостей проточек) сопряженных поверхностей металлической части изделия, необходимо сори нтировать молекулы

10 полимера так, чтобы они беспрепятственно входили в промежутки между упомянутыми неровностями металлических поверхностей. Это требование обеспечивается такой установкой волновода 8, при

15 которой его излучающая поверхность располагается нормально к сопряженным поверхностям металлической части изделия.

Именно соответствующей ориентацией молекул полимерной части изделий во вза20 имодействии их с поверхностью металлической части изделия и объясняется достижение цели изобретения — получение изделия с повышенными прочностными параметрами, а производимое в

25 процессе охлаждения дальнейшее объемное деформирование, осуществляемое в пределах понижения температуры (считая от Т л.) на 10-20 К, позволяет максимально сократить энергозатраты на получение из30 делия в целом.

После завершения монолитизации и объемного деформирования в процессе охлаждения готовое изделие извлекают из основания 3 и удаляют накладку 4 и втулку

35 5, Проводят исследования возможности получения металлополимерных изделий по предлагаемому способу в зависимости от частоты ультразвука для различных ис40 ходных материалов полимерной части изделия, данные которых приведены. в табл, 1.

1745733

25

35

55 на 10 К (считая от точки плавления). Под действием ультразвуковых колебаний молекулы полимера приобретают в расплэве направленное положение, которое сохраняется после начала пстывания массы (участок 2 — 3 до начала ее затвердевания. В этот интервал, начиная от т.3, и происходит процесс монолитизации, т,е. образование монолитной структуры, связывающей металлические часги изделия. После охлаждения, которое может идти как естественным путем; так и принудительно полимерной части на 1020 К осуществляют ее объемное деформирование — т,4, в результате которого полимер. приобретает необходимую форму.

По завершению процесс монолитизации, деформирования.и охлаждения полимерной части готовое изделие извлекают из основания 3 и удаляют накладку 4 и втулку 5.

Исследуют возможности получения металлополимерных изделий по предлагаемому способу >з зависимости от частоты ул ьтразвука. На используемой уста но в ке получают зависимость времени нагрева порошка полимера от частоты ультразвука.

При этом в интервале частот 15-18 кГц наблюдают существенное увеличение времени монолитизации наряду с ухудшением свойств изделий, при частотах выше 25 кГц время практически неизменно, однако появляется неоднородность температурного поля по объему полимерной части, Это приводит либо к перегреву полимера, либо к недостаточному его расплавлению, что ухудшает физико-механические свойства полимерной части изделия.

Прочностные свойства изделий, полученных по предлагаемому способу, в сравнении с такими же изделиями, полученными литьем под давлением, приведены в табл. 2.

Проводят экспериментальные исследования энергозатрат (по расходу тепловой энергии) на получение одной заготовки. Так, на получение изделия металлополимерной шестерни (фиг.4) предлагаемым способом требуется 5,6 Вт ч (диаметр полимерной части 12 мм, высота 15 мм. материал СВМПЭ), в то время KBK flo известному способу— около 50 Вт ч. Такое различие объясняется тем, что в известном способе требуется фактически двойной разогрев полимерной части, причем повторное нагревание полимера сопряжено с дополнительным расходом тепла на нагревание формы и металлической части изделия.

Граничные величины дисперсности Ilo рошка 20 и 400 мкм объясняются тем, что более крупные частицы уже не обеспечивают достаточнОго акустического контакта.

Это приводит к быстрому затуханию ультра- . звука в массе полимера, что подтверждается данными, приведенными в табл, 3.

Монолитизация такого материала и ориентация его молекул будут выражены слабо. что обусловливает низкие физико-механические свойства изделия в целом.

Оптимальные значения амплитуды ультразвуковых колебаний лежат в. пределах

10 — 60 мкм, Нижний предел (10 мкм) не может быть уменьшен, поскольку в этом случае не обеспечивается эффективный подвод энергии к порошкообразному полимеру.

Проведенные испытания с заготовками из

СВМПЭ (цилиндр ф 10 мм, h = 15 мм) показали на отсутствие визуальных признаков монолитизации последних при любом времени воздействия ультразвуковыми колебаниями с упомянутой амплитудой. Верхний предел амплитуды колебаний (60 мкм) ограничен началом процесса деструкции полимера. Проведенные испытания с приведенными заготовками показали, что деструкции подвергается поверхностный слой полимера, контактирующий с волноводом. Контроль начала деструкции осуществляют.визуально по появлению летучих

КоМ fl@H8H To B разложения полимера.

Прочностные свойства заготовок, полученных различными методами, приведены в табл. 4 (при степени вытяжки Ra = 7).

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить прочностные свойства металлополимерных шестерен (увеличить передаваемый ими крутящий момент примерно на 20%) и снизить энергозатраты на их изготбвление.

Формула изобретения

1, Способ изготовления изделий, включающий формование монолитизацией полимерной части из порошка термопласта при воздействии на него ультразвуковыми колебаниями до достижения температуры, превышающей температуру плавления термопласта не более, чем на 10 К, с последующими охлаждением и объемным деформированием полимерной части, о т л и ч а ю-. щ и и с,я тем,.что, с целью повышения физико-механических свойств металлополимерных изделий, например высоконагруженных шестерен, с одновременным снижением энергозатрат, воздействие ультразвуковыми колебаниями осуществляют с амплитудой 10 — 60 мкм,.а объемное деформирование производят в процессе охлаждения полимерной части.

1745733

2. Способ по п.1, отличающийся тем. что процесс охлаждения полимерной части ограничивают температурой на 1020 К меньшей температуры плавления термопласта.

3, Способ по пп.1 и 2, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что в качестве исходного материала полимерной части иэделия используют порошок термопласта с размерами частиц 205 400 мкм.

Таблица 1

Таблица 2

Примечание. Частота 22 кГц, дисперсность порошка 20-400мкм.. 10-Таблица 3

П р и м е ч а н и е, Содержание частиц с данным диаметром в исследуемом порошке более 70 ®, Монолитность материала определяется по цвету, прозрачности и другим визуально - контролируемым признакам.

Частота УЗ колебаний 22 кГц. Таблица 4

Материал

Метод получения заготовок

Свойства заготовок после монолитиэа ии

Свойства иэделий после объемного сжатия

Модуль сдвиговои упругости

gl, 10-з

МПа

ПЗ

ПЭ

flfl

nil

СВМПЭ

СВМПЭ

Прессование

УЗ монолитиэация

П рессование

УЗ монолитиэация

Прессование

УЗ монолитиэа ия

Модуль продольной упру гости

Е . 10-э

МПа

4,37

5,11

5,39

5,78

5,22

5 46.

0,21

1,58

0.40

1,93

0,50

054

Модуль . Юнга .10-э

МПа

0,62

1,03

1,02

1,17

1;44

1,57

Раэрушающее напряжение при растяжении, Mfla

238

284

Модуль упругости при растяжении

Ер 10

МПа

1,60

1,95

3,00

3,50

1745733

Фиг. 7 фиа. У

1745733

Составитель Н.Рудько

Техред М.Моргентал

Редактор И.Дербак

Корректор Н.Король

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2363 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5