Способ изготовления изделий переменного сечения

 

Использование: изобретение относится к технологии изготовления крепежных элементов (шпилек , винтов, шурупов) из композиционных материалов и может быть использовано в производстве высоконагруженных конструкций техники, имеющей ограничения по массе или(и) работающей в условиях химически агрессивных сред Существо изобретения: повышение разрушающего напряжения при кручении и при срезе резьбы достигается горячей осадкой в продольном направлении цилиндрической заготовки диаметром, равным внутреннему диаметру резьбы. 2 ил

" о@лцр . " 294/

"-ио-, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

CO

CO

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4633403/05 (22) 06.0139 (46) 30.10.93 Бюл. Йа 39-40 (71) Московский авиационный технологический институт имКЭ.Циолковского (72) Головкин Г.С„Зарацян АК; Рязанцев АН.

Дмитренко В.П„Гераськин АИ„Мовшович ИА; Гаврюшенко Н.С; Лебедев BC„. Першина А; Сысенко

АВ: (73) Московский авиационный технологический институт им.КЭциолковского (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ (191 1Ш (1ц 2001771 С1 (51) В29С43 20 (57) Использование: изобретение относится к технологии изготовления крепежных элементов (шпилек винтов. шурупов) из композиционных материалов и може быть использовано в производстве высоконагруженных конструкций техники. имеющей ограничения по массе или(и) работающей в условиях химически агрессивных сред Существо изобретения: повышение разрушающего напряжения при кручении и при срезе резьбы достигается горячей осадкой в продольном направлении цилиндрической заготовки диаметром, равным внутреннему диаметру резьбы. 2 ил. .4зобрет ние относится v. области со. д;;" крепежных элементов, шпилек, винтов, шурупов из композиционных материалов

Известен способ изготовления крспежа из полимера, наполненных дисvpåòными волокнами литьем r

Однако наполнение короткими волокнами незначительно улучшает прочностные характеристики крепежных элементов на срез резьбы и скручивание тела элемента по сравнению с ненаполненными полимерами.

При этом такой крепеж неконкурентоспособен металлически,, аналогам и не используется в ответственных конструкциях.

Решить проблему повышения прочности резьбы на срез и увеличения несущих нагрузок при скручивании удалось при использовании длинномерных (непрерывных) волокон, которые располагаются в резьбовых выступах, повторяя контур последних.

Известно изготовление таких элементов, в частности винтов М б. прессованием в форл.е. Для этого используют цилиндрическую заготовку из армированного пласт !KR, содер KRL!ger 0 50 об, неп, ерывных синтетических. ьолокон CBM и э0 об.;"/, полиамь."д,=-б в кь l=: твс связую., его. ЦиЛИНДР11ЧССКа За! ОТОВКа ПC. . !! 3þtclcb оформлягошую,;еэьбовую полость прессф0рMbl, ил:еющую ьертикальнугс гl lоcкос ь разье „;-, .а;1и эго:", диаметр э готовки был р вен -..реднел1у (или наружнол",.) диаметру по ly а".;л1ои р=эьбы. Внеш> . и онтуо пресс-фоол;ы предс;авляет собой усеченный ко"Ióñ. По Bp становки пресс-Формы с заготовкой в огьетную часть матриць проводилось горячее прессоиание г,ри !-Mr.ературе 30...40 С выше смпературы плавления ПА-б путем вертикального перемещения пресс-Формы, Однако качество резьбы в известном способе низко, т.к. часть связующего выдавливается в зазор пресс-формы, обедняя остальной объем иэделия и образуя облой, а волок»о при радиальной схеме подачи давления не заходит в резьбовые впадины, т.к. происходит локальное перерезание армирующих волокон в заготовке в местах касания оеэьбовых выступов формы и заполнение впадин низковязким расплавом связующего.

Известен способ изготовления иэделий переменного сечения путем горячего прессования цилирдрической заготовки продольной осадкой.

Известный способ не позволяет использовать в крепежных элементах хрупкие волокна, в частности стеклянные и у леродные.

Целью изобретения является расширение технола ических возможнос ей за счет изготовления реэьбовых крепежных элементов.

5 Поставленная цель достигается путем горячего прессования цилиндрической заготовки продольной осадкой, Согласно изобретению, диаметр заготовки выбирают равным внутреннему диаметру резьбы, а прессование осуществляют на величину осадки, равную

1101 + 12d2 + 1зг1з .

2, 2 3

15 г1 за;

2 где Л l — осадка, I1 — длина реэ1-бовои части крепежного элемента

20 12,d2 длина и диаметр гладкой части крепежного элемента;

l3,d3 — высота и диаметр головки крепежного элемента с1-,1 — диаметр цилиндоической заготов25

d1 — средний диаметр резьбы.

Нг фиг.1-2 показан способ изготовления заготовки, За. отовка 1 устанавливается в полость

30 пресс-формы 2 (CM. фи,1). 11меющую вертикальную плоскость рззьема, Формование осуществляется при температуре, ооеспечивающей переход связующ ro r. вяэкотекучее сос гояние, путем вертикального перемещения пуансона 3. воздействующего на заг >толку 1.

В результате осевого воздействия непрерывные армирующие волокна теряютусгойчиьо ть и заходят в резьбовые впадины, 40 повторяя их контур. Отформованное иэделие охлаждается под давлением. Потеря устойчивости волокон позволяет обеспечить сложноармированное состояние по сечению изделия.

45 Пример 1, Юормование шпильки диаметром 8 мм, длиной 50 мм из стеклоплас гика. Резьба метрическая, шаг резьбы 1 мм.

В качестве армирующих волокон испольэовали сгеклянные комплексные нити BMC б7,2 х 1 х 2 — 80, в качестве связующего— зпоксидный олигомер ЭД-20, отверждаемый метафенилендиамином. Цилиндрическую заготовку изготавливали следующим образом. В стеклянную трубку, внутренний диаметр которой был равен 6,92 мм — внутреннему диаметру резьбы, затягивают жгут из нитей, предварительно пропитанных связующим, и подтверждали при 80 С в течение 30 мин. Затем извлекали полученный пруток и разрезали на заготовки, длина (lp) 2001771 которых рассчитывалась в соответствии с уравнением (2):

1! О!! о=

4эаг (2) Значение !э входит в первую часть уравнения (1) и его определение упрощено, т.к. для шпильки 1г = 1з = О. Подставляя числовые значения 11 = 50 мм; d = 7.35 мм; бэаг = 6 92 мм, получают 1а = 56.40 мм.

Осадку рассчитывали в соответствии с частным случаем уравнения (1)

hl = 10 — I> = 56,4 — 50 = 6,4 мм

Температура, при которой проводили осадку заготовки, составляла 100 С, затем температуру повышали до 150 С и отверждали связующее в течение 60 мин.

Пример 2, Изготовление винта Мб (ГОСТ 1491-72) иэ органопластика. Винт исполнение 2, резьба сшагом 1 мм,,по всей длине стержня винта, равной 20 мм, в результате 12 = О: высота головки 4 мм, диаметр головки 10 мм.

В качестве армирующих волокон использовали синтетические нити СВМ ТУ 606-И-53-78), в качестве связующего— полиамид - 6. Цилиндрическую заготовку изготавливали следующим образом. Нити

СВМ скручивали с нитями из полиэмидэ 6 в шнур, которые протягивали через калибрующую головку пултруэионной установки.

Температура пултрузии составляла 270 С, нити полиамида 6 расплавлялись и монолитизировали армирующие волокна. Диаметр калибрующей головки равен 4,92 мм — внутреннему диаметру резьбы. Полученный пруток разрезали на заготовки, длина (!О) которых рассчитывалась в соответствии с уравнением (3):

ltd + !збз

lo = г оэаг (3) Подставляя числовые значения: 1! =- 20 мм;

d>-535мм; Iз-4мм; d4-10мм; бэаг=492мм, получают !г - 40,17 мм, Величину осадки рассчитали соответственно с частным случаем уравнения (1):

Ь Iî — (11 + !3) - 40.17 — (20 - 4) =

16,17 мм

Осадку заготовки проводили при Т =

270 С в течение 5 мин, Затем фиксировали положение пуансона пресс-формы и извлекали ее из эоны давления и охлаждали

Пример 3.

Изготовление винта из углепластика, I ld1 + !гог" + !зоэ!

a —— г оэаг

30 (4) П оставляя числовые эначеник 1! =- 40 мм.

d> = 8,5 мм; !2. = О мм; d2 = 10 мм;!з = б мм;

ds =- 16 мм. получают 1а = 150,8 мм, Величину осадки рассчитывали в соот35 ветствии с Уравнением (1) N = la - (l t + !г + !з) =

=150.8 — (40+ 20 - 6) - 84,8 мм

40 Осадку проводили при температуре

240 С в течение 5 мин, фиксировали положение пуансона пресс-формы, извлекали ее из эоны давления и охлаждали.

В таблице приведены сведения об ис45 пытаниях крепежных элементов на кручение и срез резьбы, полученных по известному и предлагаемому способам.

Видно, что на примере изготовления винта Мб из органопластика данный способ позволяет повысить разрушающее напряжение при кручении в 2,5 раза и при срезе резьбы в 2,1 раз, Способ позволяет применять в составе крепежных элементов "хрупкие" волокна (стеклянные и углеродные), использование которых до настоящего времени являлось проблематичным. (56) ОСТ 101007-81 "Винты иэ полиамида".

Технические условия.

Резьба упорная, наружный диаметр

10 мм; шаг резьбы 2 мм; длина стержня винта 60 мм; длина резьбы 40 мм; длина гладкой части 20 мм; высота головки 6 мм:

5 диаметр головки 16 мм.

В качестве армирующих волокон испольэовали углеродную ленту ЭЛУР-0,1 П (ТУ 6-06-31-21-78), в качестве связующего— полиамид -12. который на предварительной

10 стадии использовали в виде пленки толщиной 40 мкм. Цилиндрическую заготовку изготавливали следующим образом.

Последовательно чередуя слои углеродной ленты и пленки полиамида -12 собирали

15 пакет. Углеродную ленту выкладывали по схеме (О /900/ 45)è. Затем проводили прессование плоской плиты размером 100 х х80 х 12 мм при Т = 240 С под давлением 3,0

МПа в течение 15 мин. Из отпрессованной

20 плиты углепластика вырезали заготовку квадратного сечения и обтачивали их до диаметра 6,528 мм, соответствующего внутреннему диаметру резьбы. Начальная длина заготовки (10) рассчитывалась по

25 уравнению (4):

2001771

Ilo прототипу"

По п е агаемом способ

Показатель и име 2 и име 3

Максимальный крутящий момент тела элемента в месте перехода от стержня к головке,Н м

Момент сопротив4,2 +0,9

1,21 +0.23

3,1 «0.4

10 7«1 3

102,4 10 9

32,2 109

43,2.10

200 109 ления при кручении. м Э

М/» =—

Разрушающие касательные напряжения,МПа при кручении

41,17 «8,6

71,7 «9.3

53,5 «6,5

М»р т„=—

W»

Разрушающая нагрузка при срезе двух витков резь12560

8180

3680

8550 бы Н

Рср

Площадь среза, м2 S

46 10

64.78 10

46 10

61,96 104

Касательное напряжение при срезе, МПа

tc P/S

194

177

138

"— Для прототипа и примера 2 приведены данные для винта М6 иэ орган опластика.

Отчет по научно-исследовательской ра- 1360/2. hk Гос, Регистрации темы У98127. боте. Совершенствование составов ПКМ и М.: МАТИ. 1985, с. 112, технологии изготовления из них элементов конструкций летательных аппаратов. N. Гос. Авторское свидетельство СССР

Регистрации Г77984, инв. N 61986. тема 5 М 1147505, кл, В 21 В 5/08, 1983.

2001771

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ путем горячего прессования цилиндрической заготовки продольной осадкой и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воэможностей за счет изготовления реэьбовых крепежных элементов, диаметр заготовки выбирают равным внутреннему диаметру резьбы, а прессование осуществляют на величину осадки, равную

Itd) + Igd) + 1эб

Лl—

2 1 заг — (Ii + г + 4з, где Л I - осадка;

I> - длина резьбовой части крепежного

5 элемента. м;

lz, дг - длина и диаметр гладкой части крепежного элемента, м;

1з, дэ - длина и диаметр головки крепежного элемента, м;

10 dear - диаметр цилиндрической заготовки, м;

d > - средний диаметр резьбы, м, причем заготовку выполняют иэ армированного волокном пластика.

2001771

А-А

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

Заказ 3147

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 проивводстввнно-надатальскид комбинат "Патент". г. ужгород. ул.Гагарина, 101

Составитель М.Осипов

Редактор Т. Пилипенко Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева