Способ получения труб из волокнистых композиционных материалов с продольным армированием

 

Использование: изобретение относится к области обработки давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ). Оно может применяться в аэрокосмической отрасли промышленности и других отраслях машиностроения. Существо изобретения заключается в следующем. Получение труб из ВКМ с продольным армированием осуществляется за счет сборки заготовки непосредственно на оправке, жесткого крепления ее на оправке и совместного протягивания их через волоку, осуществляя компактирование заготовки в изотермических условиях, причем длину рабочей зоны волоки выбирают в интервале: l_min≅ l_рз <l, где l_рз - длина рабочей зоны волоки; l_min=2·Δr/2tgα; где Δr - требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки; α - угол конусности волоки; D_тр и d_тр - соответственно внешний и внутренний диаметр трубы; s_c - временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении; σ^*_sср- - среднее напряжение течения матричной составляющей при компактировании волокнистого композиционного материала. Предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить производительность процесса производства продольноармированных труб из ВКМ и уменьшить их себестоимость за счет снижения стоимости оборудования. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ) и служит для производства продольноармированных труб различного типоразмера.

Известен способ получения труб из ВКМ с продольным армированием, 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 является способ, который позволяет получать трубы из ВКМ с продольным армированием за счет многопереходного протягивания сборной заготовки через конусную волоку с использованием плавающей оправки. 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 за счет сборки заготовки непосредственно на оправке, жесткого крепления ее на оправке и совместного протягивания их через волоку, осуществляя компактирование заготовки в изотермических условиях, причем длину рабочей зоны волоки выбирают в интервале: l_min ≅ L_рз≅ l_max, где L_рз длина рабочей зоны волоки; l_min=2·Δr/2tgα; где Δr требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки; α - угол конусности волоки; D_тр и d_тр соответственно внешний и внутренний диаметр трубы; s_c временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении; σ^*_sср среднее напряжение течения матричной составляющий при компактировании волокнистого композиционного материала.

Способ поясняется схемой, представленной на чертеже. Заготовка 3 размещается методом намотки на оправке 4. Оправка фиксируется между основанием-захватом 6 и волокой 2 стойками-стяжками 5. Для облегчения сборки установки волока имеет конусную зону, где и размещается в начальный момент волока. Заготовка дополнительно крепиться к оправке фиксатором 7. Установка размещается в очковой печи и устанавливается на прессе, где крепится с помощью захвата 1 и основания-захвата. После нагрева установки начинается процесс компактирования заготовки за счет протягивания оправки с заготовкой через конусную волоку. Профиль отверстия волоки рассчитывается таким образом, чтобы величина напряжений в ВКМ не превышала критической величины. Это обеспечивается, если длина рабочей зоны волоки рассчитывается 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 мм. Угол конусности волоки составлял 5^o, протяженность рабочей зоны 10 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 5 мм, при прочих равных условиях не обеспечило получение компактного материала. Увеличение протяженности рабочей зоны волоки до 14 мм привело к повышенному дроблению борных волокон, что, как и в предыдущем случае, привело к снижению механических характеристик получаемых труб.

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, а длину рабочей зоны волоки выбирают в интервале l_min ≅ l_рз ≅ l_max,
где l_рз длина рабочей зоны волоки;
l_min=2·Δr/2tgα;

где Δr - требуемое абсолютное обжатие заготовки по толщине стенки;
α - угол конусности волоки;
D_тр и d_тр соответственно внешний и внутренний диаметры трубы;
σ_c - временное сопротивление волокнистого композиционного материала при растяжении;
σ^*_sср - среднее напряжение течения матричной составляющей при компактировании волокнистого композиционного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1