Способ получения конструкционногоэлемента типа биоструктура

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

0 i! 79367I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.09.78 (21) 2674976/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) М. Кл.з

В 21В 1/00

Государственный комитет ссср (53) УДК 621.77.04 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения и (71) заявители

А. Н. Тетиор и К. Ф. Фоменко (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОГО

ЭЛЕМЕНТА ТИПА «БИОСТРУКТУРА»

Изобретение относится к прокатке, а именно получению элементов конструкций зданий, промышленных сооружений, крупных машин и станков и т. п.

Предъявляемые промышленностью требования к конструкционным элементам в отношении прочности при минимальном весе наилучшим образом реализуется в элементах типа «биоструктура» т. е. в таких элементах, которые по своей структуре напоминают природные «конструкционные» элементы, например, стебли растений, кости животных и т. д. и образованы жестким трубчатым каркасом, заполненным легким пористым веществом.

Известен способ получения крыла самолета, по конструкции аналогичного «биоструктуре», включающий изготовление оболочки крыла, заполнение полости в оболочке пустотелыми шариками, поверхность которых покрыта тугоплавким припоем, и разогрев шаров в оболочке до их взаимного припаивания к оболочке (1).

Этот способ сложен и трудоемок, не гарантирует высокого качества структуры изза трудности контроля закрытых паяных соединений и ограничен в выборе материалов. Кроме того, полученный по этому способу конструкционный элемент лишь приближенно напоминает естественную биоструктуру пз-за резкости перехода от оболочки к заполнителю, формы ячеек заполнителя и, следовательно не реализует всех потенциальных возможностей этого вида структуры, в частности, в отношении прочности к весу.

Известен также способ получения конструкционного элемента типа «биоструктура», включающий формирование элемента из

10 пенометаллического материала и последующий нагрев (2).

B случае применения в качестве пеноматериалов полимеров, например пенопла,стов, этот способ менее трудоемок по срав15 нению с описанным, однако полученный таким образом конструкционный элемент еще далек по своим характеристикам от аналогичных природных биоструктур из-за резкого перехода от оболочки к наполнителю и

20 значительных расхождений прочностных характеристик заполнителя и оболочки. Эти характеристики можно было бы улучшить, если бы в качестве пеноматериала применить пенометалл, аналогичный металлу об25 шивки. Однако это приводит к еще большему усложнению и без того трудоемкой технологии. Кроме того, неясно, как это можно сделать в случае изготовления таких широко применяемых конструкционных элез0 ментов, как уголки, швеллеры и т. п., имею793671 щпе значительную длину прн небольшом поперечном сечении.

Целью настоящего изобрстс»»я является упрощение технологии изготовления конструкционных элсме»тов типа «биоструктура» и улучшение качественных показателей изделий, в частности, отношения прочности к весу.

Поставленная цель, остнгается тем, 1To прн получении ко»струкцио»ного элемента типа «биоструктура» с»ос«бом, включающим формирование элемента пз пснометаллического материала и последующий нагрев, согласно изобретению формуют элемент с припусками на обработку, а нагрев производят только поверхностного слоя до его размягчения, например, токами высокой частоты, и в этом состоянии элемент подвергают дополнительной обработке давлением, например, прокатке, доводящей до заданных размеров.

Способ поясняется технологической схемой изготовлен»я конструкцион ного элемента.

В соответствии с»зобретепием сначала получают заготовку 1 будущего элемента из пеномсталла любым известным способом, например, путем введения в жидкий металл (алюминий) термостойких солей, гидратов кальция, бария, лития или смешанного ли- 30 тиево-алюминиевого гидрата, за счет распада молекул гидритов выделяется водород, который в толще алюминия создает поры диаметром от 0,4 до 6 мм, Для фиксирования «пену» охлаждают холодной водой. "5

После этого заготовку подают, например, с помощью приводных валков 2 в ппдуктор 3, где поверхность заготовки по мере ее подачи последовательно нагревается токами высокой частоты до 500 — 600 С до 40 размягчения или сплавления материала заготовки на заданную глубину (пример |о на глубину припуска на обработку и несколько больше). Глубину нагрева задают частотой переменного тока, питающего индук- 45 тор.

Немедленно после индуктора заготовку подвергают прокатке на валках 4. В результате такой обработки верхний размягченный слой заготовки уплотняется, воздух из 50 пор выдавливается, и на выходе из валков припуск выбирается, а верхний застывающий слой превращается в прочную цельноt.;еталли ческую скорлупу 5, плавно переходящую в пористую сердцевину, которая в результате обработки также несколько уплотняется, приобретая предварительно напряже»ное состояние. Путем выбора формы и количества валков 4, таким образом, мож»о получить профили практически любых применяющихся сейчас в строительстве сечений.

Вместо прокатки можно применять и другие виды обработки давлением, например шта мповку.

Последняя выгодна для сравнительно небольших деталей для машиностроительной промышленности, например станин машин, колонн и т. п.

Как видно нз этого описания, предлагаемый способ значительно проще известных и позволяет получить конструкционные элементы практически любой формы и размеров.

При этом конструкционные элементы в максимальной степени соответствуют естественным «биоструктурам».

Они имеют прочную скорлупу пли оболочку, плавно и постепенно переходящую в пористую легкую, но прочную и жесткую сердцевину. Толщину скорлупы легко изменять глубиной нагрева поверхности заготовки и велич»»ой усилия обработки давлением.

Формула изобретения

Способ получения конструкционного элемента типа «биоструктура», включающий формирование элемента пз пеномсталлического материала и последующий нагрев, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и улучшения отношения прочности к массе путем приближения к естественной биоструктуре, формуют элемент с припусками на обработку, производят нагрев поверхностного слоя до его размягчения и в этом состоянии элемент подвергают дополнительной обработке давлением с доведением до заданных размеров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Муслин Е. С. Машины ХХ века, М,, Наука, 1971, с. 26, 2. Там же, с, 27 (прототип), 793671

Составитель Г. Ростов

Техред А. Камышникова

Корректор О. Гусева

Редактор Б. Федотов

Заказ 201(11 Изд. Мз 162 Тираж 889 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2