RU1794614C - Способ изготовлени изделий с длинномерными каналами - Google Patents

Abstract

Использование: точное приборостроение , в частности капилл рные издели , узлы регулируемого дозировани  газа или жидкости , натекатели вакуумных систем, холодильника техника. Сущность изобретени : при изготовлении изделий с длинномерными каналами в заготовке выполн ют каналы с последующей механической обработкой издели .С целью повышени  качества и расширени  номенклатуры изделий берут заготовку по меньшей мере из двух деталей, на контактирующих плоскост х которых выполн ют пазы глубиной (|,01-1,06)п, где h - требуема  глубина паза, совмещают детали по пазам и осуществл ют их диффузионную сварку, а при механической обработке в качестве базовых элементов используют выходные отверсти  каналов. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к точному приборостроению и может быть использовано при разработке конструкций и технологии изготовлени  узлов и элементов, включающих длинномерные каналы малой площади поперечного сечени , в частности, в технике капилл рных изделий, в узлах регулируемого дозировани  газа или жидкости, в натека- тел х вакуумных систем, в холодильной технологии и т.д.

Известен способ изготовлени  деталей с глубокими каналами, получаемыми методом электроэрозионной обработки. Способ заключаетс  в формообразовании исходной металлической заготовки и выполнении в ней канала специальным электродом-инструментом в виде стержн  с оболочкой из диэлектрического материала, относительно которой стержень имеет возможность осевого перемещени . Необходимый межэлек- тродный зазор h, определ емый в

зависимости от разницы наружного радиуса оболочки R и радиуса стержн  г, определ ет, очевидно, и диаметр получаемого отверсти ,.

h(1,5...1,8)(R-r).

Недостатками в таком способе  вл ютс  ограниченна  номенклатура получаемых каналов; - в виде отверстий круглого поперечного сечени  диаметром не менее нескольких дес тых долей миллиметра, а также невысокое качество издели  вследствие малой точности формы канала и ограни- ченность способа по отношению к диэлектрическим материалам.

Известен способ изготовлени  изделий с каналами в виде отверстий, получаемыми лазерным сверлением. Способ заключаетс  в том, что изделие, установленное соосно лазерному лучу, поворачивают вокруг двух осей, одна из которых перпендикул рна оси лазерного луча. На пересечении осей повоXI

45

4 О

рота издели  и лазерного луча есть точка, котора  не перемещаетс  относительно луча . Таким образом в детали вырезают отверстие в форме песочных часов. Способ позвол ет получать каналы переменной по длине канала конфигурации,

Недостатками данного способа  вл ютс  малый диапазон типоразмеров/получаемых каналов (только отверсти  круглого поперечного сечени ) и ограниченные технологические возможности способа, т.к. имеет место предельна  длина канала (или глубина отверсти ), на которую его можно выполнить дл  данного диаметра отверсти . Другими словами отношение L/d, где L - длина канала, a.d - его диаметр, имеет малую величину, например d (01002...0,005)мм составл ет(0,1..Д2) мм.;

В качестве прототипа по наибольшему числу общих существенных признаков прин т способ изготовлени  узлов с длинномерными каналами, который заключаетс  в формообразовании исходной детали и выполнении в ней отверсти  средствами механической обработки, в частности сверлением ;с помощью специально изготавливаемых сверл и использованием устройств , обеспечивающих минимапы-шй бой сверла и требуемую точность его ориентации и осевого перемещени . После выполнени  в детали канала осуществл ют финишную обработку издели ,; .

Недостатками способа-прототипа  вл ютс  невысокое качество издели  вследствие малой точности канала (некруглость и конусность отверсти  вследствие бо  и де- формации сверл малого диаметра), а также, ограниченность номенклатуры и типоразмеров получаемых каналов, -только в виде отверстий круглого сечени  со срэвнитель- , но малым соотношением L/d. Например дл  L (0.,1..ДЗ) мм диаметр d можно выполнить не менее дес тых долей миллиметра, Кроме того вызывает большие сложности выполнение каналов в целом р де материалов (керамика, стекло, твердые сплавы).

Предлагаемое техническое решение устран ет указанные недостатки,

Целью изобретени   вл етс  повышение качества и расширение номенклатуры . изделий с длинномерными каналами.

Указанна  цель достигаетс  за счет то- ГО; что е способе изготовлени  изделий с длинномерными каналами, при котором в заготовке выполн ют каналы с последующей механической обработкой издели  берут заготовку по меньшей мере из двух .деталей, на контактирующих поверхност х которых выполн ют пазы глубиной (1,01- 1 ,Q6)h, где h - требуема  глубина паза заго

товки, совмещают детали по пазами осуще ствл ют диффузионную сварку, причем при

механической обработке в качестве базовых

элементов используют выходные отверсти 

полученных каналов.

За вл емое техническое решение отличаетс  от прототипа тем, что в процессе изготовлени  издели  используют заготовку по меньшей мере из двух деталей на

0 контактирующих поверхност х каждой из которых выполн ют пазы, исход  из ви , что при стыковке деталей по сопр гаемым поверхност м совмещенные пазы образуют длинномерный канал требуемой

5 конфигурации. При этом пазы выполн ют с припуском (глубина паза составл ет 1,01...1,06) от требуемой глубины), который учитывает деформацию при последующей диффузионной сварке исходных заготовок.

0 После сварки осуществл ют,механическую обработку издели , причем в качестве базовых элементов используют выходные отверстие канала на торцах издели , что позвол ет получить изделие, наружна  кон5 фигураци  которого строго ориентирована

относительно главного элемента, каким  в- л етс  длинномерный канал. Эти отличи 

позвол ют сделать вывод о соответствии за вл емого технического решени  критерию

0 новизна.. .

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решени  с другими реше- нм ми в данной и смежных област х техники показывает, что каждый из сущест5 венных признаков по отдельности известен, однако в той совокупности, последовательности и устойчивости взаимосв зи, как это представлено в техническом решении, стадо возможным;

0 - выполнение практически любой конфигурации поперечного сечени  канала: - круглого, квадратного, ромбического, эллипсовидного и т.д. с полным отсутствием ограничений по соотношению длины и диа5 метра каналов;

- расширение круга примен емых в издели х материалов, в том числе керамика, стекло, твердые сплавы и т.д.);

- получение криволинейных каналов (в 0 трех координатах) с высокой точностью и качеством выполнени .

Таким образом, все перечисленные признаки технического решени  в совокупности обусловливают существенный 5 положительный эффект - цель изобретени ,  вл ютс  оптимальными, могут квалифицироватьс  как существенные признаки и обеспечивают за вл емому техническому решению соответствие критерию существенные отличи .

На фиг. 1 изображен общий вид заготовки с пазом: на фиг, 2 - процесс диффузионной сварки двух деталей с совмещенными пазами, образующими длинномерный канал; на фиг, 3 - финишна  обработка издели .

На фиг. 1,2 и 3 обозначены две исходные детали 1 и 2. На сопр гаемой поверхности 3 детали 1 выполнен паз 4, а на сопр гаемой поверхности детали 2 - паз 5. Возможным вариантом  вл етс  выполнение пазов по ломаной линии 6 (либо криволинейной и т.д.). Паз 4, как правило, выполн етс  со стороны исходной поверхности 7, доводка и шлифовка которой позвол ют получить паз 4 глубины h (1,01...1,06)h, где h - требуема  глубина паза и получить при этом поверхность 3. Детали 1 и 2 свариваютс  диффузионной сваркой по плоскости стыка 8 с размещением их на сварочной опоре. 9 и .приложении давлени  РСв- Сваренное изделие,установленное в фиксирующих узлах 10 и 11, базой дл  которых  вл ютс  выходные отверсти  канала 12 на торцах 13 и 14, обрабатываетс  до получени  окончательного издели  15.

. Предлагаемый способ заключаетс  в выполнении совокупности и последовательности следующих технологических операций.

Средствами механической обработки (точение, фрезерование, шлифовка) осуществл ют изготовление по меньшей мере двух исходных деталей 1 и 2, Насто щее описание составлено дл  двух деталей, На сопр гаемых плоскост х (7 дл  детали 1) деталей 1 и 2 средствами механической обработки , в данном случае резанием или скрайбированием выполн ют пазы 4 и 5, поперечное сечение которых одинаково дл  каждого паза по вези его длине. Одинакова  ориентаци  паза по отношению к своей детали обеспечиваетс  вспомогательным инс- трументом - копирами, шаблонами, трафаретами и т.д. Далее получают паз заданной конфигурации и глубины h (1,01...1,06) h, где h -К требуема  глубина паза, посредством съема материала с плоскости контакта 7 на глубину А (дл  детали 1). что обеспечивает получение сопр гаемой поверхности 3. Аналогична  операци  осуществл етс  и по отношению к детали 2. Конфигураци  паза (на фиг. 1 и 2 в виде треугольника в поперечном сечении) обеспечиваетс  инструментом, которым может  вл тьс  алмазна  пирамида, твердосплавный профилированный резец и т.д. Исходна  глубина h паза определ етс  совместными операци ми скрайбировани  и съема материала на глубину Л Очевидно,

что эта операци  съема материала не  вл етс  принципиально необходимой. Она требуетс , когда выполн емый паз должен иметь глубину единицы микрометра или 5 должен быть переменного сечени  по длине . В общем виде возможно выполнение паза без операции съема материала с плоскости контакта, поэтому эта операци  не фигурирует в качестве отличительного при10 знака,

На фиг. 1 и 2 показан канал в виде квадрата , образуемый двум  треугольными пазами . Очевидно, что конфигураци  канала и, соответственно, пазов может быть самой

5 различной. Также очевидно, что на сопр гаемых поверхност х деталей 1 и 2 может быть несколько пазов, образующих несколько каналов, и может быть несколько (больше чем две) деталей, на попарно сопр 0 гаемых поверхност х которых выполн ютс  пазы, совмещаемые при последующей сварке всех деталей в изделие.

После выполнени  пазов 4 и 5 непосредственно режущим инструментом (скрай5 бированием) или с применением вспомогательной операции доводки соедин емой плоскости, на которой выполнен паз, когда требуютс  пауы малых размеров в поперечном сечении (глубина составл ет

0 микрометры), детали 1 и 2 собирают в сварочной оснастке .стыку  сопр гаемые плоскости с обеспечением точного совмещени  пазов 4 и 5, устанавливают их на сварочную опору 9 в камеру установки дл  диффузион5 ной сварки и производ т диффузионную сварку деталей 1 и 2 по общей плоскости контакта 8 при нагреве их до требуемой температуры процесса и приложении необходимой величины сварочного давлени 

0 . Рев. Конкретные параметры сварки (температура и давление) определ ютс  исход  из физико-механических свойств свариваемых материалов и технических требований к изделию экспериментальным путем или с по5 мощью справочной литературы. Диффузионна  сварка св зана с пластическими деформаци ми, которые  вл ютс  необходимым элементом процесса и обеспечивают образование качественного сое0 динени . Требуема  дл  качественной сварки минимальна  величина пластических деформаций выражаетс  в дол х от линейных размеров (по высоте) свариваемых деталей. Степень деформации дл  прецизи5 онного процесса сварки составл ет величину (З.,.6%), т.е. (2...3)% от высоты деталей 4. Включа  сюда высокопрочные-материалы (твердые сплавы, керамику), указанный диапазон можно расширить и оговорить как (1...6%). Вполне правомерно рассмэтривать данную степень деформации в отноше- нии паза, т.е. в отношении представл ющей непосредственный интерес зоны деталей 1 и 2, и заложить эту величину в качестве припуска при исходном формообразовании паза.

Таким образом, выполнение пазов 4 и 5 глубиной h , составл ющей(1,01 ...1,06)h, где h - требуема  глубина паза, обуславливаетс  требовани ми и особенност ми процесса диффузионной сварки.

Очевидно, что припуск в указанном диапазоне значений определ етс  свойствами материала деталей 1 и 2 (пластичностью) и режимом сварки, который определ ет деформацию за заданную величину,обеспечивающую получение в сварном изделии паза требуемой глубины. Дл  повышени  точности и гарантированного обеспечени  требуемой деформации в пределах (0,01...0,06)h возможно использование вспомогательных элементов, например ограничителей в составе сварочной оснастки.

Сваренный узел устанавливают в фиксирующие узлы 10 и 11 приспособлени  дл  финишной обработки издели , использу  в качестве базовых элементов выходные отверсти  канала 12 на торцах 13 и14издели , поскольку геометри  окончательно обработанного издели  определ етс  расположением канала 12 (фиг. 3), т.е. первичным элементом при изготовлении издели   вл етс  канал 12.

Окончательно обработанное изделие 15 может быть различной конфигурации, например иметь вид капилл рной трубки и т.д.

Пример. Предлагаемый способ реализуетс  следующим образом.

Способ использовали в СКВ АП НТО АН СССР при изготовлении длинноходовой кюветы фотометра и коллектора крана-переключател  жидкостных потоков.

Две пластины из титанового сплава обрабатывали по будущим плоскост м соединени  по классу чистоту 0,08, складывали вместе и штифтовали, т.е. фиксировали между собой от возможных смещений посредством двух штифтов. В месте разъема пластины по наружной поверхности вскрывались гнезда под установку оптических окон (стекол). После этого, штифты вынимались , а пластины разъедин лись и в каждой из них были выполнены пазы требуемой конфигурации, в частности, круглого сечени  средствами механической обработки - резанием (скрэйбированием).

После выполнени  необходимых пазов (канавок) производили вторичную доводку плоскостей разъема, убира  выпуклости металла , возникшие при выполнении пазов. Затем, готовые полуэлементы соедин ли по

плоскост м разъема, оп ть же фиксиру  штифтами и сваривали по этим плоскост м способом диффузионной сварки в вакууме. Качество сварки (герметичность) провер лось с помощью течеискател  ПТИ-10. После сварки устанавливались стекла в соответствующие гнезда и подсоедин ли коммутирующие потом трубки. Таким образом можно изготавливать кюветы с практически неограниченной длиной оптического пути (основного канала) и различного профил , конфигурации (в трёх координатах) и площади поперечного сечени . Изготовление коллектора крана-переключател  жидкостного потока выполн етс  аналогично вышеописанному способу, при этом коллектор также состоит из двух деталей, в одной из которых провод тс  подвод щие поток каналы и соедин ющие их пазы, а второй

полуэлемент несет функцию герметизирующего полученных каналов.

Очевидно, что с наибольшим эффектом реализацию неразъемного соединени  обеспечивает диффузионна  сварка в вакууме , - малодеформационный процесс., в отличие от пайки или сварки плавлением не содержащий жидкий (припой или основной металл, соответственно), котора  может попадать в отверстие и искажать его форму.

Кроме того, диффузионной сваркой свариваютс  практически все материалы с возможностью получени  сварного соединени  идентичного основному материалу по физико-механическим свойствам, что в р де случаев весьма важно дл  узлов точного приборостроени .

Положительный эффект от использовани  предлагаемого технического решени  заключаетс  в следующем;

По вл етс  возможность выполнени  практически любой конфигурации поперечного сечени  - круглые, квадратные, эллипсовидные и более сложных форм. Это обеспечиваетс  механическим способом

выполнени  полуотверсти  в виде паза с помощью режущего инструмента, доводкой поверхности на котором выполнено предварительно полуотверстие дл  получени  требуемой точной формы, а также

возможностью расчлен ть отверстие требуемой формы на два полуотверсти  в наиболее оптимальном варианте, тоже в виде двух неодинаковых пазов, которые выполн емые на различных полуэлементах в сборе дадут

отверстие нужной геометрии:

Отсутствуют ограничени  по размерам отверстий, которые могут быть от нескольких микрометров до десчтых долей миллиметра , что обеспечиваетс  доводкой:

Практически отсутствуют ограничени  по соотношению длины и диаметра получае- мых отверстий;

Расшир етс  круг материалов, в которых могут выполн тьс  отверсти , поскольку практически дл -любого материала можно подобрать материал режущего инструмента;

По вл етс  возможность получени  криволинейных отверстий, что в принципе невозможно иными известными способами.

Таким образом, технико-экономическа  эффективность предлагаемого технического решени  заключаетс  в повышении уровн  технического обеспечени  процесса

0

изготовлени  узлов с длинномерными каналами , расширении функциональных характеристик этих узлов, повышении технических характеристик приборов и агрегатов , в которых эти узлы используютс . Экономический эффект на сегодн шний день определить не представл етс  возможным из-за отсутстви  статистически обоснованных исходных и сравнительных данных.

В СКВ АП предлагаемый способ опробован при изготовлении длинномерных отвер- стий в опытной партии кювет и кранов-переключателей жидкостных хроматографов .

Фиг. 51

.Фм.3.