RU2030240C1

RU2030240C1 - Composition material hollow cylindrical pieces production method

Info

Publication number: RU2030240C1
Authority: RU
Inventors: Арчил Андреевич Костава; Джемал Амвросьевич Шарашенидзе; Мераб Мурманович Шавлакадзе
Original assignee: Джемал Амвросьевич Шарашенидзе
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: composition materials pieces production. SUBSTANCE: method provides for winding of reinforcing material with following its heating and pressing. Reinforcing members, made in the form of cylindrical spirals, are placed inside inner cavities of pieces, that are filled with powder die medium and then are subjected to pressing. Sintering is exercised under temperature, that is defined by combination of composition material. EFFECT: increased firmness and rigidity, decreased production costs and simplified technology. 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов и может быть использовано при изготовлении полых цилиндрических изделий и других подобных деталей для тяжелонагруженных узлов машин. The invention relates to a technology for manufacturing products from composite materials and can be used in the manufacture of hollow cylindrical products and other similar parts for heavily loaded machine components.

Известны способы получения трубчатых деталей методом вакуумно-компрессионной пропитки, при котором волокна наматывают на цилиндрическую оправку, устанавливают в форму и вакуумируют, затем подогревают, пропитывают расплавленным металлом, охлаждают и подвергают механической обработке. Known methods for producing tubular parts by vacuum compression impregnation, in which the fibers are wound on a cylindrical mandrel, installed in a mold and vacuum, then heated, impregnated with molten metal, cooled and machined.

Недостатками этого способа являются трудность получения изделий с равномерно распределенными армирующими волокнами в матрице, что объясняется неравномерным продвижением жидкой матрицы между армирующими элементами и их перераспределением; в большинстве случаев происходит взаимодействие материалов матрицы и волокна при температуре перехода матрицы в жидкую фазу, что приводит к полному или частичному растворению армирующего материала в матрице с образованием хрупких, непрочных переходных зон, разупрочняющих материал в целом. The disadvantages of this method are the difficulty of obtaining products with uniformly distributed reinforcing fibers in the matrix, which is explained by the uneven advancement of the liquid matrix between the reinforcing elements and their redistribution; in most cases, the matrix and fiber materials interact at the transition temperature of the matrix into the liquid phase, which leads to the complete or partial dissolution of the reinforcing material in the matrix with the formation of brittle, fragile transition zones, softening the material as a whole.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в послойной укладке материала матрицы и армирующих волокон на оправку по синусоиде с постоянным количеством периодов во всех слоях заготовки и амплитудой, изменяющей свое значение от максимального в первом слое до нуля в последнем. Closest to the proposed method is a layer-by-layer laying of matrix material and reinforcing fibers on a mandrel in a sinusoidal fashion with a constant number of periods in all layers of the workpiece and an amplitude that changes its value from the maximum in the first layer to zero in the last.

Заготовку на оправке помещают в пресс-форму, которую снаружи закрывают обечайкой. Обечайку приваривают к оправке по периферии. После этого осуществляют раздачу при температуре порядка 0,8 температуры плавления матрицы и давлении, достаточном для выпрямления искривленных армирующих волокон. The blank on the mandrel is placed in a mold, which is closed externally with a rim. The shell is welded to the mandrel around the periphery. After that, distribution is carried out at a temperature of about 0.8, the melting temperature of the matrix and a pressure sufficient to straighten the curved reinforcing fibers.

Недостатки этого способа заключаются в том, что во-первых, технология изготовления изделий включает навивку синусоидальных матричных и армирующих волокон, что является нетехнологичным и неприемлемым для толстостенных изделий, так как при раздаче заготовки распределение напряжения (деформации) в радиальном направлении не подчиняется какой-либо точно определенной закономерности, тем самым расчет параметров синусоиды послойно не является достаточно точным для достижения полного контакта матрицы с армирующим материалом, во вторых, заварка контейнера может привести к нежелательному взаимодействию материалов по периферии, а после раздачи требуется снять обечайки от изделия, которые были приварены с обоих торцов, следовательно, инструмент годен для одноразового использования и процесс становится материалоемким и энергоемким, тем самым неэкономичным. The disadvantages of this method are that, firstly, the manufacturing technology of the products includes winding sinusoidal matrix and reinforcing fibers, which is not technologically advanced and unacceptable for thick-walled products, since when distributing a workpiece, the distribution of stress (deformation) in the radial direction does not obey any precisely defined regularity, thus the calculation of the parameters of the sinusoid in layers is not accurate enough to achieve full contact of the matrix with the reinforcing material, secondly, Container container can lead to undesirable interaction of materials on the periphery, and after distribution it is required to remove shells from the product that were welded from both ends, therefore, the tool is suitable for single use and the process becomes material-intensive and energy-intensive, thereby uneconomical.

Цель изобретения - повышение прочности, жесткости, экономичности изделия и упрощение технологии способа. The purpose of the invention is to increase the strength, stiffness, cost-effectiveness of the product and the simplification of the technology of the method.

Это достигается тем, что в способе изготовления полых цилиндрических изделий из композиционных материалов, включающем навивку армирующего материала с последующей прессовкой с использованием температуры и давления, армирующие элементы в форме цилиндрических спиралей размещают во внутренней полости изделия, матрицу заполняют порошковой матричной средой и после прессования спекание осуществляют при температуре, определяемой составом композиционного материала. This is achieved by the fact that in the method of manufacturing hollow cylindrical products from composite materials, including winding the reinforcing material followed by pressing using temperature and pressure, the reinforcing elements in the form of cylindrical spirals are placed in the internal cavity of the product, the matrix is filled with a powder matrix medium, and after pressing, sintering is carried out at a temperature determined by the composition of the composite material.

Изобретение соответствует критерию "существенные отличия", так как признаки, изложенные в отличительной части формулы изобретения, не были обнаружены в известных аналогичных решениях. The invention meets the criterion of "significant differences", since the features set forth in the characterizing part of the claims were not found in known similar solutions.

На фиг. 1 изображена пресс-форма с засыпкой и спиральными армирующими элементами в разрезе до начала прессования; на фиг. 2 проиллюстрирована стадия прессования изделия; на фиг. 3 - отпрессованное изделие, разрез. In FIG. 1 shows a mold with a backfill and spiral reinforcing elements in a section before pressing; in FIG. 2 illustrates the stage of pressing the product; in FIG. 3 - pressed product, section.

На схеме рассматривается упрощенный вариант на две спирали. The diagram shows a simplified version of two spirals.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Цилиндрические спирали 2 из вольфрамовой проволоки располагают в матрице 1 вокруг оправки 4, телескопически центриpуя и фиксируя их в этом положении. Количество спиралей, шаг их навивки, их внешний диаметр и диаметр проволоки можно подобрать с учетом требуемой объемной доли вольфрамовой проволоки в никелевой матрице. Объемная доля проволоки в матрице 20% при диаметре проволоки 0,5 мм. Высота спиралей в свободном состоянии равна высоте насыпки порошка никеля в матрице и - 30 мм. После заполнения матрицы порошком 5 производят прессование пуансоном 3 давлением 700 МПа до конечной высоты прессовки 10 мм. При этом учитывают, что витки спирали не должны контактировать друг с другом. Это обеспечивается соотношением
t₁≥ t₂

где t₁ - шаг навивки спирали в исходном положении при высоте спирали Н 30 мм;
t₂ - шаг после деформации до уровня h 10 мм;
d - диаметр проволоки. Величина должна быть порядка диаметра проволоки. В данном случае t₂ = 2 мм, следовательно t₁ ≥ 6,2 мм. Отпрессованную заготовку спекают в вакууме 5 х 10^-4 мм ˙ рт.ст. при 1200^оС в течение 2 ч.Cylindrical spirals 2 made of tungsten wire are placed in the matrix 1 around the mandrel 4, centering telescopically and fixing them in this position. The number of spirals, the pitch of their winding, their outer diameter and the diameter of the wire can be selected taking into account the required volume fraction of tungsten wire in the nickel matrix. The volume fraction of wire in the matrix is 20% with a wire diameter of 0.5 mm. The height of the spirals in the free state is equal to the height of the sprinkling of nickel powder in the matrix and is 30 mm. After filling the matrix with powder 5, the punch 3 is pressed with a pressure of 700 MPa to a final pressing height of 10 mm. In this case, take into account that the turns of the spiral should not be in contact with each other. This is ensured by the relation
t ₁ ≥ t ₂

where t ₁ is the step of winding the spiral in the initial position with the height of the spiral H 30 mm;
t ₂ - step after deformation to a level of h 10 mm;
d is the diameter of the wire. The value should be on the order of the diameter of the wire. In this case, t ₂ = 2 mm, therefore t ₁ ≥ 6.2 mm. The pressed billet is sintered in a vacuum of 5 x 10 ^-4 mm ˙ Hg. at 1200 ^about C for 2 hours

Изобретение позволяет увеличить толщину прессуемых изделий за счет применения классической схемы прессования порошковых изделий, прочность композиционного материала за счет сохранения целостности армирующих элементов, так как схема напряженного состояния армирующих элементов является благоприятным (всестороннее сжатие), снизить материалоемкость и повысить экономичность за счет использования безотходной технологии порошковой матрицы, обеспечить многократное применение стандартных инструментов, тем самым упрощая технологи- ческий процесс изготовления изделий. The invention allows to increase the thickness of the molded products due to the use of the classical scheme of pressing powder products, the strength of the composite material by maintaining the integrity of the reinforcing elements, since the stress state of the reinforcing elements is favorable (comprehensive compression), to reduce material consumption and increase efficiency through the use of non-waste powder technology matrices, ensure the repeated use of standard tools, thereby simplifying technologically th process of product manufacturing.

Claims

METHOD FOR PRODUCING HOLLOW CYLINDRICAL PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIAL, including winding reinforcing material followed by pressing at a certain temperature, characterized in that, in order to increase the strength and rigidity of the product while simplifying the technology, use a spiral as reinforcing products, placing it on the mandrel, then the matrix is filled with a powder of the composite material, and after pressing, sintering is carried out at a temperature depending on the composition of the composite material and constituting 0.8 - 0.9 of the melting temperature of the matrix.