RU2443526C1 - Способ получения соединения разнородных материалов - Google Patents
Способ получения соединения разнородных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443526C1 RU2443526C1 RU2010135322/02A RU2010135322A RU2443526C1 RU 2443526 C1 RU2443526 C1 RU 2443526C1 RU 2010135322/02 A RU2010135322/02 A RU 2010135322/02A RU 2010135322 A RU2010135322 A RU 2010135322A RU 2443526 C1 RU2443526 C1 RU 2443526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- holes
- fusible material
- fusible
- refractory material
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов и может быть использовано в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности. Способ включает выполнение в детали из более тугоплавкого материала, чем материал другой детали, отверстий и воздействие на деталь из более легкоплавкого материала вращающимся цилиндрическим инструментом. В отверстиях выполняют метрическую или коническую резьбу. Вращение инструмента осуществляют в направлении, совпадающем с направлением витков резьбы. Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединений разнородных материалов, например, в сталеалюминиевых соединениях. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для получения соединения разнородных материалов в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является технология получения сталеалюминиевых соединений STIR-LOCK, принятая нами за прототип (см. Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Электронный ресурс] / Staines D.G., Thomas W.M., Kallee S.W. and Oakley P.J. - United Kingdom: TWI Ltd, 2006. - Режим доступа http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct2006.html. - Загл. с экрана.). Соединение получают следующим образом. Вначале в более тугоплавкой пластине выполняют отверстия. Пластину закрепляют, и на нее сверху укладывают и закрепляют пластину из менее тугоплавкого и более пластичного металла (алюминиевый сплав). Затем вращающийся инструмент в виде цилиндра, установленный под углом 1-5° по отношению к вертикальной оси опускают к собранным деталям и внедряют в более пластичную из них на глубину 0,2-0,5 мм. При этом происходит нагрев и пластифицирование верхней детали, а инструмент перемещается вдоль отверстий углом вперед. При этом пластифицированный металл, перемещающийся над отверстием, заполняет отверстия. Таким образом, образуется механическое соединение с заклепкой из тела более легкоплавкого металла.
Недостатком известной технологии является то, что нахлесточные соединения, нагружаемые осевой силой, работают не только на срез, но и на отрыв, что может привести к преждевременным разрушениям.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединений разнородных материалов, например, в сталеалюминиевых соединениях.
Технический результат достигается тем, что в способе получения нахлесточного соединения деталей из разнородных материалов, включающем выполнение в детали из более тугоплавкого материала, чем материал другой детали, отверстий, размещение на ней детали из более легкоплавкого материала, заглубление вращающегося цилиндрического инструмента, установленного под углом, в деталь из более легкоплавкого материала и перемещение его по детали из более легкоплавкого материала вдоль отверстий в детали из более тугоплавкого материала, отличием является то, что в отверстиях выполняют метрическую или коническую резьбу, а вращение инструмента осуществляют в направлении, совпадающем с направлением витков резьбы.
При воздействии на деталь из более легкоплавкого материала вращающимся цилиндрическим инструментом формируется заклепка из более легкоплавкого материала за счет создаваемого инструментом давления и нагрева. Благодаря наличию резьбы в отверстиях, а также совпадению направления вращения инструмента с направлением витков резьбы, материал заклепки ввинчивается в отверстия и заполняет канавки резьбы, образуя неразъемное резьбовое соединение.
В качестве тугоплавкого материала может быть использована, например, сталь, а в качестве легкоплавкого материала - алюминий или его сплавы.
В качестве инструмента может быть использован цилиндрический инструмент, используемый для сварки трением с перемешиванием. Инструмент может быть установлен под углом 1-5° по отношению к вертикальной оси и заглублен на 0,2-0,5 мм в легкоплавкий материал.
При осуществлении способа можно проводить дополнительный нагрев детали из более тугоплавкого материала нагревательным прибором до температуры, вызывающей пластификацию детали из более легкоплавкого материала.
Заявляемый способ поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема получения соединения, где 1 - цилиндрический инструмент с плоским торцом, 2 - деталь из более тугоплавкого материала, содержащая отверстия с резьбой, 3 - деталь из более легкоплавкого материала.
На фиг.2а представлен внешний вид полученного соединения по предлагаемому способу со стороны воздействия инструмента (лицевая сторона).
На фиг.2б представлен внешний вид полученного соединения по предлагаемому способу с обратной стороны, где 4 - заклепка.
На фиг.3 представлен внешний вид образцов после разрушения, выполненных по предлагаемому способу, где 2 - деталь из более тугоплавкого материала, 3 - деталь из более легкоплавкого материала, 5 - место разрушения.
На фиг.4 представлен внешний вид образцов после разрушения, выполненных по прототипу, где 2 - деталь из более тугоплавкого материала, 3 - деталь из более легкоплавкого материала, 5 - место разрушения.
Соединение осуществляют следующим образом.
На детали 2, выполненной из тугоплавкого материала, например, стали, выполняют отверстия, на внутренней поверхности которых выполняют метрическую или коническую резьбу. На стол фрезерного станка укладывают деталь 2, сверху устанавливают деталь 3, например, из алюминиевого сплава. Эти детали жестко закрепляют на столе. После чего к ним подводят вращающийся инструмент 1, заглубляют его в деталь 3 и осуществляют перемещение по ней вдоль отверстий. За счет трения торца цилиндрического инструмента 1 о деталь 3 происходит нагрев соединяемых деталей. А за счет наклона инструмента 1 и его движения возникает давление. При этом более пластичный материал детали 3 заполняет отверстия с резьбой в детали 2, образуя неразъемное резьбовое соединение.
Ниже приведен пример осуществления способа.
В лабораторных условиях выполнены соединения пластин длиной 155 мм, шириной 40 мм с толщиной стальной пластины 2 мм с пластиной из алюминиевого сплава АД31Т толщиной 4 мм по предлагаемому способу. В качестве привода инструмента использован фрезерный станок.
Режим получения соединения:
Диаметр цилиндрического инструмента с плоской контактной поверхностью D - 25 мм;
Скорость вращения инструмента - 710 об/мин;
Материал инструмента - 08Х18Н10Т;
Угол наклона инструмента относительно вертикальной оси а - 2 град;
Величина заглубления инструмента h - 0,2 мм;
Скорость продольного перемещения инструмента - 40 мм/мин;
Конфигурация отверстий - цилиндрические отверстия диаметром 8 мм без резьбы и с метрической резьбой М8.
Полученные соединения были испытаны на разрывной машине УММ10. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и фиг.3.
Для сравнения в таблице 1 и на фиг.4 приведены результаты испытаний аналогичных соединений с отверстиями разных конфигураций и без резьбы.
Таблица 1 | |
Тип образца | Максимальное усилие до разрушения соединения, кг |
Нахлесточное соединение с тремя заклепками, сформированными из тела более легкоплавкого материала (АД31Т) отверстия цилиндрической формы без резьбы - прототип | |
400 | |
Нахлесточное соединение с тремя заклепками, сформированными из тела | |
более легкоплавкого материала (АД31Т) отверстия цилиндрической формы с метрической резьбой | 750 |
Как видно из таблицы, заклепочное соединение (по прототипу) разрушилось при 400 кг (фиг.4). В случае соединения, полученного по предлагаемому способу, разрушение происходило при 750 кг (фиг.3). То есть прочность соединения, полученного по предлагаемому способу, в 1,8-2,0 раз выше, чем при соединении без резьбы.
Результаты испытаний показали также, что при использовании дополнительного подогрева до температуры, вызывающей пластификацию более легкоплавкого материала, понижается предел текучести материалов, что приводит к лучшему течению более легкоплавкого материала и лучшему заполнению отверстий в более тугоплавком материале, что особенно полезно при соединении деталей большей толщины.
Таким образом, использование заявляемого способа соединения разнородных материалов позволяет получить соединение, имеющее повышенные прочностные характеристики.
Claims (6)
1. Способ получения соединения деталей из разнородных материалов, включающий выполнение в детали из более тугоплавкого материала, чем материал другой детали отверстий, размещение на ней детали из более легкоплавкого материала, заглубление вращающегося цилиндрического инструмента, установленного под углом, в деталь из более легкоплавкого материала и перемещение его по детали из более легкоплавкого материала вдоль отверстий в детали из более тугоплавкого материала, отличающийся тем, что в отверстиях нарезают метрическую или коническую резьбу, а вращение инструмента осуществляют в направлении, совпадающем с направлением витков резьбы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят дополнительный нагрев более тугоплавкого материала нагревательным прибором до температуры, вызывающей пластификацию более легкоплавкого материала.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого материала используют сталь.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкого материала используют алюминий или его сплавы.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инструмента используют цилиндрический инструмент, используемый для сварки трением с перемешиванием.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что инструмент устанавливают под углом (1-5)° по отношению к вертикальной оси и заглубляют на 0,2-0,5 мм в более легкоплавкий материал.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135322/02A RU2443526C1 (ru) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | Способ получения соединения разнородных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135322/02A RU2443526C1 (ru) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | Способ получения соединения разнородных материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2443526C1 true RU2443526C1 (ru) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010135322/02A RU2443526C1 (ru) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | Способ получения соединения разнородных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2443526C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642239C1 (ru) * | 2016-12-16 | 2018-01-24 | Виталий Федорович Лукьянов | Способ получения неразъёмного соединения деталей из разнородных материалов, одна из которых выполнена из пластичного металла |
RU2683678C2 (ru) * | 2015-02-20 | 2019-04-01 | Сименс Акциенгезелльшафт | Литая деталь, имеющая металлическую функциональную область |
RU2810473C1 (ru) * | 2023-07-13 | 2023-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Способ изготовления нахлесточных соединений из разнородных материалов |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126738C1 (ru) * | 1994-03-28 | 1999-02-27 | Дзе Велдинг Институт | Способ сварки трением с перемешиванием и нерасходуемый щуп для его осуществления |
JP2004066336A (ja) * | 2002-08-09 | 2004-03-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摩擦圧接方法および継手 |
RU2247639C1 (ru) * | 2003-05-27 | 2005-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" | Способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов |
RU2315697C2 (ru) * | 2005-02-15 | 2008-01-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Биметалл повышенной прочности и способ его изготовления |
RU2330749C2 (ru) * | 2006-09-29 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ фрикционной сварки с перемешиванием материала и инструмент для сварки |
RU125216U1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Многофункционального Каркасного Строительства" | Сборный железобетонный каркас здания, сооружения с жесткими монолитными стыками "мкс-xxi век", выполненный по технологии непрерывного формования |
-
2010
- 2010-08-23 RU RU2010135322/02A patent/RU2443526C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126738C1 (ru) * | 1994-03-28 | 1999-02-27 | Дзе Велдинг Институт | Способ сварки трением с перемешиванием и нерасходуемый щуп для его осуществления |
JP2004066336A (ja) * | 2002-08-09 | 2004-03-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摩擦圧接方法および継手 |
RU2247639C1 (ru) * | 2003-05-27 | 2005-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" | Способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов |
RU2315697C2 (ru) * | 2005-02-15 | 2008-01-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Биметалл повышенной прочности и способ его изготовления |
RU2330749C2 (ru) * | 2006-09-29 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ фрикционной сварки с перемешиванием материала и инструмент для сварки |
RU125216U1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Многофункционального Каркасного Строительства" | Сборный железобетонный каркас здания, сооружения с жесткими монолитными стыками "мкс-xxi век", выполненный по технологии непрерывного формования |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Электронный ресурс] / Staines D.G., Thomas W.M., Kallee S.W. and Oakley P.J. - United Kingdom:TWI Ltd, 2006. Найдено в Интернет: http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct 2006. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2683678C2 (ru) * | 2015-02-20 | 2019-04-01 | Сименс Акциенгезелльшафт | Литая деталь, имеющая металлическую функциональную область |
RU2642239C1 (ru) * | 2016-12-16 | 2018-01-24 | Виталий Федорович Лукьянов | Способ получения неразъёмного соединения деталей из разнородных материалов, одна из которых выполнена из пластичного металла |
RU2810473C1 (ru) * | 2023-07-13 | 2023-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Способ изготовления нахлесточных соединений из разнородных материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103521912A (zh) | 一种用于搭接接头的搅拌摩擦焊工具 | |
Ramulu et al. | Internal defect and process parameter analysis during friction stir welding of Al 6061 sheets | |
CN101535661B (zh) | 固定在结构材料中的构件和固定方法 | |
RU2470196C2 (ru) | Сборочный узел из нескольких плит, наложенных друг на друга, выполненный сваркой трением | |
Choi et al. | Effect of pin shapes on joint characteristics of friction stir spot welded AA5J32 sheet | |
CN204621349U (zh) | 一种浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接工具 | |
CN103447685B (zh) | 一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法 | |
CN105855693A (zh) | 组合型触发式搅拌摩擦塞钎焊补焊方法及其焊具 | |
CN101856771A (zh) | 不同金属的摩擦搅拌焊接 | |
JP2008073770A (ja) | 平坦なアルミニウム構成要素への回転対称の鋼製締付要素の接続 | |
Malafaia et al. | Fatigue behavior of friction stir spot welding and riveted joints in an Al alloy | |
Yan et al. | Effects of friction stir spot welding parameters on morphology and mechanical property of modified cast nylon 6 joints produced by double-pin tool | |
CN103894723A (zh) | 一种能增大铝钢搭接结合面积的搅拌摩擦焊具及焊接方法 | |
RU2443526C1 (ru) | Способ получения соединения разнородных материалов | |
Czigány et al. | Friction stir welding of fiber reinforced polymer composites | |
RU2446927C1 (ru) | Способ получения соединения разнородных материалов | |
Kumar et al. | Performance analysis of varying tool pin profile on friction stir welded 2050-T84Al-Cu-Li alloy plates | |
Trimble et al. | Friction Stir Welding of AA2024-T3 plate–the influence of different pin types | |
US11273517B2 (en) | Rotary friction welding | |
Abdulkadhum et al. | Mechanical behavior of friction stir welded high-density polyethylene sheets | |
CN107442964B (zh) | 一种预测铝合金搅拌摩擦焊接中未焊透与弱连接缺陷的方法 | |
Yan et al. | Friction plug welding acrylonitrile butadiene styrene sheets: the investigation of welding process, joint morphology and mechanical property | |
JP4264435B2 (ja) | デッキプレート接合用ドリルねじ | |
CN106964741B (zh) | 一种铝合金板与碳纤维复合材料板之间的拉铆铆接方法 | |
JP6213956B2 (ja) | 接合方法及び接合装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160824 |