RU2555890C9

RU2555890C9 - Actuating element of lock device and method of its manufacturing out of alloy with shape memory effect

Info

Publication number: RU2555890C9
Application number: RU2014107043/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Синельников; Александр Васильевич Логачев; Игорь Георгиевич Оленин; Валентина Григорьевна Кобелева; Николай Геннадьевич Александров; Алла Игоревна Логачёва
Original assignee: Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит")
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-11-10
Also published as: RU2555890C1

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: actuating element of lock device with shockless detachment of the structure, having shape of hollow body of rotation, and manufactured out of the material with shape memory effect, it is made in form of a bushing with slits and through holes. The bushing internal cavity is divided by the insert to two parts. Left end of the bushing has heater chamber with male thread, at right end a split nut is installed. Method of manufacturing of the actuating element means reception of the initial blank in form of cylindrical bar out of alloy with shape memory effect, at that the blank is made out of the alloy granules with shale memory effect by method of granular metallurgy using hot isostatic pressing, and further radial-shear deformation.

EFFECT: increased reliability of lock device operation.

14 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к ракетно-космической технике, и может быть использовано в системах разделения для соединения двух или нескольких изделий (объектов) с последующим их отделением.The invention relates to mechanical engineering, namely to space rocket technology, and can be used in separation systems for connecting two or more products (objects) with their subsequent separation.

Для целей сборки и разделения ступеней ракетоносителей, разгонных блоков космических аппаратов и др. систем применяются механические замковые системы и узлы на основе детонирующих пирозарядов.For the purposes of the assembly and separation of stages of rocket launchers, upper stages of spacecraft, and other systems, mechanical locking systems and units based on detonating pyro charges are used.

Известны замковые устройства разделения и способы их изготовления по патентам США №3352189, 1967 г. и №4002120, 1977 г. В основу замковых устройств положены конструкции с использованием стяжных болтов разнообразного конструкционного исполнения. Разъединение болтовых соединений и их перемещение вдоль продольной оси разъединяемых объектов происходит мгновенно под воздействием пороховых газов при срабатывании пиропатронов.Known locking separation devices and methods for their manufacture according to US patents No. 3352189, 1967 and No. 4002120, 1977. The basis of the locking devices based on the design using the coupling bolts of various structural designs. The separation of bolted joints and their movement along the longitudinal axis of separable objects occurs instantly under the influence of powder gases during the operation of the squibs.

Вышеописанные устройства и способы их изготовления имеют существенные недостатки. Недостатком этих устройств является наличие повышенных динамических и вибрационных нагрузок на элементы конструкции разъединяемых объектов от подрыва пиропатронов, что может вызывать сбой в работе оборудования.The above devices and methods for their manufacture have significant disadvantages. The disadvantage of these devices is the presence of increased dynamic and vibrational loads on the structural elements of separable objects from undermining the squibs, which can cause equipment malfunction.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство разделения по патенту РФ №2084811, кл. F42B 15/10, F42B 15/36, 1993 г. Данное устройство содержит в качестве исполнительного элемента привод с рабочей камерой. Привод выполнен в виде тонкостенного стакана из материала с эффектом памяти формы и предназначен для мягкого разъединения болтового соединения и последующего извлечения стяжного болта предварительно сжатой пружиной, тем самым обеспечивая разделение объектов. Разъединение болтового соединения происходит за счет нагрева термоэлементом в течение 0,5-0,6 с стенки привода до температуры 80-90°C, при которой происходит мартенситное превращение структуры материала привода, и он, восстанавливая свою первоначальную форму до деформации при растяжении, сокращается на заданную величину и выходит из контакта с поверхностью вкладышей, освобождая их, которые, в свою очередь, освобождают из зацепления головку стяжного болта, и болт под воздействием пружины и усилий от стяжки выталкивается из замкового устройства. Соединяемые детали, не скрепляемые стяжным болтом, расходятся. В этом случае происходит безударное разделение объектов. Недостатком известного устройства (привода) и способа его изготовления является его конструктивная сложность, повышенная металлоемкость, вызванные тем, что привод представляет собой глубокий стакан с двумя опорными фланцами, что увеличивает массу и габариты привода.The closest in technical essence to the invention is a separation device according to the patent of the Russian Federation No. 2084811, class. F42B 15/10, F42B 15/36, 1993. This device contains an actuator with a working chamber as an actuator. The drive is made in the form of a thin-walled cup made of a material with a shape memory effect and is designed for soft separation of the bolt connection and subsequent extraction of the coupling bolt by a pre-compressed spring, thereby ensuring the separation of objects. The separation of the bolted connection occurs due to heating with a thermocouple for 0.5-0.6 from the drive wall to a temperature of 80-90 ° C, at which the martensitic transformation of the structure of the drive material occurs, and it, restoring its original shape to tensile deformation, is reduced by a predetermined amount and out of contact with the surface of the liners, releasing them, which, in turn, release the head of the coupling bolt from engagement, and the bolt is pushed out of the locking device under the influence of a spring and forces from the coupling wa. The parts to be joined that are not fastened with a coupling bolt diverge. In this case, shockless separation of objects occurs. A disadvantage of the known device (drive) and the method of its manufacture is its structural complexity, increased metal consumption, caused by the fact that the drive is a deep glass with two supporting flanges, which increases the mass and dimensions of the drive.

Известен способ изготовления заготовок из никелида титана в виде прутков из литых слитков методом прессования, используемых при изготовлении замковых устройств. Недостатком этого способа является неоднородность химического состава сплава при плавке и его неравномерность в объеме литой заготовки. Имеющаяся неоднородность слитков сохраняется и в прессованных прутках, которая значительно влияет на температурный интервал мартенситных превращений в сплавах на основе никелида титана. Изменение содержания никеля на 0,1 ат.% влечет изменение точки начала прямого мартенситного превращения на 10…20°C. Технология прессования также приводит к разбросу механических свойств по длине отпрессованного прутка. Таким образом, характеристические точки начала и окончания прямого и обратного мартенситного превращения по длине прессованного прутка могут существенно отличаться, что недопустимо при изготовлении деталей с регламентированными температурами мартенситных превращений (ж. Технология легких сплавов № 4, 1990 г.).A known method of manufacturing blanks of titanium nickelide in the form of rods of cast ingots by pressing method used in the manufacture of locking devices. The disadvantage of this method is the heterogeneity of the chemical composition of the alloy during melting and its unevenness in the volume of the cast billet. The existing heterogeneity of the ingots is also preserved in pressed rods, which significantly affects the temperature range of martensitic transformations in titanium nickelide-based alloys. A change in the nickel content by 0.1 at.% Entails a change in the point of onset of direct martensitic transformation by 10 ... 20 ° C. Pressing technology also leads to a spread of mechanical properties along the length of the pressed rod. Thus, the characteristic points of the beginning and end of the direct and reverse martensitic transformations along the length of the pressed rod can differ significantly, which is unacceptable in the manufacture of parts with regulated temperatures of martensitic transformations (J. Light alloy technology No. 4, 1990).

Изобретение направлено на упрощение конструкции исполнительного элемента и снижение массогабаритных характеристик устройства.The invention is aimed at simplifying the design of the actuating element and reducing the overall dimensions of the device.

Технический результат - повышение надежности срабатывания замкового устройства.EFFECT: increased reliability of operation of a locking device.

Указанный технический результат достигается тем, что исполнительный элемент замкового устройства с безударным разъединением конструкции, имеющий форму полого тела вращения и изготовленный из материала с эффектом памяти формы, выполнен в виде втулки с прорезями и сквозными отверстиями, внутренняя полость которой разделена на две части вкладышем, с левого торца которой образована камера с нагревателем с наружной резьбой: с правого торца установлена разрезная гайка. При этом разрезная гайка удерживается фиксаторами, вкладыш имеет форму цилиндрической вставки в виде шайбы или стакана, в качестве нагревателя используется химический источник тепла, при этом с наружной стороны от верхнего торца разрезной гайки до начала камеры нагревателя нанесен теплоизоляционный материал. Исполнительный элемент выполнен с четырьмя прорезями на всю глубину, расположенными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси втулки, а ширина прорезей определена из условия их равномерного смыкания при обжатии втулки в цилиндр на установочный размер; внутренняя поверхность лепестков имеет соответствующий радиус кривизны, который при смыкании прорезей образует цилиндрическую поверхность, при этом количество прорезей должно быть не менее трех. Исполнительный элемент выполнен со сквозными отверстиями, расположенными перпендикулярно оси втулки и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси втулки и развернутых вокруг оси втулки на угол 45° относительно взаимно перпендикулярных плоскостей, по которым выполнены глубокие прорези, причем втулка выполнена в форме многогранника. Теплоизоляционным материалом служит материал на основе кремнеземных волокон, а вкладыш выполнен из материала с высокой теплопроводностью.The specified technical result is achieved by the fact that the actuating element of the locking device with shockless separation of the structure, having the shape of a hollow body of revolution and made of material with a shape memory effect, is made in the form of a sleeve with slots and through holes, the inner cavity of which is divided into two parts by an insert, with the left end of which is formed by a chamber with a heater with an external thread: a split nut is installed from the right end. In this case, the split nut is held by the clamps, the liner has the shape of a cylindrical insert in the form of a washer or a cup, a chemical heat source is used as a heater, and heat-insulating material is applied from the upper end of the split nut to the beginning of the heater chamber. The actuating element is made with four slots to the entire depth located in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve, and the width of the slots is determined from the condition of their uniform closure when the sleeve is pressed into the cylinder to the installation size; the inner surface of the petals has a corresponding radius of curvature, which when closing the slots forms a cylindrical surface, while the number of slots should be at least three. The actuating element is made with through holes located perpendicular to the axis of the sleeve and in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve and rotated around the axis of the sleeve at an angle of 45 ° relative to mutually perpendicular planes along which deep cuts are made, and the sleeve is made in the form of a polyhedron. A material based on silica fibers serves as a thermal insulation material, and the liner is made of a material with high thermal conductivity.

Способ изготовления исполнительного элемента, заключающийся в получении исходной заготовки в виде цилиндрического прутка из сплава с эффектом памяти формы, при этом заготовка выполнена из гранул сплава с эффектом памяти формы методом гранульной металлургии с использованием горячего изостатического прессования и последующей радиально-сдвиговой деформации. Причем используются гранулы фракционного состава от 40 до 250 мкм, а радиально-сдвиговая деформация осуществляется в трехвалковом стане винтовой прокатки в три перехода с суммарной вытяжкой не менее 2,1.A method of manufacturing an actuating element, which consists in obtaining an initial billet in the form of a cylindrical rod from an alloy with a shape memory effect, the billet being made of granules of an alloy with a shape memory effect by granular metallurgy using hot isostatic pressing and subsequent radial-shear deformation. Moreover, granules of fractional composition from 40 to 250 microns are used, and radial-shear deformation is carried out in a three-roll helical rolling mill in three transitions with a total hood of at least 2.1.

На фиг.1-6 представлены элементы замкового устройства с исполнительным элементом, где:Figure 1-6 presents the elements of the locking device with an actuating element, where:

1 - втулка,1 - sleeve

2 - прорези,2 - slots

3 - сквозные отверстия,3 - through holes,

4 - вкладыш,4 - liner

5 - теплозащитный материал,5 - heat-protective material,

6 - разрезная гайка,6 - split nut,

7 - соединяемая конструкция,7 - connected design,

8 - основная конструкция,8 - the main structure,

9 - фиксаторы,9 - clips

10 - крышка,10 - cover

11 - стяжной болт.11 - a coupling bolt.

На фиг.1 и фиг.2 представлен исполнительный элемент замкового устройства безударного разъединения конструкции. Устройство представляет собой втулку 1 из материала, обладающего эффектом памяти формы (далее по тексту - ЭПФ) с выполненными в ней продольными прорезями 2 и сквозными отверстиями 3. Предварительно деформированная втулка 1 из материала с ЭПФ при нагреве до определенной температуры в составе замкового устройства «вспоминает» и восстанавливает свою первоначальную (заданную) форму. На этом основана работа замкового устройства. С левого торца втулки 1 (камера нагревателя) выполнена наружная резьба. Она необходима для установки крышки 10 (фиг.4; 5; 6), замыкающей камеру нагревателя. С правого торца втулки 1, где реализована возможность изменения размеров втулки 1 с использованием материала с эффектом памяти формы (ЭПФ), выполнены параллельно ее продольной оси четыре глубокие прорези 2, которые расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и пересекающихся по оси втулки 1. С правого торца втулки 1 также выполнены перпендикулярно оси втулки 1 четыре сквозных отверстия 3. Отверстия 3 расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси втулки 1 и развернутых вокруг оси втулки 1 на угол 45° относительно взаимно перпендикулярных плоскостей, по которым выполнены глубокие прорези 2. Глубокие прорези 2 необходимы для формирования ровной замкнутой поверхности втулки 1 без зазоров со стороны правого торца в процессе ее обжатия после раздачи на первоначальный (заданный) размер, что обеспечивает надежный охват и фиксацию во втулке 1 разрезной гайки 6 по всей сопрягаемой поверхности и максимально возможное восстановление первоначальной цилиндрической формы втулки 1 при размыкании замкового соединения.Figure 1 and figure 2 presents the actuator of the locking device shockless separation of the structure. The device is a sleeve 1 made of a material with a shape memory effect (hereinafter referred to as an “EPF”) with longitudinal slots 2 and through holes 3 made therein. A previously deformed sleeve 1 made of a material with an EPF when heated to a certain temperature as part of a locking device “recalls »And restores its original (predetermined) form. The operation of the locking device is based on this. An external thread is made from the left end of the sleeve 1 (heater chamber). It is necessary to install the cover 10 (figure 4; 5; 6), closing the heater chamber. From the right end of sleeve 1, where it is possible to resize sleeve 1 using material with a shape memory effect (EPF), four deep slots 2 are made parallel to its longitudinal axis, which are located in two mutually perpendicular planes and intersecting along the axis of sleeve 1. From the right the end face of the sleeve 1 is also made perpendicular to the axis of the sleeve 1 four through holes 3. The holes 3 are located in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve 1 and deployed around the axis of the sleeve 1 at an angle of 45 ° about relative to mutually perpendicular planes along which deep slots are made 2. Deep slots 2 are necessary for forming a smooth closed surface of the sleeve 1 without gaps from the right end in the process of compression after distribution to the original (predetermined) size, which provides reliable coverage and fixation in the sleeve 1 of a split nut 6 over the entire mating surface and the maximum possible restoration of the original cylindrical shape of the sleeve 1 when the lock connection is opened.

На фиг.3 представлен продольный разрез втулки 1 после ее обжатия. Во внутреннюю полость втулки 1 со стороны правого торца вставлен вкладыш 4 в виде укороченного стакана с толстым дном из материала с высокими теплопроводными свойствами с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру втулки 1. Вкладыш 4 разделяет внутреннюю полость втулки 1 на две полости: левую, камеру нагревателя, и правую. Высокие теплопроводные свойства вкладыша 4 должны обеспечить высокую скорость передачи тепла от нагревателя к деформированной части втулки 1 с эффектом памяти формы, которая «вспомнит» свою первоначальную цилиндрическую форму, а это, в свою очередь, должно обеспечить срабатывание замкового устройства. При этом левая полость (камера нагревателя) предназначена для размещения в ней химического источника тепла (ХИТ). Правая полость собственно и предназначена для фиксации и крепления разрезной гайки 6 и стяжки стяжным болтом 11 присоединяемой конструкции 7, подлежащей дальнейшему разъединению замковым устройством. Четыре сквозных отверстия 3 обеспечивают надежный и неподвижный контакт посредством фиксаторов 9 при соединении сегментов разрезной гайки 6 с втулкой 1.Figure 3 presents a longitudinal section of the sleeve 1 after its compression. An insert 4 is inserted into the inner cavity of the sleeve 1 from the right end face in the form of a shortened cup with a thick bottom made of a material with high heat-conducting properties with an outer diameter equal to the inner diameter of the sleeve 1. The insert 4 divides the inner cavity of the sleeve 1 into two cavities: left, heater chamber , and right. The high heat-conducting properties of the insert 4 should provide a high rate of heat transfer from the heater to the deformed part of the sleeve 1 with a shape memory effect that “remembers” its original cylindrical shape, and this, in turn, should ensure the operation of the locking device. In this case, the left cavity (heater chamber) is designed to accommodate a chemical heat source (CHIT) in it. The right cavity is actually intended for fixing and fastening the split nut 6 and the coupler with the coupling bolt 11 of the attached structure 7, which is subject to further separation by the locking device. Four through holes 3 provide reliable and fixed contact by means of clamps 9 when connecting segments of the split nut 6 with the sleeve 1.

На часть внешней поверхности исполнительного элемента в зоне установки вкладыша 4 нанесен теплозащитный материал 5 для формирования требуемого градиента теплового потока внутри втулки 1 от химического источника тепла, а также для исключения несанкционированного теплового облучения элементов конструкции и несанкционированного срабатывания замкового устройства.A heat-protective material 5 is applied to a part of the outer surface of the actuating element in the installation zone of the insert 4 to form the required gradient of the heat flux inside the sleeve 1 from the chemical heat source, as well as to exclude unauthorized thermal radiation of structural elements and unauthorized operation of the locking device.

На фиг.4 показана втулка 1 исполнительного механизма замкового устройства в сборе с соединяемыми конструкциями (узлами) 7 и 8.Figure 4 shows the sleeve 1 of the actuator of the locking device assembly with connected structures (nodes) 7 and 8.

В левой полости втулки 1 (камера нагревателя) размещен химический источник тепла. В правой полости показана зафиксированная во втулке 1 четырьмя фиксаторами 9 разрезная гайка 6 соединяемой конструкции 7, которая в дальнейшем должна быть разъединена от основной конструкции 8 с помощью предлагаемого исполнительного элемента замкового устройства. Фиксаторы установлены в четырех резьбовых отверстиях, выполненных в коронке разрезной гайки 6 и ввернутых до упора в отверстия 3 во втулке 1. Разрезная гайка 6 и ввернутый в нее стяжной болт 11 образуют неподвижное соединение разъединяемых конструкций 7 и 8 и служат для передачи нагрузок при эксплуатации замкового устройства. Свободная наружная поверхность втулки 1 покрыта теплозащитным материалом 5 для формирования требуемого градиента теплового потока внутри втулки 1 от химического источника тепла, а также во избежание ее несанкционированного теплового облучения и несанкционированного срабатывания замкового устройства.In the left cavity of the sleeve 1 (heater chamber) is a chemical heat source. In the right cavity, a split nut 6 of a connected structure 7 fixed in the sleeve 1 by four clamps 9 is shown, which should be further disconnected from the main structure 8 using the proposed actuating element of the locking device. The latches are installed in four threaded holes made in the crown of the split nut 6 and screwed fully into the holes 3 in the sleeve 1. The split nut 6 and the coupling bolt 11 screwed into it form a fixed connection of the disconnected structures 7 and 8 and serve to transfer loads during operation of the lock devices. The free outer surface of the sleeve 1 is covered with heat-shielding material 5 to form the required gradient of heat flow inside the sleeve 1 from the chemical heat source, as well as to prevent its unauthorized heat exposure and unauthorized operation of the lock device.

Исполнительный элемент в составе замкового устройства работает следующим образом. На фиг.5 осевой стрелкой показан момент срабатывания замкового устройства с предлагаемой втулкой 1, т.е. безударного, плавного разъединения конструкций 7 и 8. После инициации химического источника тепла, размещенного в левой внутренней полости втулки 1, происходит быстрый разогрев втулки 1 из материала с ЭПФ. Тепло от химического источника тепла без существенных потерь проходит через вкладыш 4 вплоть до правого торца втулки 1 и, достигнув оптимальной температуры - температуры срабатывания эффекта памяти формы материала втулки 1, заставляет «вспоминать» втулку 1 первоначально заложенную цилиндрическую форму, при которой должно произойти раздвижение сегментов разрезной гайки 6 и освобождение резьбы стяжного болта 11, обеспечивая разделение соединяемых конструкций 7 и 8. Этот момент показан двумя вертикальными стрелками, направленными от оси втулки 1. Четыре глубокие прорези 2, заранее выполненные на втулке 1, при «вспоминании» втулкой 1 своей первоначальной (заданной) цилиндрической формы, позволяют ей с правого торца увеличиваться в диаметре (т.е. изменяться в размерах в плоскости, перпендикулярной оси втулки), разойдясь от оси втулки 1 четырьмя лепестками до размеров памяти формы. При этом теплозащитный материал 5 не должен препятствовать увеличению диаметра втулки 1 (изменению ее размеров) при инициации ЭПФ.The Executive element in the composition of the locking device operates as follows. 5, the axial arrow shows the moment of operation of the locking device with the proposed sleeve 1, i.e. shock-free, smooth separation of structures 7 and 8. After the initiation of a chemical heat source located in the left inner cavity of the sleeve 1, the sleeve 1 of the material with EPF is quickly heated. Heat from a chemical heat source without significant losses passes through the liner 4 up to the right end of the sleeve 1 and, having reached the optimum temperature - the temperature of the memory effect of the shape of the material of the sleeve 1, makes "remember" the sleeve 1 originally laid cylindrical shape at which the segments should be extended the split nut 6 and the release of the thread of the coupling bolt 11, providing separation of the connected structures 7 and 8. This moment is shown by two vertical arrows directed from the axis of the bushing 1. Four deep slots 2, pre-made on the sleeve 1, when "remembering" the sleeve 1 of its original (predetermined) cylindrical shape, allow it to increase in diameter from the right end (ie, change in size in a plane perpendicular to the axis of the sleeve ), diverging from the axis of the sleeve 1 by four petals to the size of the shape memory. In this case, the heat-shielding material 5 should not impede the increase in the diameter of the sleeve 1 (change in its dimensions) during the initiation of the electron-hole transfer.

Предлагаемую втулку 1 (замковое устройство абсолютно той же конструкции), но без фиксаторов 9 (фиг.6), можно выполнить, если со стороны правого торца организовать внутреннюю резьбу, для чего внутреннюю поверхность лепестков втулки 1 разделать радиусом, который при обжатии их принимал правильную цилиндрическую поверхность с последующим вворачиванием стяжного болта 11. Таким образом, фиксация и крепление разделяемых частей осуществляется также резьбовым соединением, но без промежуточной разрезной гайки и фиксаторов. И в этом случае это техническое решение позволит беспрепятственно разъединить соединенные предлагаемым замковым устройством конструкции.The proposed sleeve 1 (locking device of exactly the same design), but without the clamps 9 (Fig.6), can be performed if the internal thread is arranged on the right side, for which the inner surface of the petals of the sleeve 1 must be cut with a radius that, when crimped, took the correct a cylindrical surface with the subsequent tightening of the coupling bolt 11. Thus, the fixing and fastening of the parts to be separated is also carried out by a threaded connection, but without an intermediate split nut and clamps. And in this case, this technical solution will allow seamless separation of the structures connected by the proposed locking device.

Способ получения исходной заготовки для изготовления исполнительного элемента (втулки) замкового устройства из сплава на основе никелида титана основан на технологиях металлургии гранул, горячего изостатического прессования и винтовой прокатки. Предлагаемый способ включает плавку и распыление слитка в сферические гранулы, компактирование гранул в монолитную заготовку, винтовую прокатку компактной заготовки в прутки.The method of obtaining the initial billet for the manufacture of the actuating element (sleeve) of the locking device from an alloy based on titanium nickelide is based on technologies for granule metallurgy, hot isostatic pressing and screw rolling. The proposed method includes melting and spraying the ingot into spherical granules, compacting the granules into a monolithic billet, screw rolling a compact billet into bars.

Пример 1 изготовления исполнительного элемента замкового устройства безударного разъединения конструкции.Example 1 of the manufacture of the actuating element of the locking device shockless separation of the structure.

Втулка 1 изготовлена из прутка гранулированного сплава марки ТН-1 диаметром 31 мм механической обработкой (фиг.1, 2) и имеет следующие размеры: с правого торца наружный диаметр втулки 30 мм, толщина стенки 2 мм на глубине 30 мм; с левого торца наружный диаметр втулки 27 мм, толщина стенки 3,2 мм на глубине 20 мм. С левого торца по наружному диаметру втулки 1 выполняли метрическую резьбу М27×1,5 на длине 12 мм. С правого торца выполнены четыре сквозные отверстия 3 диаметром 4 мм. Оси этих четырех отверстий 3 перпендикулярны оси втулки 1, пересекаются в одной точке, находящейся на оси втулки 1 на расстоянии 6 мм от правого торца цилиндра. Оси этих отверстий 3 находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси втулки 1.The sleeve 1 is made of a bar of granular alloy brand TN-1 with a diameter of 31 mm by machining (Fig. 1, 2) and has the following dimensions: from the right end, the outer diameter of the sleeve is 30 mm, the wall thickness is 2 mm at a depth of 30 mm; from the left end, the outer diameter of the sleeve is 27 mm, the wall thickness is 3.2 mm at a depth of 20 mm. A metric thread M27 × 1.5 over a length of 12 mm was made from the left end face along the outer diameter of the sleeve 1. Four through holes 3 with a diameter of 4 mm are made from the right end. The axes of these four holes 3 are perpendicular to the axis of the sleeve 1, intersect at one point located on the axis of the sleeve 1 at a distance of 6 mm from the right end of the cylinder. The axis of these holes 3 are in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve 1.

С правого торца втулки 1 выполнены четыре глубокие прорези 2 шириной 3,5 мм и длиной 27 мм, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси втулки 1, и развернутых вокруг оси втулки 1 на угол 45° относительно взаимно перпендикулярных плоскостей, по которым выполнены отверстия 3.Four deep slots 2 with a width of 3.5 mm and a length of 27 mm are made from the right end of the sleeve 1, located in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve 1 and deployed around the axis of the sleeve 1 at an angle of 45 ° relative to mutually perpendicular planes along which holes 3 are made.

Со стороны правого торца проводили раздачу втулки 1 при комнатной температуре запрессовкой в нее оправки на заданный (первоначальный) размер (⌀ 32 мм). Затем втулку 1 с запрессованной оправкой отжигали в вакууме при температуре 500°C с выдержкой 1 ч для «запоминания» заданного размера втулки 1. После вакуумного отжига оправку извлекали, втулку 1 охлаждали до минусовых температур и проводили обжатие втулки 1 матрицей на ручном гидравлическом прессе при температуре не выше минус 5°C на установочный размер (наружный диаметр 26 мм). После этого нагревали втулку 1 на температуру на 50-70°C выше температуры конца обратного мартенситного превращения для восстановления заданного (первоначального) размера втулки 1 (⌀ 32 мм). Данный цикл операций проводился дважды. На третьем цикле для восстановления заданного размера втулки 1 нагрев не проводили. После этого с правого торца во внутреннюю полость втулки 1 вставлен по плотной посадке вкладыш 4 (фиг.3) из меди марки М3 наружным диаметром, равным внутреннему диаметру втулки 1 после обжатия.From the side of the right end, the sleeve 1 was distributed at room temperature by pressing the mandrel into it for a predetermined (initial) size (⌀ 32 mm). Then, sleeve 1 with a pressed mandrel was annealed in vacuum at a temperature of 500 ° C for 1 h to “memorize” the given size of sleeve 1. After vacuum annealing, the mandrel was removed, sleeve 1 was cooled to subzero temperatures, and sleeve 1 was crimped using a manual hydraulic press at temperature not higher than minus 5 ° C per installation size (outer diameter 26 mm). After that, the sleeve 1 was heated to a temperature of 50-70 ° C above the temperature of the end of the reverse martensitic transformation to restore the specified (initial) size of the sleeve 1 (⌀ 32 mm). This cycle of operations was carried out twice. In the third cycle, to restore the specified size of the sleeve 1, heating was not performed. After that, from the right end into the inner cavity of the sleeve 1 is inserted in a tight fit insert 4 (figure 3) of copper grade M3 with an outer diameter equal to the inner diameter of the sleeve 1 after crimping.

В левую полость втулки 1 (камера нагревателя) запрессовывали вручную смесь экзотермического состава марки ТБ-2АЗФ на основе титана с бором и с добавлением 10% порошка никеля с сопутствующими компонентами и закрывали винтовой крышкой 10 (фиг.4) с вклеенным электровоспламенителем МБ-2Н. Навеска смеси составляла 8 г, что обеспечивает нагрев втулки 1 до 285°C. Экзотермическая смесь представляет собой химический источник тепла (ХИТ).A mixture of an exothermic composition of TB-2AZF grade based on titanium with boron and with the addition of 10% nickel powder with associated components was manually pressed into the left cavity of sleeve 1 (heater chamber) and closed with a screw cap 10 (Fig. 4) with an MB-2N electrically igniter glued. A portion of the mixture was 8 g, which ensures the heating of the sleeve 1 to 285 ° C. An exothermic mixture is a chemical heat source (CIT).

В правую полость втулки 1 устанавливают и закрепляют (фиксируют) при помощи четырех фиксаторов 9 диаметром 6 мм, высотой 6 мм, выполненных из нержавеющей стали, разрезную гайку 6, которая в дальнейшем подлежит разъединению с помощью предложенного исполнительного элемента (втулки 1) замкового устройства. В разрезную гайку вкручивают стяжной болт 11, соединяющий элементы разъединяемых элементов конструкций 7 и 8.In the right cavity of the sleeve 1 is installed and fixed (fixed) using four clamps 9 with a diameter of 6 mm, a height of 6 mm, made of stainless steel, a split nut 6, which is subsequently to be disconnected using the proposed actuator (sleeve 1) of the locking device. A tie bolt 11 is screwed into the split nut, connecting the elements of the separable structural elements 7 and 8.

На свободную наружную поверхность втулки 1 нанесен теплозащитный материал 5 марки «SUPERSIL-M2» (ТУ 5952-156-176-44763-09), фиксируемый высокотемпературным клеем КМ-41М (ОСТ 92-0948-74).Heat-resistant material 5 of the SUPERSIL-M2 brand (TU 5952-156-176-44763-09), fixed with KM-41M high-temperature adhesive (OST 92-0948-74), is applied to the free outer surface of sleeve 1.

При инициации ХИТ путем подачи импульса тока силой 1 А на электровоспламенитель втулка 1 замкового устройства восстанавливает («вспоминает») свою первоначально заданную форму в виде раскрытого четырехлепесткового цилиндра и в этот момент происходит безударное разъединение соединяемых конструкций (узлов) 7 и 8.When a HIT is initiated by applying a current pulse of 1 A power to an electric igniter, the sleeve 1 of the locking device restores (“remembers”) its originally given shape in the form of an open four-leaf cylinder and at this moment shockless separation of the connected structures (nodes) 7 and 8 occurs.

Пример 2 способа получения исходной гранульной заготовки для изготовления исполнительного элемента замкового устройства из сплава ТН-1.Example 2 of the method of obtaining the initial granular billet for the manufacture of the actuating element of the locking device of the alloy TN-1.

Выполняли плазменную плавку и распыление литого обточенного слитка диаметром 55 мм, длиной 650 мм в гранулы на установке центробежного распыления, затем проводили рассев гранул на рабочую фракцию от 40 до 250 мкм, ее очистку от металлических и неметаллических включений. Засыпали гранулы в стальную капсулу с одновременным их виброуплотнением, дегазацией и вакуумированием и заваркой электронным лучом горловины капсулы в вакуумной установке. Компактирование гранул в капсуле в монолитную заготовку проводили в газостате по оптимальному режиму. Затем стачивали оболочку капсулы с компактной заготовки на токарно-винторезном станке в размер ⌀45 мм. Винтовую прокатку компактной заготовки проводили на трехвалковом стане «14-40» в размер ⌀31 мм в три перехода с суммарной вытяжкой не ниже 2,1 при температуре деформации 950°C.Plasma melting and spraying of a cast turned ingot with a diameter of 55 mm and a length of 650 mm into granules were carried out on a centrifugal atomization unit, then the granules were sieved into a working fraction of 40 to 250 μm, and it was cleaned of metal and nonmetallic inclusions. The granules were poured into a steel capsule with simultaneous vibration compaction, degassing and evacuation, and electron beam welding of the capsule neck in a vacuum unit. The compaction of granules in a capsule into a monolithic preform was carried out in a gas bath according to the optimal regime. Then, the capsule shell was ground off from a compact workpiece on a screw-cutting lathe to a size of ⌀45 mm. Screw rolling of a compact billet was carried out on a 14-40 three-roll mill to a size of ⌀31 mm in three transitions with a total hood of at least 2.1 at a deformation temperature of 950 ° C.

Результаты механических испытаний гранулированного сплава ТН-1, полученного предлагаемым способом, при комнатной температуре на образцах из отожженных заготовок (прутков) приведены в табл. 1.The results of mechanical tests of the granular alloy TN-1 obtained by the proposed method at room temperature on samples of annealed billets (rods) are given in table. one.

Таблица 1Table 1 Механические свойства прутков из сплава ТН-1Mechanical properties of bars made of TN-1 alloy Состояние пруткаBar status Предел прочности, σ_В, МПаStrength, σ _V , MPa Предел текучести, σ_0,2, МПаYield Strength, σ _0.2 , MPa Относительное удлинение, δ, %Elongation, δ,% Относительное сужение, ψ, %Relative narrowing, ψ,% Пруток получен методом металлургии гранул и последующей винтовой прокаткой.The bar was obtained by the method of metallurgy of granules and subsequent screw rolling. 790-810790-810 680-700680-700 16.9-17,116.9-17.1 17,2-18,317.2-18.3 Прототип - прессованный пруток (ОСТ 925137-90).The prototype is a pressed rod (OST 925137-90). ≥529≥529 ≥294≥294 ≥8≥8 ≥8≥8

Полученные данные показывают, что прокатанные прутки из гранулированного сплава ТН-1 обладают существенно более высокими прочностными и пластическими свойствами, чем прессованные заготовки сплава ТН-1.The data obtained show that rolled bars of granulated TN-1 alloy have significantly higher strength and plastic properties than pressed blanks of TN-1 alloy.

Результаты испытаний по определению начала и конца обратного мартенситного превращения гранулированного сплава ТН-1 приведены в табл. 2.The test results to determine the beginning and end of the reverse martensitic transformation of the granular alloy TN-1 are given in table. 2.

Таблица 2table 2 Результаты испытания образцов для оценки температур обратного мартенситного превращения гранулированного сплава
ТН-1Test results of samples for evaluating the temperatures of the reverse martensitic transformation of a granular alloy
TH-1 Температура, °CTemperature ° C Состояние пруткаBar status Температура начала обратного мартенситного превращения, A_s, °CThe temperature of the beginning of the reverse martensitic transformation, A _s , ° C Температура окончания обратного мартенситного превращения, A_f, °CThe temperature of the end of the reverse martensitic transformation, A _f , ° C Пруток получен методом металлургии гранул и последующей винтовой прокаткой.The bar was obtained by the method of metallurgy of granules and subsequent screw rolling. 65-9565-95 145-165145-165 Прототип - прессованный пруток (ОСТ 925137-90).The prototype is a pressed rod (OST 925137-90). 62-6862-68 84-8884-88

Температурный интервал начала (A_s) и окончания обратного мартенситного превращения (A_f) прутка из гранулированного сплава ТН-1 по сравнению с прессованным прутком из сплава ТН-1 в два раза больше, что снижает вероятность несанкционированного срабатывания предлагаемого исполнительного элемента (втулки) замкового устройства безударного разъединения конструкции.The temperature range of the beginning (A _s ) and the end of the reverse martensitic transformation (A _f ) of a bar made of granulated TN-1 alloy is twice as large as that of a pressed bar made of TN-1 alloy, which reduces the likelihood of unauthorized operation of the proposed lock actuator (sleeve) devices of shockless separation of the structure.

Оценка функциональных свойств замкового соединения безударного разделения с предлагаемой конструкцией втулки 1 проведена на шести сборках на специальном стенде в виде двух подвижных тележек с установкой на них попарно двух образцов замкового соединения.Assessment of the functional properties of the lock connection of shock-free separation with the proposed design of the sleeve 1 was carried out on six assemblies on a special stand in the form of two movable carts with two samples of the lock connection installed in pairs on them.

По результатам испытаний установлено, что произошло полное разделение замковых соединений. Во всех трех случаях тележки разъехались под действием силы расталкивания, при этом срабатывание замковых соединений происходило одновременно: изменений траекторий движения тележек не было. Время подачи импульса на электровоспламенители до начала движения тележек составило: в первой серии - 0,61 с, во второй серии - 0,55 с, в третьей серии - 0,68 с, что соответствует аналогичным показателям аналога. Полученные данные показывают, что сборка замкового соединения безударного разделения с предлагаемой конструкцией втулки 1 из гранулированного сплава ТН-1 с ЭПФ имеет высокие функциональные свойства, обеспечивающие синхронность срабатывания.According to the test results, it was found that the complete separation of the castle joints. In all three cases, the trolleys parted due to the repulsive force, and the locking joints were triggered simultaneously: there were no changes in the trajectories of the trolleys. The time for applying a pulse to electric igniters before the carts started to move was 0.61 s in the first series, 0.55 s in the second series, and 0.68 s in the third series, which corresponds to the analogous indicators. The data obtained show that the assembly of the locking joint of shock-free separation with the proposed design of the sleeve 1 from a granular alloy TN-1 with EPF has high functional properties that ensure synchronization of operation.

Таким образом, заявленный исполнительный элемент замкового устройства безударного разделения в виде втулки с возможностью изменения ее размеров в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси, показал, что по функциональным характеристикам, таким как синхронность и время срабатывания, он находится на уровне известных аналогов, а по показателям механической прочности и массогабаритным характеристикам превосходит их за счет повышенной прочности материала втулки и ее срабатывания в плоскости, перпендикулярной продольной оси соединения-разъединения конструкций при указанных в формуле изобретения конструктивных особенностях исполнительного элемента замкового устройства с безударным разъединением конструкции и применяемого материала с эффектом памяти формы на основе гранулированного сплава ТН-1.Thus, the claimed actuating element of the locking device of shockless separation in the form of a sleeve with the ability to change its dimensions in a plane perpendicular to its longitudinal axis showed that in terms of functional characteristics, such as synchronism and response time, it is at the level of known analogues, and in terms of mechanical strength and overall dimensions exceeds them due to the increased strength of the sleeve material and its operation in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the connection i-separation of structures with the design features specified in the claims of the actuating element of the locking device with shockless separation of the structure and the material used with the shape memory effect based on the granulated alloy TN-1.

Claims

1. The actuating element of the locking device, having the shape of a hollow body of revolution and made of material with a shape memory effect, characterized in that it is made in the form of a sleeve with slots and through holes, the inner cavity of which is divided into two parts by an insert, from the left end of which a camera is formed with a heater with an external thread, a split nut is installed on the right side.

2. The actuating element according to claim 1, characterized in that the split nut is held by latches.

3. The actuating element according to claim 1, characterized in that the liner has the shape of a cylindrical insert in the form of a washer or glass.

4. The actuating element according to claim 1, characterized in that a chemical heat source is used as a heater, while on the outside from the upper end of the split nut to the beginning of the heater chamber a thermal insulation material is applied.

5. The actuator according to claim 1, characterized in that it is made with four slots to the entire depth, located in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve.

6. The actuating element according to claim 1, characterized in that the width of the slots is determined from the condition of their uniform closure when compressing the sleeve into the cylinder to the installation size; the inner surface of the petals has a corresponding radius of curvature, which when closing the slots forms a cylindrical surface.

7. The actuating element according to claim 1, characterized in that the number of slots must be at least three.

8. The actuator according to claim 1, characterized in that the through holes are made perpendicular to the axis of the sleeve and are located in two mutually perpendicular planes intersecting along the axis of the sleeve and rotated around the axis of the sleeve at an angle of 45 ° relative to mutually perpendicular planes along which deep slots are made .

9. The actuator according to claim 1, characterized in that the sleeve is made in the form of a polyhedron.

10. The actuator according to claim 4, characterized in that the thermal insulation material is a material based on silica fibers.

11. The actuating element according to claim 1, characterized in that the liner is made of a material with high thermal conductivity.

12. A method of manufacturing an actuating element from an alloy with a shape memory effect, which consists in producing a preform in the form of a cylindrical rod, characterized in that the preform is made of granules of an alloy with a shape memory effect by granular metallurgy using hot isostatic pressing and subsequent radial-shear deformation.

13. The method according to p. 12, characterized in that granules of fractional composition from 40 to 250 μm are used from an alloy based on titanium nickelide.

14. The method according to p. 12, characterized in that the radial-shear deformation is carried out in a three-roll mill of helical rolling in three transitions with a total hood of at least 2.1.