Способ изготовления многослойных трубчатых изделий

(51)5 В 23 К 20/02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛ ЬСТВУ ОПИСАН К АВТОРСКОМУ сг(21) 4891756/27 новку загОтовки из кбмпозиционного маге(22) 16.11,90.. риала внутрь трубчатой металлической заго(46) 23,04,93. Бюл. И. 15, товки, предварительно йатретой до(71) Челябинский политехнический институт температуры Т=ТР+2030 С, где Тр - максиим. Ленинского комсомола и Павловскиймальная рабочая температура, и последуюмашиностроительный завод "Восход" щее совместное охлаждение металлической(72) А,В. Амбарников, В,Б, Василегин, С,Б. и углепластиковой частей. УглепластиковаяСапожников, Ю.А. Староверов и Л,Б. Шнай-: .: заготовка выполнена с наружным диаметром,дер .: . выбранным иэ условия дчЦ 1+(а - аФО-ТЩ(56) Справочнйк по композиционным мате де 4, - внутренний диаметр мвталличеСкойриалам, Под ред, Дж, Дюбина, - М.: Маши- частиштока; а -. а -разностькоэффици- .ностроение, 1988. с, 156. ь ентов теплового линейного расширения ме-(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГО-: талла и композита; Т-То - изменениеСЛОЙНЫХТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ, температуры металлической части штока в(57) Использование; при изготовлении труб- процессе работы; М - коэффициент, учитывачатых многослойных изделий, преимущест-ющий разброс теплофизических свойств мавенно штоков гидро- и пневмоцилиндров.териалов К,01,1,2 ил,Сущность: способ предусматривает уста-: : . . ., Бвыполняют из меой частей. В качеыть взят жгутовый кно УКН) по. большими характеочности о /р ,плотность, О в Шток гидроцилиндрталлической и композитстае композита может б.углепластик КМУ(волскольку он обладает наиристиками удельной пржесткости Е / р (где р Изобретение относится к области изготовления трубчатых изделий, в частностимногослойных, преимущественно штоковгидро-,и пневмоцйлиндров,Целью изобретения является повыше- .ние прочности конструкций, работающихпри знакопеременных нагрузках за счет создания поля требуемых остаточных напряжений, снижение массы изделия иупрощение способа изготовления,Способ осуществляют следующим образом,а- предел прочйости, Е - модуль упругостй) . среди известных конструкционных материалов. На разборную оправку наматываютв окружном направлении углепластик до получения необходимой толщинй отверждавт связующее и производят механическую обработку, ч гобц наружный диаметр углепластикового Слоя был несколько больше внутреннего диаметра металлической части штока при комнатной температуре-1 1 Ч а-" аю(т-то)1.Нагревают металлическук) часть штока до температуры на 20,30 С выше максимальной рабочей (+140 С) для гарантии собираемости, а затем в нее устанавливают с минимальным зазором композитную часть, снятую с разборной. оправки. ОхлаждаютПосле охлаждения собранного иэделия с Т=160 С напряжения в металле (сталь) а м=1210 град/м, а =О, пусть присобранное изделие до комнатной температуры, Поскольку тепловое расширение углепластика почти отсутствует ( а.0), тоохлаждение металла приводит к обжатиюкомпоэита и растяжению металла, что обеспечивает существенное увеличение прочностй штока при действии рабочего давления Оо 9 Рм в гидроцилиндре. После охлаждения производят механическую обработку наружнойповерхности штока (под хромирование или "О.др,) до требуемого размера.На фиг. 1 дан эскиз штока гидроцилиндра, получаемого предлагаемым способом,где 1 - металлическая часть штока, 2 - коми15 м 2. хэ 18,7 кгс/мм2 иложения рабоч2Р д2 Ям - дк) После пр,5 + З,О озитная часть штока, на фиг. 2 а нап ря б кгсlменное состояние после охлажденияизделия, на фи г. 2 б - напряженное состоя- . Таким образом, коэффициент запаса ние при деиствии рабочего давления Р, при увеличился с и- - - - - 7 1,07 до и ".г 01 20 / том из рассмотрения условий равновесия .гг р м 18,7 в окружном направлении и совместности , = - = 3,3, т.е, почти в 3 раза,20 г гает 20деформирования металлической и углепла- етгрм 6стиковой частей получим, что остаточные . Изготавливая штоки гидроцилиндров напряжения в металле в окружном направ- предлагаемым образом, обеспечивается не лении равны. только их прочность, но и снижение массы.25 Масса единицы длины цельнометаллическоа - ам - То Ем Е го варианта пропорциональна во= р м, а. гг" . Екомбинированного (многослойного) в= р мх3 Ех д м+ р д . Экономия массы30 д где дмидзита в стенке шпряжения равнО гр м - дгр толщины металла и комп ока, а результирующие н рм оДв=0,246= 0,38 Да 38б=50 1+ а м- а )(160 оС-Т ) Цх+(12 - О) 10 6(1 60 оСоС) 1,150,092 ммФ В соответствии с предлагаемым способом в лаборатории Челябинского политехнического института были изготовлены ииспытаны штоки гидроцилиндров по предлагаемому способу и известному(цельнометаллический шток), Исходные данные: бштока= 50 мм, продольное усилие нагружения И=8тс, рабочее давление Р=280 кгс/см,2У известного цельнометаллического варианта толщина стенки равна д о= 5 мм,материал - сталь 30 х ГСА, а в= 110 кгс/мм, .2от=100 кгс/мм 2 О м=20 кгс/мм 2, Е=20000кгс/мм, Углепластик КМУ, Е=18000кгс/мм, Ов=150 кгс/мм,О =80 кгс/мм .2 - 2 50Плотность стали р м=7,8 г/см, композитар =1,6 г/смПосле намотки и отверждения углепластика заготовку обрабатывают до следующего размера Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления многослойных цилиндрических изделий, в частности штоков гидроцйлийдров, один из слоев которого - внутренний, выполнен из углепластика, позволяет получить следующие преимущества:увеличение более чем в 3 раза прочности металлической части изделия, а значит и самого штока гидроцилиндра в целом;снижение массы гладкой части штока на З 5 - 38%;упрощение изготовления изделия из двух слоев: металлической и композиционной,Следует отметить также, что применение данного способа изготовления фальшштоков,(без осевого усилия) позволяет использовать тонкостенные комбинированные штоки ( д м 0,3 мм), а экономия массы составляет 6070% от массы цельнометал лического варианта,Формула изобретенияСпособ изготовления многослойных 5 трубчатых изделий, включающий изготовление заготовки намоткой на оправку композиционного волокнистого материала, отверждение связующего и механическую обработку, отл ичающийся тем,что,с 10 целью повышения качества изделий за счет увеличения его прочности, снижения массы и упрощения способа преимущественно при изготовлении штока гидроцилиндра, в качестве композиционного волокнистого 15 материала используют углепластик, механическую обработку углепластиковой составляющей заготовки осуществляют до наружного диаметра, определяемого из выражения 20 д=б,11+(а,. ак)Гр-Т,)к 3 где до - внутренний диаметр металлической части штокаа- а- разность коэффициентов теплового линейного расширения металла и композита;Тр - То - изменение температуры металлической части штока в процессе работы,К - коэффициент, учитывающий разброс теплофизических свойств материаллов, К = =1,01,1, снимают углепластиковую составляющую с оправки и устанавливают ее внутрь трубчатой металлической заготовки штока, предварительно нагретой до температуры Т=Тр+20,30 С, где Тр - максимальная рабочая температура, после чего осуществляют их совместное охлаждение.1810260 Реда кто Составитель О.НесмеяноваТехред М.Моргентал Корректор И.Муска НТ ССС и оиаеодстеенно-илдательскиа комбинат "патент", г, уигород, ул.гагарина, 101ро вФ Заказ 1415 ВНИИПИ Тираж ударственного ко 113 Щ, МоПодписноеета по изобретенйям и открыта, Ж-Зб, Раушская наб 4%1