Способ изготовления изделий

(56) Берестнев О.В;, Соболев А.С. Зубчатые колеса пониженной виброактивности, - Минск; Наука и техника, 1978. с. 42 - 47.Авторское свидетельство СССР М 1479464, кл. С 08 3 3/28, 1986.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к переработке пластмасс для последующего получения металлополимерных изделий, таких как шестерни с пониженной виброактивностью в . высоконагруженных передачах, например в токарных станках.1Известен способ изготовления подо-. бных изделий, в частности зубчатых колес, при котором зазор между металлической ступицей и ободом заполняется расплавленным полимером. По этому способу:применяют гранулированный полимерный материал, который предварительно расплавляют посредством внешнего подвода тепла, а затем заливают в промежуток между металлическими частями изделия,Однако изготовление изделий по данному способу сопряжено со значительным расходом энергии, а также с необходимостью дополнительной обработки полимерной части изделия, Кроме того, изготовленные подобным образом случитьориентиция при учить из-и по пе- еизбеж- изготовзделий,вначалеки (полГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПОИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР Л ЗЯОВ 29 С 43/18, В 2208(57) Использование, изготовление металло- полимерных изделий путем.формования преимущественно зубчатых передач пониженной виброактивности с сокращением энергозатрат при повышении физико-механических свойств изделия. Сущность изобретения: технология изготовления упомянутых изделий включает формование полимерной части из порошка термопласта при воздействии на него. ультразвуковых колебаний с амплитудой от 10 до 60 мкм до достижения температуры плавления термопласта не более, чем на 10 К, с объемным деформированием полимерной части в про- . цессе охлаждения. 2 з.п, ф-лы, 5 ил., 4 табл. зубчатые колеса не могут обеспечить передачу значительных крутящих моментов, что делает невозможным их применение в силовых передачах,Некоторые из указанных недостатков могут быть устранены путем изменения структуры полимерной части изделий. В этом способе получения изделий из поли- Ь олефинов предусмотрено воздействие на СЛ порошкообразный полимер ультразвуковыми колебаниями с частотои в аиапааойеЗЙ- аД 25 кГц, что позволяет и монолитизированную заготовку с рованной структурой. Монолитиза данной технологии позволяет пол делия с улучшенными показателям редаче крутящего момента.Однако в известном способе н ны повышенные энергозатраты на ление металлополимерных и поскольку по нему предусмотрено получение отформованной эаготовимерной части изделия), а затем получение изделия путем деформирования вторично нагретой заготовки., при этом частично сохраняется ориентация молекул, полученная в результате монолитизации полимера, Таким образом, известная технология также несвободна от таких недостатков, как повышенные энергозатраты и недостаточные прочностные свойства готовых металлополимерных изделий.Целью изобретения является повышение физико-механических свойств металлополимерных изделий, например высоконагруженных шестерен с одновременным снижением энергозатрат,На фиг,1 схематично изображен начальный этап формования металлополимерной шестерни с подведенным кольцевым волноводом; на фиг.2 - готовое изделие с ярко выраженной радиальной ориентацией макромолекул; на фиг,3 и 4 - начальный этап формования изделия (шестерни) с несущей осью и полученное готовое изделие соответственно; на фиг,5 - диаграмма процесса получения изделия.Предлагаемый способ осуществляют при помощи следующего приспособленияя.Элементы 1 и 2, из которых состоит металлическая часть иЗделия - в данном случае это зубчатый венец 1 и ступица 2 шестерни - фиксируются на основании 3, Сверху на элемент 1 устанавливается на-. кладка 4, а на элементе - втулка 5. Собранные таким образом в комплект .детали закрепляют на рабочем столе 6 ификсируют друг относительно друга в осевом направлении. Затем в кольцевой промежуток между накладкой 4 и втулкой 5, а также между венцом 1 и ступицей 2 засыпают порошок 7 исходного полимера (это может быть капролон, полипропилен, поропласт и т,д,), После засыпки порошок 7 уплотняют, для чего может быть использован волновод 8, а затем включают генератор (например, УЗДН142) и подвергают порошок ультразвуковому воздействию, время которого определяется исходя из достижения полимерной массой температуры, превышающей температуру плавления последней на 10 К.Аналогичным образом могут быть изготовлены и другие типы металлополимерных изделий, например элементы силовых зубчатых передач с опорным валом и т,д. В этом случае соответственным образом изменяется конструкция технологического приспособления и волновода 8.Под воздействием ультразвука происходит выделение тепловой энергии, что приводит к расплавлению частиц, причем45 50 55 Навеску необходимой массы порошкообразного материала подвергают удельному давлению 0,8 МПа (уплотнению) с последующей ультразвуковой обработкой на установке УЗДНс магнитострикционным преобразователем и титановым волноводом кольцевой формы, соответствующей форме полимерной части изделия.Процесс теплового воздействия на изделие изображен на фиг.5 в виде температурно-временной, диаграммы, на которой на участке до т.1 изображен процесс нагрева, порошка полимера в результате воздействия на него ультразвуком, а участок от т. 1 до т. 2 характеризует период полного (гарантированного) расплавления полимера, в результате чего его температура повышается молекулы расплава лучшим образом ориентируются в направлении фронта распространения излучаемых волноводом волнименно при данном диапазоне амплитуды,5 Для качественного заполнения полимеромвсех микро- и макронеровностей(шероховатостей проточек) сопряженных поверхностей металлической части изделия,необходимо сори нтировать молекулы10 полимера так, чтобы они беспрепятственно входили в промежутки между упомянутыми неровностями металлическихповерхностей. Это требование обеспечивается такой установкой волновода 8, при15 которой его излучающая поверхность располагается нормально к сопряженным поверхностям металлической части изделия.Именно соответствующей ориентациеймолекул полимерной части изделий во вза 20 имодействии их с поверхностью металлической части изделия и объясняетсядостижение цели изобретения - получение изделия с повышенными прочностными параметрами, а производимое в25 процессе охлаждения дальнейшее объемное деформирование, осуществляемое впределах понижения температуры (считаяот Тл,) на 10-20 К, позволяет максимальносократить энергозатраты на получение из 30 делия в целом.После завершения монолитизации иобъемного деформирования в процессеохлаждения готовое изделие извлекают изоснования 3 и удаляют накладку 4 и втулку35 5,Проводят исследования возможностиполучения металлополимерных изделийпо предлагаемому способу в зависимостиотчастоты ультразвука для различных ис 40 ходных материалов полимерной части изделия, данные которых приведены. в табл,1,15 25 30 35 40 45 50 55 на 10 К считая от точки плавления). Под действием ультразвуковых колебаний молекулы полимераприобретают в расплэве направленное положение, которое сохраняется после начала остывания массы (участок 2-3 до начала ее затвердевания. В этот интервал, начиная от т.3, и происходит процесс монолитизации, т,е.образование монолитной структуры, связывающей металлические часги изделия, После охлаждения, которое может идти как естественным путем, так и принудительно полимерной части на 10- 20 К осуществляют ее объемное деформирование - т,4, в результате котороо полимер. приобретает необходимую форму.По завершению процесс монолитизации, деформирования,и охлаждения полимерной части готовое изделие извлекают из основания 3 и удаляют накладку 4 и втулку 5.Исследуют возможности получения металлополимерных изделий по предлагаемому способу з зависимости от частоты ультразвука, На используемой установке получают зависимость времени нагрева порошка полимера от частоты ультразвука, При этом в интервале частот 15-18 кГц наблюдают существенное увеличение времени монолитизации наряду с ухудшением свойств изделий, при частотах выше 25 кГц время практически неизменно, однако появляется неоднородность температурного поля по объему полимерной части, Это приводит либо к перегреву полимера, либо к недостаточному его расплавлению, что ухудшает физико-механические свойства полимерной части изделия.Прочностные свойства изделий, полученных по предлагаемому способу, в сравнении с такими же изделиями, полученными литьем под давлением, приведены в табл. 2.Проводят экспериментальные исследования энергозатрат (по расходу тепловой энергии) на получение одной заготовки. Так, на получение изделия металлополимерной шестерни (фиг.4) предлагаемым способом требуется 5,6 Вт ч (диаметр полимерной части 12 мм, высота 15 мм, материал СВМПЭ), в то время как по известному способу - около 50 Вт ч. Такое различие объясняется тем, что в известном способе требуется фактически двойной разогрев полимерной части, причем повторное нагревание полимера сопряжено с дополнительным расходом тепла на нагревание формы и металлической части изделия,Граничные величины дисперсности порошка 20 и 400 мкм объясняются тем, что более крупные частицы уже не обеспечивают достаточнОго акустического контакта, Это приводит к быстрому затуханию ультразвука в массе полимера, что подтверждается данными, приведенными в табл, 3. Монолитизация такого материала и ориентация его молекул будут выражены слабо, что обусловливает низкие физико-механические свойства изделия в целом,Оптимальные значения амплитуды ультразвуковых колебаний лежат в. пределах 10 - 60 мкм, Нижний предел (10 мкм) не може 1 быть уменьшен, поскольку в этом случае не обеспечивается эффективный подвод энергии к порошкообразному полимеру,Проведенные испытания с заготовками из СВМПЭ (цилиндр )о 10 мм, Ь = 15 мм) показали на отсутствие визуальных признаков монолитизации последних при любом времени воздействия ультразвуковыми колебаниями с упомянутой амплитудой. Верхний предел амплитуды колебаний (60 мкм) ограничен началом процесса деструкции полимера. Проведенные испытания с приведенными заготовками показали, что деструкции подвергается поверхностный слой полимера, контактирующий с волноводом, Контроль начала деструкции осуществляют.визуально по появлению летучих компонентов разложения полимера.Прочностные свойства заготовок, полученных различными методами, приведеныв табл. 4 (при степени вытяжки Ва = 7).Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить и рочн остн ые свойства металлополимерных шестерен (увеличить передаваемый ими крутящий момент примерно на 20 О) и снизить энергозатраты на их изготбвление. Формула изобретения 1, Способ изготовления изделий, включающий формование монолитизацией полимерной части из порошка термопласта при воздействии на него ультразвуковыми колебаниями до достижения температуры, превышающей температуру плавления термопласта не более, чем на 10 К, с последующими охлаждением и объемным деформированием полимерной части, о т л и ч а ю-. щ и й с,я тем,.что, с целью повышения физико-механических свойств металлополимерных изделий, например высоконагруженных шестерен, с одновременным снижением энергозатрат, воздействие ультразвуковыми колебаниями осуществляют с амплитудой 10 - 60 мкм, а объемное деформирование производятв процессе охлаждения полимерной части.1745733 2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что процесс охлаждения полимерной части ограничивают температурой на 10- 20 К меньшей температуры плавления термопласта. 3, Способпопп,1 и 2,отличающийс я тем,что в качестве исходного материала полимерной части иэделия используют порошок термопласта с размерами частиц 20-.5 400 мкм. Таблица 1 б 2 ча н ие. Частота 22 кГц, дисперсность порошка 20-400 мкм П 3 Табл П ечание ие частиц с данным диаметром в исследуемом порошкеФ сть материала определяется по цвету, прозрачности иэуально контролируемым признакам.3 колебаний 22 кГц. Таблица 4 етод получен заготовок войства заготовок посллитиэа ии Свойства иэделий после объемного сжатия атер алоноМодуль сдвиговои упругости с 1 0-э МПа,5 Содержан более 70 Монолитн другим ви Частота У Модульпродоль ой упр гости МПа Прессование 4,37 УЗ монолитиэация: 5,11Прессование 5,39 УЗ монолитиэация 5,78Прессование 5,22 УЗ монолитиэа ия 5 46 0,40 1,93 0,50 054 одульЮнга,10.3МПа 0,62 1,03 1,02 1,17 1,44 1,57 Раэрушающее напряжение при растяжении,МПа20 23 24 28 Модуль упругости при растя жении Ер 10 ,МПа1745733 мин оставитель Н.Рудькохред М.Моргентал Редакт ербак Корре ро при ГКНТ СССР каэ 2363 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин