Способ изготовления изделий с длинномерными каналами

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 3 К 20 51 у 5 О ИЯ оростроения АН арков,ниатюр, с. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) АНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ(71) Институт аналитического прибения Научно-технического обьединСССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ. ИЗДЕЛИЙ . С ДЛИННОМЕРНЫМИ КАНАЛАМИ (57) Использование: точное приборострое ние, в частности капиллярные изделия, узлы Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано при разработке конструкций и технологии изготовления узлов и элементов, включающих длинномернце каналы малой площади поперечного сечения, в частности, в технике капиллярных иэделий, в узлах регулируемого дозирования газа или жидкости, в натекателях вакуумных систем. в холодильной технологии и т.д,Известен способ изготовления деталей с глубокими каналами; получаемыми методом электроэрозионной обработки. Способ заключается в формообразовании исходной металлической заготовки и выполнении в ней канала специальным электродом-инструментом в виде стержня с оболочкой из диэлектрического материала, относительно которой стержень имеет возможность осевого перемещения. Необходимый межэлектродный зазор Ь, определяемый в 1794614 А регулируемого дозирования газа или жидкости, натекатели вакуумных систем, холодильника техника. Сущность изобретения: при изготовлении изделий с длинномерными каналами в заготовке выполняют каналы с последующей механической обработкой изделия.С целью повышения качества и расширения номенклатуры изделий берут заготовку по меньшей мере из двух деталей, на контактирующих плоскостях которых выполняют пазы глубиной (1,01-1,06)Ь, где й - требуемая глубина паза, совмещают детали по пазам и осуществляют их диффузионную сварку, а при механической обработке в качестве базовых элементов используют вцходные отверстия каналов, 3 ил. зависимости от разницы наружного радиуса оболочки В и радиуса стержня г, определяет, очевидно, и диаметр получаемого отверстия,Ь=(1,5. 1,8) (й-г).Недостатками в таком способе являются ограниченная номенклатура получаемых каналов; - в виде отверстий круглого поперечногосечения диаметром не менее нескольких десятых долей миллиметра, а также невысокое качество изделия вследствие малой точности формы канала и ограниченность способа по отношению к диэлектрическим материалам.Известен способ изготовления изделий с каналами в аиде отверстий, получаемыми лазерным сверлением. Способ заключается в том, что изделие, установленное соосно лазерному лучу, поворачивают вокруг двух осей, одна из которых перпендикулярна оси лазерного луча, На пересечении осей пово 1794614рота изделия и лазерного луча есть точка,которая не перемещается относительно луча. Таким образом в детали вырезают отверстие в форме песочных часов. Способпозволяет получать каналы переменной подлине канала конфигурации,Недостатками данного способа являются малый диапазон типоразмеров, получаемых каналов (только отверстия круглогопоперечного сечения) и ограниченные технологические возможности способа, т.к,имеет место предельная длина канала (илиглубина отверстия), на которую его можновыполнить дпя данного диаметра отверстия, Другими словами отношение (./б, где. - длина канала, а 4 - его диаметр, имеетмалую величину, например при"б (0,0020,005) ммсоставляет(0,10,2) мм.В качестве прототипа понаибольшемучислу общих существенных признаков принят способ изготовления узлов с длинномерными кайэлами, который заключается вФормообразовании исходной детали и выполнении в ней отверстиясредсгвами механической обработки, в частностисверпением,с помощью специально изготавливаемых сверл и использованием устройств, обеспечивающих минимальнкй бой .сверла и требуемую точность его ориентации и осевого перемещения. После выполнения в детали канала осуществляютфини 1 цнео обработку изделия,,Недостатками способа-прототипа являются невысокое качество изделия вследствие малой точности канала (некруглость иконусность отверстия вследствие боя и деформации сверл малого диаметра), а такжеограниченность номенклатуры и типоразмеров получаемых каналов, - только в видеотверстий круглого сечения со сравнитель. но малым соотношением 1.й. Например для1 (0,10,3) мм диаметр б можно выполнить не менее десятцх допей миллиметра,Кроме того вызывает большие сложностивыполненйе каналов в целом ряде материалов (керамика, стекло, твердые сплавы).Предлагаемое техническое решение устраняет указанные недостатки,Целью изобретения является повышение качества и расширение номенклатуры. иэделий с длинномерными каналами.указанная цель достигается за счет того, что в способе изготовления изделий сдпичномерными каналами, при котором взаготовке выполняют каналы с последующей механической обработкой изделия берут заготовку по меньшей мере из двухдеталей, на контактирующих поверхностяхкоторых выполняют пазы глубиной (1,01 -1,06)п, где и - требуемая глубина паза заготовки, совмещают детали по пазам и осуще ствляют диффузионную сварку, причем примеханической обработке в качестве базовыхэлементов используют выходные отверстия5 полученных каналов.Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в процессеизготовления изделия используют заготовку по меньшей мере из двух деталей на10 контактирующих поверхностях каждой иэкоторых выполняют пазы, исходя иэ условия, что при стыковке деталей по сопрягаемым поверхностям совмещенные пазыобразуют длинномерный канал требуемой15 конфигурации, При этом пазы выполняют сприпуском (глубина паза составляет1,01.1,06) от требуемой глубины), которыйучитывает деформацию при последующейдиффузионной сварке исходных заготовок.20 После сварки осуществляют механическуюобработку изделия; причем в качестве базовых элементов используют выходные отверстие канала на торцах изделия, чтопозволяет получить изделие, наружная кон 25 фигурация которого строго ориентированаотносительно главного элемента, каким яв ляется дпинномерный канал. Эти отличияпозволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию"новизна".Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с другими решениями в данной и смежнцх областяхтехники показывает, что каждый из сущестЗ 5 венных признаков по отдельности известен,однако в той совокупности, последовательности и устойчивости взаимосвязи, как зтопредставлено в техническом решении, стало возможным;40 . - выполнение практически любой конфигуоации поперечного сечения канала: - .круглого, квадратного, ромбического, эллипсовидного и т,д. с полным отсутствиемограничений по соотношению длины и диа 45 метра каналов;- расширение круга применяемых в изделиях материалов, в том числе керамика,стекло, твердые сплавы и т,д.);- получение криволинейных каналов (в50 трех координатах) с высокой точностью икачеством выполнения,Таким образом, все перечисленные признаки технического решения в совокупности обусловливают существенный55 положительный эффект - цель изобретения,являются оптимальными, могут квалифицироваться как существенные признаки иобеспечивают заявляемому техническомурешению соответствие критерию "существенные отличия".510 15 20 4550 На фиг, 1 изображен общий вид заготовки с пазом; на фиг, 2 - процесс диффузионной сварки двух деталей с совмещенными пазами, образующими длинномерный канал; на фиг, 3 - финишная обработка изделия.На фиг, 1,2 и 3 обозначены две исходные детали 1 и 2. На сопрягаемой поверхности 3 детали 1 выполнен паз 4, а на сопрягаемой поверхности детали 2 - паз 5, Возможным вариантом является выполнение пазов по ломаной линии 6 (либо криволинейной и т.д.). Паз 4, как правило, выполняется со стороны исходной поверхности 7, доводка и шлифовка которой позволяют получить паз 4 глубины п=(1,011,06)п, где и - требуемая глубина паза и получить при этом поверхность 3. Детали 1 и 2 свариваются диффузионной сваркой по плоскости стыка 8 с размещением их на сварочной опоре. 9 и приложении давления Рс, Сваренное изделие, установленное в фиксирующих узлах 10 и 11, базой для которых являются выходные отверстия канала 12 на торцах 13 и 14, обрабатывается до получения окончательного изделия 15,Предлагаемый способ заключается в выполнении совокупности и последовательности следующих технологических операций.Средствами механической обработки (точение, фрезерование, шлифовка) осуществляют изготовление по меньшей мере двух исходных деталей 1 и 2, Настоящее описание составлено для двух деталей, На сопрягаемых плоскостях (7 для детали 1) деталей 1 и 2 средствами механической обработки, в данном случае резанием или скрайбированием выполняют пазы 4 и 5, поперечное сечение которых одинаково для каждого паза по всей его длине. Одинаковая ориентация паза по отношению к своей детали обеспечивается вспомогательным инструментом - копирами, шаблонами, трафаретами и т.д, Далее получают паз заданной конфигурации и глубины и = (1,01.1,06) Ь, где и - К требуемая глубина паза, посредством съема материала с плоскости контакта 7 на глубину Л (для детали 1). что обеспечивает получение сопрягаемой поверхности 3. Аналогичная операция осуществляется и по отношению к детали 2. Конфигурация паза (на фиг, 1 и 2 в виде треугольника в поперечном сечении) обеспечивается инструментом, которым может являться алмазная пирамида, твердосплавный профилированный резец и т.д, Исходная глубина и паза определяется совместными операциями скрайбирования и съема материала на глубину А Очевидно,что эта операция съема материала не является принципиально необходимой, Она требуется, когда выполняемый паз должен иметь глубину единицы микрометра или должен быть переменного сечения по длине. В общем виде возможно выполнение паза без операции съема материала с плоскости контакта, поэтому эта операция не фигурирует в качестве отличительного признака,На фиг, 1 и 2 показан канал в виде квадрата, образуемый двумя треугольными пазами, Очевидно, что конфигурация канала и, соответственно, пазов может быть самой различной, Также очевидно, что на сопрягаемых поверхностях деталей 1 и 2 может быть несколько пазов, образующих несколько каналов, и может быть несколько (больше чем две) деталей, на попарно сопрягаемых поверхностях которых выполняются пазы, совмещаемые при последующей сварке всех деталей в изделие,После выполнения пазов 4 и 5 непосредственно режущим инструментом (скрайбированием) или с применением вспомогательной операции доводки соединяемой плоскости, на которой выполнен паз, когда требуются пазы малых размеров в поперечном сечении (глубина составляет 30 микрометры), детали 1 и 2 собирают в сварочной оснастке .стыкуя сопрягаемые плоскости с обеспечением точного совмещения пазов 4 и 5, устанавливают их на сварочную опору 9 в камеру установки для диффузионной сварки и производят диффузионную сварку деталей 1 и 2 по общей плоскости контакта 8 при нагреве их до требуемой температуры процесса и приложении необходимой величины сварочного давления 40 Рсе Конкретные параметры сварки (температура и давление) определяются. исходя из физико-механических свойств свариваемых материалов и технических требований к иэделию экспериментальным путем или с помощью справочной литературы. Диффузионная сварка связана с пластическими деформациями, которые являются необходимым элементом процесса и обеспечивают образование качественного соединения, Требуемая для качественной сварки минимальная величина пластических деформаций выражается в долях от линейных размеров (по высоте) свариваемых деталей. Степень деформации для прецизионного процесса сварки составляет величину (36%), т.е, (23)% от высоты деталей 4. Включая сюда высокопрочные материалы (твердые сплавы, керамику), указан н ый диапазон можно расширить и оговорить как (16%). Вполне правомерно рассматри 1794614вать данную степень деформации в отношении паза. т,е, в отношении представляющей непосредственный интерес зоны деталей 1 и 2, и заложить эту величину в качестве припуска при исходном формообразовании паза.Таким образом, выполнение пазов 4 и 5 глубиной и, составляющей (1,011,06)п, где Ь - требуемая глубина паза, обуславливается требованиями и особенностями процесса диффузионной сварки.Очевидно, что припуск в указанном диапазоне значений определяется свойствами материала деталей 1 и 2 (пластичностью) и режимом сварки. который определяет деформацию за заданную величину, обеспечивающую получение в сварном изделии паза требуемой глубины. Для повышения точности и гарантированного обеспечения требуемой деформации в пределах (0,010,06)п возможно использование вспомогательных элементов, например ограничителей в составе сварочной оснастки.Сваренный узел устанавливают в фиксирующие узлы 10 и 11 приспособления для финишной обработки изделияиспользуя в качестве базовых элементов выходные отверстия канала 12 на торцах 13 и 14 изделия, поскольку геометрия окончательно обработанного изделия определяется расположением канала 12 (фиг. 3), т,е. первичным элементом при изготовлении изделия является канал 12.Окончательно обработанное изделие 15 может быть различной конфигурации, например иметь вид капиллярной трубки и т.д.П р и м е р, Предлагаемый способ реализуется следующим образом.Способ использовали в СКБ АП НТО АН СССР при изготовлении длинноходовой кюветы фотометра и коллектора крана-переключателя жидкостных потоков.Две пластины из титанового сплава обрабатывали по будущим плоскостям соединения по классу чистоту 0,08,. складывали вместе и штифтовали, т.е, фиксировали между собой от возможных смещений посредством двух штифтов, В месте разъема пластины по наружной поверхности вскрывались гнезда под установку оптических окон (стекол), После этого, штифты вынимались, а пластины разъединялись и в каждой из них были выполнены пазы требуемой конфигурации, в частности, круглого сечения средствами механической обработки - резанием (скрайбированием).После выполнения необходимых пазов (канавок) производили вторичную доводку плоскостей разъема, убирая выпуклости металла, возникшие при выполнении пазов, Затем, готовые полуэлементы соединяли по10 15 костного потока выполняется аналогично вышеописанному способу, при этом коллектор также состоит из двух деталей, в одной из которых проводятся подводящие поток каналы и соединяющие йх пазы, а второй 20 полуэлемент несет функцию герметизирующего полученных каналов.Очевидно, что с наибольшим эффектом реализацию неразъемного соединения обеспечивает диффузионная сварка в ваку 25 30 уме, - малодеформационный процесс., в отличие от пайки или сварки плавлением не содержащий жидкий (припой или основной металл, соответственно), которая может попадать в отверстие и искажать его форму. Кроме того, диффузионной сваркой свариваются практически все материалы с возможностью получения сварного соединения идентичного основному материалу по физико-механическим свойствам, что в ряде случаев весьма важно для узлов точного приборостроения.Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения заключается в следующем; 40 Появляется воэможность выполнения практически любой конфигурации поперечного сечения - круглые, квадратные, эллипсовидные и более сложных форм, Это обеспечивается механическим способом 45 выполнения полуотверстия в виде паза с помощью режущего инструмента, доводкой поверхности на котором выполнено предварительно полуотверстие для получения требуемой точной формы, а также 5055 возможностью расчленять отверстие требуемой формы на два полуотверстия в наиболее оптимальном варианте, тоже в виде двух неодинаковых пазов, которые выполняемые на различных полуэлементах в сборе дадут отверстие нужной геометрии; Отсутствуют ограничения по размерамотверстий, которые могут быть ог нескольких микрометров До десчтьх долей миллиметра, что обеспечивается доводкой: плоскостям разъема, опять же фиксируя штифтами и сваривали по этим плоскостям способом диффузионной сварки в вакууме. Качество сварки (герметичность) проверялось с помощью течеискателя ПТИ. После сварки устанавливались стекла в соответствующие гнезда и подсоединяли коммутирующие потом трубки, Таким образом можно изготавливать кюветы с практически неограниченной длиной оптического пути (основного канала) и различного профиля, конфигурации (в трех координатах) и площади поперечного сечения. Изготовление коллектора крана-переключателя жид1794 б 14 10 Практически отсутствуют ограниченияпо соотношению длины и диаметра получаемых отверстий;Расширяется круг материалов, в которых могут выполняться отверстия, посколь ку практически для любого материала можно подобрать материал режущего инструмента;Появляется возможность получения криволинейных отверстий, что в принципе 10 невозможно иными известными способами.Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении уровня технического обеспечения процесса 15 Ф ормула изобретения Способ изготовления изделий с длинно- мерными каналами, при которОм в заготовке выполняют каналы с ее последующей механической обработкой;о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества и расширения номенклатуры изделий, берут заготовку по меньшей мере из двух деталей,изготовления узлов с длинномерными каналами, расширении функциональных характеристик этих узлов, повышении технических характеристик приборов и агрегатов, в которых эти узлы используются.Экономический эффект на сегодняшний день определить не представляется возможным из-за отсутствия статистически обоснованных исходных и сравнительных данных.В СКБ АП предлагаемый способ опробован при изготовлении длинномерных отверстий в опытной партии кювет и кранов-переключателей жидкостных хроматографов,на контактирующих плоскостях каждой детали выполняют пазы глубиной (1,01-1,06)Ь, где и - требуемая глубйна паза, совмещают детали по пазам и осуществляют их диффузионную сварку, причем при механической обработке заготовки в качестве базовых элементов используют выходные отверстия полученных каналов.Иванова и Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 аэ 390 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб., 45