Способ изготовления изделий переменного сечения

Изобретение относится к области созд;: я крепежных элементов, шпилек, винтов, шурупов из композиционных материаловИзвестен способ изготовления крспежа из полимера, наполненных дискретными волокнами литьем под давлением, например из стеклонаполненных полиамидов,Однако наполнение короткими волокнами незначительно улучшает прочностные характеристики крепежных элементов на срез резьбы и скручивание тела элемента по сравнению с ненаполненными полимерами. При этом такой крепеж неконкурентоспособен металлически,т аналогам и не используется в ответственных конструкциях.Решить проблему повышения прочности резьбы на срез и увеличения несущих нагрузок при скручивании удалось при использовании длинномерных (непрерывных) волокон, которые располагаются в резьбовых выступах, повторяя контур последних.Известно изготовление таких элементов, в частности винтов М б. прессованием в форлде, Для этого используют цилиндрическую заготовку из армированного пластика, содержащего 50 об,непрерывных синтетических ьолокон СВМ и э 0 об.;"полиамид,:-б в качествс связуюг.цего. Цилиндрическа" заготовка поеп аась Б офорт яющую реэьбовую полость прессформы, ил еющую ьертикальнугс и оскос ь разве.,аг 1 и агом диаметр эготовки был равен среднему (или наружнол,.) диаметру по уча".;мои р=эьбы. Внеш . и контуо пресс-фоол ы предо;авляет собой усеченный конус, По лс,становки прхс-Формы с заготовкой в огьетную часть матриць проводило-ь орячее прессование г,ри емпе. ратуре 3040 С выце смпературы плавления ПА-б путем вертикального перемещения пресс-Формы, Однако качество резьбы в известном способе низко, т.к, часть связующего выдавливается в зазор пресс-формы, обедняя остальной обьем иэделия и образуя облой, а волоко при ради альной схеме подачи давления не заходит в резьбовые впадины, т,к, происходит локальное перерезание армирующих волокон в за готовке в местах касания реэьбовых выступов формы и заполнение впадин низковязким расплавом связующего.Известен способ изготовления иэделий переменного сечения путем горячего прессования цилиндрической заготовки продольной осадкой,Известный способ не позволяет исполь. зовать в крепежных элементах хрупкие волокна, в частности стеклянные и улеродные. Целью изобретения является расширение технолог ических возложносей за счет изготовления реэьбовых крепежных элементов5 Поставленная цель достигается путемгорячего прессования цилиндрической заготовки продольноЙ осадкоЙ, Согласно изобретению, диаметр заготовки выбирают равным внутреннему диаметру резьбы, а прессование осуществляют на величину осадки, равную1 о 1 + 12 о 2 + 1 зс 3 з2, 2 315 г 1 за2где Ь- осадка,1 - длина реэьбовои части крепежногоэлемента20 12,г 12 длина и Диаметр гладкой частикрепежного элемента;1 з,г 1 з - высота и диаметр головки крепежного элементас 1.- . диаметр цилиндрической заготов 25 "ис 11 - средний диаметр резьбы,Нг фиг 1-2 показан способ изготовления заготовки,За.отовка 1 устанавливается в полость30 пресс-формы 2 (см фл,1) имеющую вертикальную плоскость рэзьема, Формованиеосуществляется при температуре, ооеспечивающей переход связующего в вяэкотекучее спс гояние, путем вертикального35 перемещения пуансона 3 воздействующегона загото зку 1В результате осевого воздействия непрерывные армирующие волокна теряютусгойчиьость и заходят в резьбовые впадины,40 повторяя их контур. Отформованное иэделие охлаждается под давлением. Потеря устойчивости волокон позволяет обеспечитьсложноармированное состояние по сечению изделия.45 П р и м е р 1, Сормование шпилькидиаметром 8 мм, длиной 50 мм из стеклопласгика, Резьба метрическая, шаг резьбы 1 мм.В качестве армирующих волокон испольэовали сгеклянные комплексные нити ВМС б.7,2 х 1 х 2 - 80, в качестве связующего -зпоксидный олигомер ЭД, отверждаемый метафенилендиамином. Цилиндрическую заготовку изготавливали следующимобразом, В стеклянную трубку, внутреннийдиаметр которой был равен 6,92 мм - внутреннему диаметру резьбы, затягивают жгутиз нитей, предварительно пропитанных связующим, и подтверждали при 80 С в течение 30 мин Затем извлекали полученныйпруток и разрезали на заготовки, длина (1 о)(2) Значение 1 о входит в первую часть уравнения (1) и его определение упрощено, т,к. для шпильки 12 = 1 з = О. Подставляя числовые значения 11 = 50 мм; б = 7,35 мм; бэаг = 6 92 мм, получают 1 о = 56.40 мм,Осадку рассчитывали в соответствии с частным случаем уравнения (1)Ь 1 = 1 о - 11 = 56 4 - 50 = 6 4 ммТемпература. при которой проводили осадку заготовки, составляла 100 С, затем температуру повышали до 150 С и отверждали связующее в течение 60 мин,П р и м е р 2, Изготовление винта М 6 (ГОСТ 1491-72) иэ органопластика. Винт исполнение 2, резьба с шагом 1 мм, по всей длине стержня винта, равной 20 мм, в результате 12 = 0: высота головки 4 мм, диаметр головки 10 мм,В качестве армирующих волокон использовали синтетические нити СВМ ТУ 6- 06-И-78), в качестве связующего - полиамид - 6, Цилиндрическую заготовку изготавливали следующим образом. Нити СВМ скручивали с нитями из полиамида 6 в шнур, которые протягивали через калибрующую головку пултрузионной установки, Температура пултрузии составляла 270 С, нити полиамида 6 расплавлялись и монолитизировали армирующие волокна, Диаметр калибрующей головки равен 4,92 мм - внутреннему диаметру резьбы. Полученный пруток разрезали на заготовки, длина (1,) которых рассчитывалась в соответствии с уравнением (3): 11 б 1 + 1 зб 1 1 о = г бэаг(3) Подставляя числовые значения: 11 = 20 мм; б 1-5,35 мм; 1 змм; б 4-10 мм; бэаг=4,92 мм, получают 1 о - 40,17 мм, Величину осадки рассчитали соответственно с частным случаем уравнения (1);Ь1 о - ( + 1 з) - 40.17 - (204) =16,17 ммОсадку заготовки проводили при Т = 270 С в течение 5 мин,Затем фиксировали положение пуансона пресс-формы и извлекали ее из эоны давления и охлаждалиПримерЭ.Изготовление винта из углепластика, 11 б 1 +12 б 2" +1 Збэ о --2 бэаг 30=150.8 - (40+ 20 ф 6) - 84,8 мм 40 Осадку проводили при температуре240 С в течение 5 мин, фиксировали положение пуансона пресс-формы, извлекали ее из эоны давления и охлаждали.В таблице приведены сведения об ис пытаниях крепежных элементов на кручение и срез резьбы, полученных по известному и предлагаемому способам. Видно, что на примере изготовления винта М 6 из органопластика данный способ позволяет повысить разрушающее напряжение при кручении в 2,5 раза и при срезе резьбы в 2,1 раз, Способ позволяет применять в составе крепежных элементов "хрупкие" волокна (стеклянные и углеродные), использование которых до настоящего времени являлось проблематичным.(56) ОСТ 101007-81 "Винты иэ полиамида"Технические условия,Резьба упорная, наружный диаметр10 мм; шаг резьбы 2 мм; длина стержня винта 60 мм; длина резьбы 40 мм; длина гладкой части 20 мм; высота головки 6 мм;5 диаметр головки 16 мм.В качестве армирующих волокон испольэовали углеродную ленту ЭЛУР,1 П (ТУ 6-06-31-21-78), в качестве связующего - полиамид -12. который на предварительной 10 стадии использовали в виде пленки толщиной 40 мкм, Цилиндрическую заготовку изготавливали следующим образом.Последовательно чередуя слои углеродной ленты и пленки полиамида -12 собирали 15 пакет. Углеродную ленту выкладывали посхеме (О/90/.45 о)п, Затем проводили прессование плоской плиты размером 100 х х 80 х 12 мм при Т = 240 С под давлением 3,0 МПа в течение 15 мин. Из отпрессованной 20 плиты углепластика вырезали заготовкуквадратного сечения и обтачивали их до диаметра 6,528 мм, соответствующего внутреннему диаметру резьбы. Начальная длина заготовки (1 о) рассчитывалась по 25 уравнению (4):2001771 По прототипу" По п е агаемом способ Показатель и име 2 и име 1 и име 3 Максимальныйкрутящий моменттела элемента вместе переходаот стержня к головке,Н мМомент сопротив 4,2 +0,9 1,21+0,23 3,10,4 10,1 1,3 102,4 10 9 32,2 109 43,2 109 200 109 ления при кручении. м Э 94 = -16Разрушающая нагрузка при срезе двух витков резь 12560 8180 3680 8550 бы Н РсрПлощадь среза,2,46 10 64,78 10 46 10 61,96 10 Касательное напряжение при срезе, МПат, -Р/8 194 80 171 138" - Для прототипа и примера 2 приведены данные для винта М 6 иэ органопластика. Отчет по научно-исследовательской ра/2. Я Гос, Регистрации темы У 98127.боте. Совершенствование составов ПКМ и М.: МАТИ. 1985, с. 112.технологии изготовления из них элементовконструкций летательных аппаратов. М Гос, Авторское свидетельство СССРРегистрации Г 17984, инв. М 61986. тема 5 М 1147505, кл, В 21 В 5/08, 1983.Формула изобретенияСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ путем горячего прессования цилиндрической заготовки продольной осадкой и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воэможностей за счет изготовления реэьбовых крепежных элементов, диаметр заготовки выбирают равным внутреннему диаметру резьбы, а прессование осуществляют на величину осадки, равную1 О + 1201 + 1 эо 3Ы -2Цза. (1 + 1 г+ 4 з 1,где ъ 1- осадка:1 - длина резьбовой части крепежного5 элемента, м;Ь, дг - длина и диаметр гладкой частикрепежного элемента, м;1 з, дз - длина и диаметр головки крепежного элемента, м;10 б 3 г - диаметр цилиндрической заготовки,м;б- средний диаметр резьбы, м,причем заготовку выполняют иэ армированного волокном пластика.152001771 А-А Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента Заказ 3147 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Составитель М.Осипов Редактор Т.Пилипенко Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева