Спосіб виготовлення напівсферичних оболонок із металів
Власники патенту UA 2247002:
Винахід відноситься до галузі обробки металів тиском і може бути використане для виготовлення напівсферичних деталей з фрагментів. Розрахункова кількість заготовок фрагментів напівсферичної оболонки з хімічно активного металу групи лантаноїдів готують у ємності з інертною атмосферою. Із заготовок деформуванням формують сегменти. Деформування проводять шляхом багатоступінчастої термокомпресійної обробки в інертній атмосфері з витримкою на кожному щаблі протягом розрахункового часу. У процесі зазначеної обробки послідовно в герметичній прес-камері виробляють нагрівання сегментів до початкової температури 180-250°С при тиску не менше 300 МПа, охолодження та зняття тиску, наступне нагрівання заготовки до температури 280-320°С при тиску не менше 300 МПа подальше продовження нагрівання до температури 350-450°С. Потім сегменти по черзі з'єднують за умов локального термовпливу лазерним променем на крайові ділянки. Оболонку піддають механічній обробці, а на внутрішню і зовнішню поверхні методом пневморозпилення наносять покриття на основі полімерного органічного матеріалу товщиною не менше 100-120 мкм. В результаті забезпечується отримання якісних сферичних напівоболонок із хімічно активних тугоплавких металів. 2 з. п. ф-ли, 1 іл., 1 табл.
Винахід відноситься до галузі технологій виготовлення виробів обробкою тиском і може бути використане для виготовлення напівсферичних деталей з фрагментів.
Відомий спосіб виготовлення виробів сферичної форми (а.с. СРСР № 473551, МПК 21 D 51/08, публ. БІ № 22/76 від 14.06.75 р.), що включає попереднє виготовлення фрагментів сфери формуванням цільних листів під тиском зподальшим з'єднанням фрагментів сфери за умов зварювання.
Недоліком відомого способу є недостатньо висока технологічність процесу формування фрагментів у разі використання як вихідний матеріал хімічно активного металу, відсутність умов формування заготовок з хімічно активних металів.
Відомий як найбільш близький аналог до заявленого винаходу спосіб виготовлення напівсферичних оболонок з металів, що включає підготовку заготівлі та її деформування (DE 2946152 А1, 21.05.1981, B 21 D 51/08).
Недоліком прототипу є відсутність умов забезпечення можливості виготовлення деталей з тугоплавких та хімічно активних металів, підвищення міцності з'єднання фрагментів таких металів.
Завданням винаходу є розробка ефективного способу отримання якісних сферичних напівоболонок із хімічно активних тугоплавких металів.
Новий технічний результат, що забезпечується при використанні способу, що заявляється, полягає в забезпеченні можливості виготовлення деталей з тугоплавких і хімічно активних металів, таких як лантаноїди, підвищенні міцності з'єднання фрагментів за рахунок поліпшення технологічності процесу формування і точності відтворення показників сферичності готових виробів,
Додатковий технічний результат полягає у підвищенні технологічності процесу формування за рахунок забезпечення бездефектного вилучення відформованих сегментів з прес-форми та умов підвищення точності відтворення показників сферичності напівоболонок.
Додатковий технічний результат полягає у підвищенні ефективності захисту готових виробів від агресивних факторів середовища.
Зазначені завдання та новий технічний результат забезпечуютьсятим, що у відомому способі виготовлення напівсферичних оболонок з металів, що включає підготовку заготівлі та її деформування, згідно з винаходом в якості заготівлі використовують розрахункову кількість заготовок фрагментів напівсферичної оболонки, виконаних з хімічно активного металу групи лантаноїдів, які готують в ємності з інертною атмосферою , деформування заготовок фрагментів напівсферичної оболонки, в результаті якого формують сегменти, виробляють шляхом багатоступеневої термокомпресійної обробки в інертній атмосфері з витримкою на кожному ступені протягом розрахункового часу, при цьому в процесі зазначеної термокомпресіонної обробки послідовно в герметичній прес-камері здійснюють нагрівання сегментів 180-250°С при тиску не менше 300 МПа, охолодження та зняття тиску, подальший нагрівання заготівлі до температури 280-320°С при тиску не менше 300 МПа і подальше продовження нагрівання до температури 350-450°С, отримані в результаті деформування сегменти по черзі з'єднують з отриманням осесиметричної напівсферичної оболонки в умовах локального термовпливу лазерним променем на крайові ділянки сегментів, після чого отриману оболонку піддають механічній обробці для коригування геометричних характеристик і усунення похибок з'єднувальних швів, а на внутрішню і зовнішню поверхні оболонки -120 мкм на основі органічного полімерного матеріалу.
Крім того, деформування ведуть у прес-формі, поверхню якої обробляють антиадгезивом у вигляді графітового мастила, а в якості полімерного органічного матеріалу покриття використовують лак.
Винахід пояснюється графічними матеріалами, де на фіг 1зображено заготівлю фрагмента оболонки (1), напівфабрикат сегменту (2), сегмент після термопресування (3), готову сферичну напівоболонку (4).
Попередньо беруть цілий злиток хімічно активного металу з групи лантаноїдів і в ємності з інертною атмосферою поділяють його на необхідну кількість заготовок фрагментів напівсферичної оболонки необхідного розміру і маси, які поміщають в закриту порожнину прес-форми, оброблену для обробки.
У порожнині прес-форми створюють інертну атмосферу, щоб уникнути хімічної взаємодії активного металу з агресивними факторами довкілля. Потім здійснюють деформування вихідних заготовок для перетворення їх у сегменти - заготовки для сферичних напівоболонок в умовах багатоступеневої термокомпресійної обробки в такий спосіб.
Спочатку обробку заготовок проводять при температурі 180-250°З тиску не менше 300 МПа, чергуючи таку операцію з подальшим охолодженням і зняттям тиску, при цьому напівфабрикат витягують з прес-форми. Потім нагрівають заготовки, знову поміщаючи їх у порожнину прес-форми при 280-320°З тиску не менше 300 МПа після чого продовжують нагрівання до температури 350-450°.
Витримку на кожному ступені виробляють протягом розрахункового часу, характерного для кожного рівня.
Як показали експерименти, такий багатоступінчастий режим деформування вихідних заготовок та виготовлення сегментів в інертному середовищі сприяє захисту від агресивних факторів середовища та оптимальним умовам з'єднання.
Остаточне почергове з'єднання заготовок сплавленням з отриманням осесиметричної напівсферичної оболонки виробляють в умовах локального термодії лазерним променем на крайовіділянки сегментів. Після з'єднання всіх фрагментів готову сферичну напівоболонку її піддають подальшій механічній обробці з коригуванням геометричних характеристик по сферичності і плавності сполучення, з усуненням похибок шва в стикових з'єднаннях.
Готові сферичні напівоболонки поміщають в камеру і покривають внутрішню і зовнішню поверхні виробів шаром покриття товщиною не менше 100±20 мкм на основі полімерного органічного з'єднання методом пневморозпилення у вакуумі.
Після нанесення покриття виробу піддають сушінню до повного затвердіння полімерного покриття. Як показали лабораторні випробування, найбільш ефективним є використання лаку як полімерний матеріал шару захисного покриття.
Після цього партію зразків відбирають для контрольних випробувань ефективності захисту від агресивних факторів середовища та суцільності шару покриття.
Контрольні випробування забезпечення сферичності проводять візуально вимірювальним методом з використанням еталона у вигляді сферичної деталі. Випробування суцільності та міцності захисного покриття проводять шляхом витримки в хімічних середовищах та в атмосфері агресивних агентів.
Таким чином, здійснення всіх заходів та умов заявляється способу дозволяє забезпечити можливість виготовлення деталей з тугоплавких і хімічно активних металів, таких як лантаноїди, підвищення міцності з'єднання фрагментів за рахунок поліпшення технологічності процесу формування, і точності відтворення показників сферичності готових виробів. Крім того, додатковий технічний результат при використанні способу, що заявляється, полягає в підвищенні технологічності процесу формування за рахунок забезпечення бездефектного вилучення відформованих сегментів з прес-формита умов підвищення точності відтворення показників сферичності напівоболонок.
До інших техніко-економічних переваг заявляється способу відноситься виключення необхідності залучення складної апаратури та оснащення для пресування та калібрування великогабаритних напівсфер, зменшення екологічної небезпеки виробництва виробів з хімічно активних матеріалів.
Можливість промислового застосування підтверджується такими прикладами.
приклад. В лабораторних умовах здійснення запропонованого способу було реалізовано виготовленням макета тонкостінної сферичної напівоболонки з матеріалу цільного зливка церію марки "ЦЕМ" - 1, ТУ 48-4-216-72, з якого вирубують в інертному середовищі (аргон) первинні циліндричні заготовки розміром 5 ×45 мм, об'ємом
110 см 3 вагою
760 г у розрахунковій кількості n=5 штук.
Прес-форму попередньо обробляють антиадгезивом, в якості якого застосовано графітове мастило - колоїдно-графітовий матеріал за ОСТ 6-08-429-74.
Цю заготовку поміщають у порожнину замкнутої прес-форми, в атмосферу камери, в якій знаходиться прес-форма, подають інертний газ (аргон) і виробляють первинне нагрівання до 180-250°З тиском не менше 300 МПа. Потім форму охолоджують і знімають тиск, потім напівфабрикати заготовок-сегментів знову нагрівають до температури 300°С при тиску не менше 300 МПа, після чого продовжують нагрівання до температури 400°З витримкою на кожному ступені протягом розрахункового часу (в умовах даного прикладу 180 хвилин відповідно на кожному щаблі).
Остаточне послідовне з'єднання заготовок сегментів виробляють сплавленням в умовах локального термовпливу лазерним пучком на крайові ділянки сегментів сферичних напівоболонок. Зварювання ведутьметодом точкової прихватки лазерним пучком, подальшого зварювання елементів безперервним швом для подальшої механічної обробки.
Для цього використовують установку для лазерного зварювання.
Далі проводять калібрування напівоболонки за сферичністю за еталонним зразком сферичної деталі та контроль суцільності стикового з'єднання. Похибки зварного з'єднання в стику видаляють механічною обробкою з використанням токарного верстата. У процесі механічної обробки забезпечується доведення виробу до необхідної геометрії сфери.
На внутрішню та зовнішню поверхню підготовлених таким чином сферичних напівоболонок наносять захисне покриття також в інертному середовищі (аргон) на основі лаку НЦ-218 методом пневморозпилення у вакуумі. Ефективність захисного покриття визначали за умовами ГОСТ 21472-81 (оцінка стійкості покриття в умовах впливу 100% вологості).
Конкретні режими процесу одержання готових виробів наведено у таблиці.
Як показали лабораторні дослідження використання запропонованого способу забезпечує можливість виготовлення деталей з тугоплавких та хімічно активних металів, таких як лантаноїди, підвищення міцності сполуки фрагментів за рахунок поліпшення технологічності процесу формування, і точності відтворення показників сферичності готових виробів. Крім того, забезпечено підвищення технологічності процесу формування за рахунок забезпечення бездефектного вилучення відформованих сегментів з прес-форми та умов підвищення точності відтворення показників сферичності напівоболонок та ефективний захист готових виробів.
1. Спосіб виготовлення напівсферичних оболонок з металів, що включає підготовку заготовки та її деформування, який відрізняється тим, що як заготовкавикористовують розрахункову кількість заготовок фрагментів напівсферичної оболонки, виконаних з хімічно активного металу з групи лантаноїдів, які готують в ємності з інертною атмосферою, деформування заготовок фрагментів напівсферичної оболонки, в результаті якого формують сегменти, виробляють шляхом багатоступеневої термокомпресійної обробки в інертній атмосфері протягом розрахункового часу, при цьому в процесі зазначеної термокомпресіон обробки послідовно в герметичній прес-камері здійснюють нагрівання сегментів до початкової температури 180÷250°С при тиску не менше 300 МПа, охолодження і зняття тиску, наступний нагрівання заготовки до температури 280÷320° При тиску не менше 300 МПа і подальше продовження нагріву до температури 350÷450°С, отримані в результаті деформування сегменти по черзі з'єднують з отриманням осесиметричної напівсферичної оболонки в умовах локального термовпливу лазерним променем на крайові ділянки сегментів, після чого отриману оболонку піддають механічно коригування геометричних характеристик та усунення похибок сполучних швів, а на внутрішню та зовнішню поверхні оболонки методом пневморозпилення наносять покриття товщиною не менше 100÷120 мкм на основі органічного полімерного матеріалу.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що деформування ведуть у прес-формі, поверхню якої обробляють антиадгезивом у вигляді графітового мастила.
3. Спосіб за будь-яким з пп.1 і 2, який відрізняється тим, що в якості полімерного органічного матеріалу покриття використовують лак.