×
20.06.2019
219.017.8d02

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО ОБРАЗЦА НА ОСНОВЕ СВМПЭ И ОБРАЗЕЦ, ПОЛУЧАЕМЫЙ ТАКИМ СПОСОБОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении металлополимерных объемных образцов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). В матрицу частями засыпают порошок СВМПЭ. Между частями порошка размещают металлические вставки. После засыпки каждую часть порошка предварительно уплотняют. Затем матрицу с предварительно уплотненными частями порошка и металлическими вставками нагревают до температуры 120-190°С и осуществляют циклическое ударное прессование в течение 1-4 минут с получением металлополимерного образца. Далее матрицу с полученным металлополимерным образцом охлаждают под постоянным давлением до температуры, не превышающей 50°С, и извлекают образец из матрицы. В результате обеспечивается повышение прочности комбинированных конструктивных изделий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Настоящее изобретение относится к машиностроению и, в частности, к способу соединения металлических деталей с пластмассами циклическим ударным объемным прессованием.

Ряд деталей, используемых во многих областях промышленности, характеризуется наличием соединения пластмассы с металлическими деталями. Причины создания подобного соединения различны. Например, металлополимерная накладка, используемая при стыковке железнодорожных рельсов, обеспечивает жесткость, способность выдерживать динамические и статические нагрузки стыкового соединения за счет металлической вставки, и надежную электроизоляцию, которую дает полимерное покрытие [Светозарова И.В. Изолирующие стыки с металлополимерными накладками // Вестник ВНИИЖТ. 2011. №1. С. 40-43].

Металлополимерные детали используют также при соединении различных деталей, таких как металлические клапаны, металлические фитинги или металлические трубы, с трубами или фитингами из пластмассы. Весьма перспективным является использование металлополлимерных деталей при создании различного рода триботехнических пар, а также их применение в коррозионных средах.

Физические свойства и прочностные характеристики металлов и пластических масс значительно различаются, и, как следствие, получение прочного и долговременного соединения между такими деталями не является простой задачей.

Известен способ изготовления комбинированных конструктивных элементов из композиционных материалов на основе металлов и полимеров [патент РФ №2441098, МПК С23C 28/00; В32B 15/04, опубл. 27.01.2012 г.]. Металлы соединяют с полимерами посредством клеев-расплавов. При этом на металл по всей поверхности или частично наносят покрытие из клея-расплава посредством электростатического пистолета-распылителя или посредством соответствующей лаковой системы и расплавляют. Технический результат заключается в повышении прочности соединений комбинированных конструктивных элементов, состоящих из металлов и полимеров.

Недостатком данного метода является сложность его осуществления, необходимость применения клеевых соединений.

Известен способ получения металлополимерного нанокомпозиционного материала путем взрывного прессования [патент РФ №2452593, МПК B23F 3/08; D23K 20/08; В82В 3/00, опубл. 10.06.2012 г.]. Металлополимерный материал получают из порошков с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ). Прессуемую порошковую металлополимерную смесь, содержащую 60-90% металлического порошка, засыпают в контейнер особой конструкции, используют ВВ со скоростью детонации 3800-4120 м/с. Полученный материал, имеющий форму пластины, обладает высокой твердостью и износостойкостью и может быть использован в промышленности для изготовления пар трения.

Недостатком данного метода является его сложность, обусловленная необходимостью использовать технологическую оснастку специальной конструкции одноразового действия и трудоемкостью извлечения готового материала из контейнера; при этом распределение металлического порошка по всему объему снижает общую прочность материала. Кроме того, имеются трудности в выполнении жестких требований по работе с ВВ.

Известен способ создания композиционных соединений металл-СВМПЭ [Лагерева Д.И., Д.А. Михайлов и др. Оценка деформирования СВМПЭ для создания композиционных соединений // Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3. С.429 - 432], в котором для соединения использовали заготовки, требующие по завершении процесса минимальной доработки. На одной из сторон металлической детали выполняли выемку типа «ласточкин хвост», на которую накладывали деталь из СВМПЭ. Затем при воздействии температуры и давления, обеспечивающих деформирование полиэтилена, получали требуемое соединение. Недостатком метода является необходимость предварительного изготовления заготовок деталей из СВМПЭ и металла, а также ограниченность возможности применения соединительных элементов типа «ласточкин хвост».

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату и принятый за прототип является метод получения объемных образцов из порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена циклическим ударным прессованием (ЦУП) [Злобин Б.С., Штерцер А.А. и др. Циклическое ударное прессование порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Прикладная механика и техническая физика. 2017. Т. 58. №3. С. 68-76], согласно которому разгоняемый до большой скорости металлический ударник наносит через пуансон серию ударов по порошку, помещенному в матрицу. Работы проводили на опытной установке, специально спроектированной и изготовленной для брикетирования порошковых материалов. Были исследованы прочностные свойства полученных образцов, которые не уступают прочностным свойствам изделий, получаемых промышленным методом горячего прессования.

Настоящее изобретение обеспечивает решение возникающих сложностей при изготовлении и обеспечивает механическую прочность готовых образцов, включающих металлические и пластмассовые компоненты. Также оно дает дополнительное направление в создании новых конструкционных материалов.

Техническое решение задачи основано на применении метода циклического ударного прессования (ЦУП), при котором в порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) помещают металлические детали-вставки с заранее заданной необходимой формой.

Предлагаемое изобретение поясняется графическим материалом.

Фиг. 1. Фото объемного образца с цилиндрической вставкой:

а - исходный объемный образец;

b, с - объемный образец с технологической шпилькой.

Фиг. 2а. Фото фрагмента объемного образца с плоскими перфорированными вставками.

Фиг. 2b. Фото фрагмента плоской перфорированной вставки.

На Фиг. 1, 2 металлическая и полимерная компоненты обозначены цифрами 1 и 2 соответственно.

Последовательность операций в заявленном способе следующая: в матрицу насыпают необходимое количество порошка СВМПЭ и уплотняют на прессе. На поверхность уплотненного таким образом порошка помещают одну или несколько металлических вставок 1, которые могут быть в виде (фиг. 1) объемных деталей со специально подготовленной поверхностью или (фиг. 2) плоских тонких перфорированных пластин. Затем насыпают и уплотняют следующую часть необходимой массы порошка. При размещении нескольких вставок на разном уровне поверх каждой добавляют и уплотняют необходимое количество порошка.

Матрицу, с предварительно уплотненными частями порошка и находящуюся (-иеся) между ними металлическую(-ие) вставку(-и), закрывают пуансоном, (сборку) помещают в печь и нагревают до температуры в пределах +120÷+190°С. После нагрева производят циклическое ударное прессование в течение 1÷4 минут. Количество циклов (ударов) зависит от размеров прессуемого образца. Далее сборку, не извлекая из установки и не снимая статическое давление (~ 4 т), охлаждают до температуры не более +50°С. Из охлажденной пресс-формы готовый объемный образец извлекают с помощью специального толкателя.

Выбор СВМПЭ обусловлен тем, что он находит широкое применение в современном машиностроении за счет уникальных физико-механических характеристик, а металл (или сплав) для вставок и их форму определяют конкретными решаемыми задачами.

Реализуемость заявленного способа получения металлополимерных объемных образцов на основе СВМПЭ, а также подтверждение их высоких механических характеристик показаны на примерах 1 и 2.

Пример 1. Работа по получению объемных образцов согласно заявляемому способу проводили на гидропневматической установке, спроектированной и изготовленной в Конструкторско-технологическом филиале Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН для брикетирования порошковых материалов. Использовали порошок СВМПЭ марки GUR 4150 (изготовитель - компания Ticona) с молярной массой 3,9⋅106 г/моль и размером частиц 120÷140 мкм. Прессование порошка производили в цилиндрической пресс-форме с диаметром рабочей камеры 40,5 мм. Общий вес порошка составлял 26 г, в пресс-форму его поместили двумя примерно одинаковыми навесками. После засыпки и выравнивания первой части порошок уплотнили через плунжер статическим давлением около 4-х тонн, которое обеспечивает используемая установка. Затем на поверхности уплотненного порошка горизонтально поместили вставку - стальную трубку с наружной диаметром 8 мм, внутренним - 5 мм и длиной 40 мм. Для наилучшего закрепления в СВМПЭ на наружной поверхности трубки предварительно была выполнена резьба М8 и сделаны через ~ 120° продольные риски глубиной ~ 0,5 мм. После размещения вставки в пресс-форму засыпали оставшийся порошок и повторили уплотнение теперь уже всего содержимого пресс-формы. Полученную сборку (пресс-форму, порошок и вставку) выдержали в термошкафу при температуре +140±3°С ~ 2,5 часа, а затем порошок с помещенной в него вставкой прессовали на ударной установке в течение 3-х минут. Далее сборку, не извлекая из установки и не снимая статическое давление (~ 4 т), охлаждали до температуры ниже +50°С. Из охлажденной пресс-формы готовый объемный образец (фиг. 1а) извлекли с помощью специального толкателя.

Для проверки прочности соединения «вставка - СВМПЭ» (фиг. 1а, b, с) на внутренней поверхности вставки выполнили резьбу М5, вкрутили в нее шпильку. Испытания проводились на установке ZDM-5 при постоянной скорости движения захвата 6,5 мм/мин, прикладывая усилие между полиэтиленовым диском и шпилькой. При нагрузке 850 кгс произошел разрыв шпильки, при этом вставка сохранила свое местоположение в полиэтиленовом диске, что показывает высокую прочность испытуемого соединения и подтверждает выполнимость поставленной задачи и эффективность ее реализации.

На фиг. 1b и 1с показан образец с технологической шпилькой до (b) и после (с) испытания на прочность соединения «вставка - СВМПЭ».

Пример 2. Работа по изготовлению объемного образца с плоскими перфорированными вставками выполняли на том же, что и в примере 1 оборудовании, порошок СВМПЭ использовали той же серии (GUR 4150), режимы механического и температурного воздействия также не менялись. Отличие состояло в том, что прессование порошка производили в цилиндрической пресс-форме с диаметром рабочей камеры ~ 61 мм, первоначальная масса порошка (~ 40 г) была разделена на три примерно одинаковые порции, а вставками являлись две круглые перфорированные пластины диаметром ~ 60 мм, изготовленные из титанового листа толщиной 0,8 мм. Степень их перфорации составляла ~ 40% при диаметре отверстий 2,6 мм. Последовательность операций сохранялась прежней - засыпка порошка СВМПЭ в пресс-форму, его уплотнение, размещение вставки, засыпка порошка, его уплотнение и т.д.

На фото фиг. 2а показан фрагмент полученного образца, на фото фиг. 2b - фрагмент перфорированной титановой вставки (титан, толщина 0,8 мм). Расслоений в месте контакта вставок и СВМПЭ, а также во всем объеме образца не обнаружено, что говорит о качественном соединении титановых пластин и полиэтилена.

Заявленный способ может найти применение в машиностроении при изготовлении комбинированных конструктивных изделий (втулок, прокладок, сопел и др.), состоящих из металлических деталей (узлов) и СВМПЭ.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО ОБРАЗЦА НА ОСНОВЕ СВМПЭ И ОБРАЗЕЦ, ПОЛУЧАЕМЫЙ ТАКИМ СПОСОБОМ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО ОБРАЗЦА НА ОСНОВЕ СВМПЭ И ОБРАЗЕЦ, ПОЛУЧАЕМЫЙ ТАКИМ СПОСОБОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-9 из 9.
20.05.2014
№216.012.c545

Взрывомагнитный генератор

Взрывомагнитный генератор содержит деформируемую спираль, состоящую из двух соосных, расположенных друг над другом и индуктивно связанных частей. Нижняя спираль является полностью деформируемой и образует рабочую полость генератора, а верхняя спираль образует частично деформируемую зону...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516260
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.07.2014
№216.012.da84

Способ испытания устройств ударного действия и стенд для его реализации

Изобретение относится к способам и устройствам для исследования работоспособности и надежности устройств ударного действия. Сущность: сваебойный молот располагают на стенде с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси, а энергопоглотитель располагают под шаботом молота соосно с последним....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521718
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2015
№216.013.64be

Способ получения тяги

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к способам получения тяги в жидкости, преимущественно в воде. Для получения тяги в водной среде создают направленный поток в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ. Осуществляют инжекцию компонентов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557337
Дата охранного документа: 20.07.2015
12.10.2019
№219.017.d4e7

Газовыпускной клапан камеры для обработки материалов энергией взрыва

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технике вентиляции металлических взрывных камер (ВК). Газовыпускной клапан (ГК), выполненный в виде корпуса с седлом (С), соединенный со стенкой камеры (К), имеющий подвижный затвор (З), открывающийся внутрь полости (К), где сопрягаемые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702600
Дата охранного документа: 09.10.2019
20.12.2019
№219.017.ef89

Установка для отрезки концевых деталей отработавших тепловыделяющих сборок

Изобретение относится к радиохимической промышленности и предназначено для использования в технологической линии промышленной переработки отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС). Установка для отделения концевых деталей ОТВС содержит защитную пробку, кронштейн, подвижный прижим, наружные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709187
Дата охранного документа: 17.12.2019
12.04.2023
№223.018.4951

Способ изготовления объёмного металлополимерного образца на основе порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ)

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к способу изготовления объемных металлополимерных образцов циклическим ударным прессованием (ЦУП) порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Описан способ изготовления объемного металлополимерного образца на основе порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002786672
Дата охранного документа: 23.12.2022
16.05.2023
№223.018.5df8

Установка для исследования процессов взрыва с использованием синхротронного излучения

Изобретение относится к исследованию взрывчатых веществ, а именно к установке для исследования процессов взрыва. Установка для исследования процессов взрыва с использованием синхротронного излучения содержит горизонтально расположенную взрывную камеру с люками и окнами. Установка содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002758967
Дата охранного документа: 03.11.2021
16.05.2023
№223.018.5df9

Установка для исследования процессов взрыва с использованием синхротронного излучения

Изобретение относится к исследованию взрывчатых веществ, а именно к установке для исследования процессов взрыва. Установка для исследования процессов взрыва с использованием синхротронного излучения содержит горизонтально расположенную взрывную камеру с люками и окнами. Установка содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002758967
Дата охранного документа: 03.11.2021
23.05.2023
№223.018.6c86

Установка для резки отработавших тепловыделяющих сборок

Изобретение относится к радиохимической промышленности и предназначено для использования в технологической линии промышленной переработки отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), облученных в ядерных реакторах. Установка для резки отработавших тепловыделяющих сборок атомных реакторов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002732279
Дата охранного документа: 15.09.2020
Показаны записи 1-10 из 13.
10.03.2014
№216.012.aa3c

Установка и способ испытания материалов и покрытий на гидроабразивный износ

Изобретение относится к испытательной технике и используется для исследования воздействия гидроабразивных сред на материалы и покрытия. Установка содержит бак, гидроабразивную головку, держатель испытываемого образца, регулирующий расстояние от плоскости образца до гидроабразивной головки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509295
Дата охранного документа: 10.03.2014
13.01.2017
№217.015.917c

Токоподвод для электролизёров алюминия и способ его изготовления

Изобретение относится к токоподводу электролизера для производства алюминия и способу его изготовления. Токоподвод содержит алюминиевую штангу и стальную траверсу, соединенные биметаллическим переходником, изготовленным сваркой взрывом, при этом в биметаллическом переходнике, имеющем плоскую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605885
Дата охранного документа: 27.12.2016
19.01.2018
№218.016.028d

Уплотнительный узел разъема камеры для обработки материалов энергией взрыва

Изобретение относится к технике уплотнения разъемных соединений и может быть использовано, например, в камерах для обработки материалов энергией взрыва. Лабиринтное уплотнение выполнено в виде гребня, расположенного на одном фланце камеры, и ответного желоба, расположенного на другом фланце,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630150
Дата охранного документа: 05.09.2017
13.02.2018
№218.016.215b

Способ получения наноуглерода

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для получения наноуглерода. Способ включает подачу в реакционную камеру, выполненную в виде ствола, периодически закрываемого с одного и открытого с другого конца, со стороны закрываемого конца через систему быстродействующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641829
Дата охранного документа: 22.01.2018
04.07.2018
№218.016.6a82

Способ сварки взрывом композиции из малопластичных материалов

Изобретение может быть использовано при изготовлении взрывом биметаллических композиций из малопластичных материалов. Для исключения появления на границе соединения сдвиговых трещин сначала приваривают взрывом к плакирующему листу технологическую прокладку из меди, толщиной 0,3-0,5 мм. Затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659557
Дата охранного документа: 02.07.2018
29.06.2019
№219.017.9c86

Установка для детонационного напыления покрытий

Изобретение относится к устройствам для детонационного нанесения защитных покрытий на поверхности материалов и/или изделий. Задачей изобретения является создание взрывобезопасной установки для детонационного напыления покрытий с повышенным рабочим ресурсом. Для этого в установке для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399431
Дата охранного документа: 20.09.2010
29.06.2019
№219.017.9c8b

Установка для детонационного напыления покрытий

Изобретение относится к устройствам для детонационного нанесения защитных покрытий на поверхности материалов и/или изделий. Задачей изобретения является разработка высокопроизводительной, экономичной по газопотреблению, моноблочной установки для детонационного напыления покрытий. Для этого в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399430
Дата охранного документа: 20.09.2010
29.06.2019
№219.017.a06a

Импульсный дозатор порошка

Изобретение относится к устройствам для циклической дозированной подачи порошкового материала и касается импульсного дозатора порошка. Дозатор содержит бункер для порошка, герметичный корпус с каналами подачи сжатого газа, подвижно установленный в полости корпуса золотник и пневмопривод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002400310
Дата охранного документа: 27.09.2010
12.10.2019
№219.017.d4e7

Газовыпускной клапан камеры для обработки материалов энергией взрыва

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технике вентиляции металлических взрывных камер (ВК). Газовыпускной клапан (ГК), выполненный в виде корпуса с седлом (С), соединенный со стенкой камеры (К), имеющий подвижный затвор (З), открывающийся внутрь полости (К), где сопрягаемые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702600
Дата охранного документа: 09.10.2019
18.07.2020
№220.018.3419

Кумулятивный боеприпас

Изобретение относится к военной технике, а именно к боеприпасам кумулятивного действия, и может быть использовано для поражения бронированных целей. Технический результат заключается в повышении эффективности поражения бронированных целей, оснащенных динамической защитой. Кумулятивный боеприпас...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726761
Дата охранного документа: 15.07.2020
+ добавить свой РИД