RU1810260C - Способ изготовлени многослойных трубчатых изделий - Google Patents

Abstract

Использование: при изготовлении трубчатых многослойных изделий, преимущественно штоков гидро- и пневмоцилиндров. Сущность: способ предусматривает установку заготЪвкй из композиционного Mate- риала внутрь Трубчатой металлической заготовки , предварительно Нагретой до температуры Т ТР+20...30°С, где Тр - максимальна  рабоча  температура, и последующее совместное охлаждение металлической и углёпластиковой частей. Углепластикова  заготовка вылолнена с наружным диаметром, выбранным из усло « d do{1+(«M - «kKT-ToM где 1о .внутренний диаметр металлической части штока; а .м- а -разность коэффициентов теплового линейного расширени  металла И композита; Т-То - изменение . температуры металлической части шток-а в ; процессе работы; k - коэффициент, учитывающий разброс тёплофизических свойств мз терйалов ,0...1,1. 2 йл. .. «О е

Description

Изобретение относитс  к области изго товлени  трубчатых изделий, в частности многослойных, преимущественно штоков гидро-.и пневмоцйлиндров.

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках за счет создани  пол  требуемых остаточных напр жений , снижение массы издели  и упрощение способа изготовлени .

Способ осуществл ют следующим обра- зом, . . .. .. . ./

Шток гидроцилиндра выполн ют из металлической и композитной частей. В качестве композита может быть вз т жгутовый .углешастик КМУ-9 (волокно УКН-5000) поскольку он обладает наибольшими характеристиками удельной прочности (3 в/р , жесткости Е / р (где р -плотность, а в

- предел прочности, Е - модуль упругосттй). среди известных конструкционных матёрй1 алрв. На разборную оправку наматывают в окружном направлении углепластик до получени  необходимой толщины, отверждаютг св зующее и производ т механическую об-- работку, чтобы наружный диаметр углепла- стйкового сло  был несколько больше внутреннего диаметра металлической части штока при комнатной температуре

1-К «м- ak)fr-To)k.;.-.

Нагревают металлическую часть штока до температуры на 20„.30°С выше мальной рабочей (+140°С) дл  гарантии собираемости , а затем в нее устанавливают с минимальным за,зором композитную часть, сн тую с разборной оправки. Охлаждают

Ч:-.со

о

го

СК

о

собранное изделие до комнатной температуры , Поскольку тепловое расширение угле- пластикз почти отсутствует ( ), то охлаждение металла приводит к обжатию композита и раст жению металла, что обеспечивает существенное увеличение прочности штока при действии рабочего давлени  в гидроцилиндре. После охлаждени  производ т механическую обработку наружной поверхности штока (под хромирование или др.) до требуемого размера.

На фиг. 1 дан эскиз штока гидроцилиндра , получаемого предлагаемым способом, где 1 - металлическа  часть штока, 2 - композитна  часть штока; на фиг. 2а - напр женное состо ние после охлаждени  издели , на фи г. 26 - напр женное состо ние при действии рабочего давлени  Р, при этом из рассмотрени  условий равновеси  в окружном направлении и совместности деформировани  металлической и углепла- стиковой частей получим, что остаточные напр жени  в металле в окружном направлении равны.

.о ( «k - Ом) (Т - Тр) Ем К Сгфм- - ----7f---F --- , ;.. .Он CM

1 Ek

После охлаждени  собранного издели  с Т 160°С напр жени  в металле (сталь) ам 12 10 6 град/м, a , пусть при ,5 мм.

к

о (о -12 (- 140°V23000 1,1 ctyM -л----rfc . 2Ш-----

1 J ТЯШ

- 18,7 кгс/мм .

После приложени  рабочего давлени  Р 2,8 кгс/мм2

СЦ « 0° -2(.c) -Ш- + зд) 5 -6 КГС/ММ ..-

Таким образом, коэффициент запаса

увеличилс  с п

1,07 до п 20 18,7

-- - 3,3, т.е. почти в 3 раза. и р мо

Изготавлива  штоки гидроцилиндров предлагаемым образом, обеспечиваетс  не только их прочность, но и снижение массы. 5 Масса единицы длины цельнометаллического варианта пропорциональна то р-м, а комбинированного (многослойного) т р м х 5 м + p k б k Экономи  массы

.где б ми б k -толщины металла и компо- зита в стенке штока, а результирующие напр жени  равны:

p d штока

(dMTЈ)

В соответствии с предлагаемым способом в лаборатории Чел бинского политехнического института были изготовлены и испытаны штоки гидроцилиндров по предлагаемому способу и известному (цельнометаллический шток).Исходные данные: йштока 50 мм, продольное усилие нагружени  тс, рабочее давление кгс/см2.

V известного цельнометаллического варианта толщина стенки равна 5 0- 5 мм, материал-сталь30хГСА, сгв 110кгс/мм2, кгс/мм2 кгс/мм2, Ј 20000 кгс/мм2. Углепластик КМУ-9, Е 18000 кгс/мм, (78 150кгс/мм2,a k 80кгс/мм2. Плотность стали р ,8 г/см , композита ,6r/cM3После намотки и отверждени  углепла- етика заготовку обрабатывают до следую- щего размера

1+ а м- a kXl60°C-T0) k - 50х х§-К12 0)(1600С-200С 1.,092мм

РМ (до - м ) -/ k

5М

Зо

+ 1-А. . -р.

v X

Лт -0,246 0,38

+i-4

-0,5+ 1 .

,

gg

:

45

50

Дт#38%

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовлени  многослойных цилиндрических изделий, в частности штоков гидроцйлийдрбв, один из слоев которого - внутренний, выполнен из углепла- стика, позвол ет получить следующие преимущества:.

увеличение более чем в 3 раза прочности металлической части издели , а значит и самого штока гидроцилиндра в целом;

снижение массы гладкой части штока на 35-38%;

упрощение изготовлени  издели  из двух слоев: металлической и композиционной .

Следует отметить также, что применение данного способа изготовлени  фальшш- токов.(без осевого усили ) позвол ет использовать тонкостенные комбинированные штоки ( 5 м 0,3 мм), а экономи  массы составл ет 60...70% от массы цельнометаллического варианта.

Фор мул а изобретени  Способ изготовлени  многослойных трубчатых изделий, включающий изготовление заготовки намоткой на оправку композиционного волокнистого материала, (утверждение св зующего и механическую обработку, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества изделий за счет увеличени  его прочности, снижени  массы и упрощени  способа преимущественно при изготовлении штока гидроцилиндра, в качестве композиционного волокнистого материала используют углепластик. механическую обработку углепластиковой составл ющей заготовки осуществл ют до наружного диаметра, определ емого из выражени 

. с уу учучх хххххххуу { ххУХ.ХХ- Аг ХУУХ|

X X V Ч X X Х Ч Ч XVNJ

S g e $ee±MfsMs

smssss

ГТ f .r.f

Г t Т

. Н На м- tf kXTp-To)k ,

где do - внутренний диаметр металлической части штока;

«м «k - разность коэффициентов теплового линейного расширени  металла и композита;

Тр - Т0 - изменение температуры металлической части штока в процессе работы,

К-коэффициент, учитывающий разброс теплофизических свойств материаллов, К -1,0... 1,1, снимают углепластиковую составл ющую с оправки и устанавливают ее внутрь трубчатой металлической заготовки

штока, предварительно нагретой до температуры Т ТР+20...30°С, где Тр - максимальна  рабоча  температура, после чего осуществл ют их совместное охлаждение .

фиг:1

Фиг. I