книги из ГПНТБ / Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами

шает потребное удельное давление для их смятия (при совместной пластической деформации) и увеличивает, кроме того, общую поверхность схватывания. К достоин­ ствам механической очистки также следует отнести воз­ можность ее применения для обработки готовых арми­ рованных полуфабрикатов и изделий, гетерогенность строения которых исключает возможность применения многих других способов и средств очистки.

Ультразвуковая очистка означает применение коле­ баний частотой 20—40 кГц при очистке погружением в ванну. При ультразвуковой очистке процесс удаления окалины и других загрязнений с поверхности интенсифи­ цируется вследствие создания давления в жидкости до

200 ат.

Из многочисленных типов органических растворите­ лей практическое применение в процессах металлообра­ ботки нашли прежде всего полярные растворители — метилэтиленкетон, ацетон, спирт, а также невоспламеняющиеся хлорированные растворители, свойства кото­ рых приведены в табл. 42.

Таблица 42

Физические характеристики растворителей [91]

Недостатком хлорированных растворителей является их токсичность, высокая стоимость, опасность образова­ ния соляной кислоты при их взаимодействии с водой. Органические растворители быстро испаряются с очи­ щаемой .поверхности, позволяют вести очистку без при­ менения средств нагрева очистных растворов, почти не вызывают коррозии металла.

Хлорированные растворители могут применяться и в виде паров.

Температура паров приведена ниже, °С [91]:

риката на предварительно очищенные волокна наносят покрытия для уменьшения истирания, а значит, и ос­ лабления волокон, для облегчения схватывания их с матрицей, для придания волокнам коррозионной стой­ кости или некоторых других специфических свойств (теплостойкости, теплоотражательной способности и пр.). Особенно часто приходится наносить покрытия на во­ локна из тугоплавких металлов, а также на окисные, графитовые, карбидные и другие волокна с целью об­ легчения соединения по границам матрица — волокно.

Покрытие наносят на волокна различными способами. Например, очень эффективен процесс плазменного напы­ ления, который ведут в камере с защитной атмосферой. Покрытие из любых металлов наносится на поверхность волокон из металлических материалов, стекол, керамик и т. д. с большой скоростью, причем толщина покрытия поддается, очень точному регулированию. Недостаток этого способа нанесения покрытия заключается в там, что под воздействием потока плазмы в волокнах возни­ кают термические напряжения.

Наносить металлическое покрытие на волокна мож­ но в реакционной камере с индукционным обогревом с нейтральной атмосферой углекислого газа. Этот про­ цесс носит название металлизации волокон в газовой фазе.

Менее целесообразны, но применимы методы погру­ жения волокон в расплав металла-покрытия, а также газопламенные и электродуговой методы нанесений по­ крытий. Материал покрытия в последних случаях рас­ плавляется соответственно пламенем газовой горелки либо электрической дугой и наносится .потоком газа, направляемым на подложку с уложенными на ней волокнами. Эти методы не применяются для нанесения тугоплавких покрытий. При необходимости нанесения покрытий на волокна без возникновения термических напряжений используют гальванический метод.

В случае периодической обработки непрерывных во­ локон (например, проволоки) очистку можно произво­

132

дить с помощью приспособлений, подобных изображен­ ному на рис. 60*.

Проволока с катушки 1, установленной на свободно вращающейся оси, поступает, огибая свободно вращаю-

Рис. 60. приспособление для очистки поверхности непрерывных волокон

на приемной катушке 6, установленной на приводной оси. Оси роликов, находящихся в каждой ванне, смон­ тированы на металлической раме 7, которая при необ­ ходимости легко извлекается из ванны (например, при очистке ванны). Для обеспечения натяжения нити про­ волоки и плотной намотки на приемную катушку сво­ бодное (инерционное) вращение питающей катушки ог­ раничивалось упругим тормозящим элементом 8. Ско­ рость движения проволоки устанавливали такой, чтобы обеспечить качественную очистку.

Корректировать время очистки можно, изменяя диа­ метр катушек приемной части и используя различное количество роликов в ванне очистки.

В случае использования ограниченных по размерам элементов из матричного материала и волокон большой

* Вместе с авторами в разработке этого приспособления уча­ ствовали В. С. Соколов, М. Н, Соколов, В. А. Носов.

133

волокон может быть совмещена со сборкой заготовок в соответствии со схемой, показанной на рис. 61.

Волокно с приводной питающей катушки 1, установ­ ленной на приводной оси, проходит проводковые роли­ ковые устройства 2 и <3 и попадает в ванну очистки 4,

Рис. 61. Схема непрерывной очистки волокон большой длины и подачи к оборудованию для сборки компонентов армированного материала

где установлены ролики 5, и моющий или травильный раствор перемешивается двухлопастным винтом 6, за­ тем промывается в ванне 7, в которой оно проходит, огибая ролики 5, поступает в камеру сушки 8 (с электро­ нагревательной системой), проходит многороликовое устройство 2 для накопления длины волокна (при уста­ новке других элементов из матричного материала) и, наконец, поступает в устройство 10 для получения сборньпсзаготовок. \

"Сборка заготовок — также очень важная операция, так как неправильное введение волокон между элемен­ тами из матричного материала неизбежно приведет к появлению ослабленных участков по следующим при­ чинам:

а) на участке, где волокна расположены с увеличен­ ным шагом (т. е. где расстояния между волокнами

ослабление; в) при наложении волокон друг на друга или их

перехлестах в результате совместной пластической деформации на этих участках волокна разрушаются и по­ является ослабленный участок в армированном изде­ лии.

При проведении лабораторных исследований или при получении мелких армированных плоских деталей можно пользоваться приспособлениями, подобными по­

134

казанному на рис. 62*. Пластину из матричного мате­ риала укладывают на плиту 1, которая в овою очередь установлена на плите-основании 2 с отверстием много­ угольного сечения. В это отверстие входит штырь, жестко соединенный (например, при помощи сварки) с

3 6’). Нити волокон или проволоки укладывают поверх очередной пластины из матричного материала 4 и про­ пускают в прорези гребенок 5.

При необходимости получения заготовок с различ­ ным послойным расположением волокон после укладки каждого ряда производят перестановку (поворот в го­ ризонтальной плоскости) промежуточной плиты /.

Достоинства рассмотренного приспособления заклю­ чаются в том, что онопозволяет получать образцы с различным послойным расположением волокон. Однако в изделиях с различно ориентированными волокнами эффект армирования (особенно по удельным характе­ ристикам) невелик. К недостаткам рассмотренного приспособления следует отнести малую производитель­

участие В. М. Савельев и А. А. Дунаев.

135

армированных полуфабрикатов намоткой рядов воло­ кон на элементы ( например, пластины) из матричного материала [92, 93] (рис. 63). Сборку заготовок шири­ ной до 300 мм легко осуществляют на токарных стан­ ках. Сначала волокна наматывают на центральную пластину, закрепленную в патроне станка и задней баб­ ке с помощью фланцевых зажимов, болтовых соедине­

ний предварительно про-’ сверленных в пластинах от­ верстий. Для закрепления переднего конца волокна в углу пластины сверлится от­ верстие.

получали указанным способом заготовки с большим чис­ лом слоев волокон (до 16 слоев). Волокно наматы­ вается вследствие вращения заготовки вместе с патро­ ном станка и прохождения волокна через проводку, за­ крепленную в резцедержателе станка, работающе­ го в режиме нарезания резьбы. Намотку можно вести

сшагом, равным диаметру волокон (плотная намотка),

ис большим шагом (неплотная намотка).

После окончания последней намотки устанавливают обладки, снимают стягивающие болты и заклепывают пакет. Клепку можно производить как вручную, так и на прессе.

Этот способ получения заготовок позволяет варьи­ ровать объемную долю волокон шагом намотки, диа­ метром волокон, количеством их слоев, а также толщи­ ной пластин из матричного материала.

При получении пластин из жаропрочных никелевых сплавов, армированных тугоплавкими волокнами, применяют другую схему сборки заготовок (рис. 64).

Нечетное число листов из матричного сплава с после­ довательно намотанными волокнами располагают в

136

полости рамки, устанавливают краевые пластины (об­ кладки). Элементы скрепляют, устанавливая зажимы, являющиеся временными фиксаторами, а окончательно соединяют кромки элементов дуговой сваркой в среде инертного газа. После сварки, обеспечивающей, кроме

скрепления, герметизацию сборной заготовки, зажимы снимают.

и поперечным направлением волокон в слоях. Для это­ го после установки каждой новой пары пластин необ­ ходимо изменять положение пакета на 90°.

обходимость использования 'центральной пластины отно­ сительно большой толщины во избежание ее изгиба, особенно при получении крупных заготовок, что огра­ ничивает достижимые объемные доли волокон (^3 5 % ).

* В создании намоточного устройства для получения крупных заготовок вместе с авторами принимали участие Г. В. Федоров, В. А. Евсеев, О. И. Качайник.

137

Этот недостаток можно ликвидировать используя способ сборки и приспособления, показанные на рис. 66. Пакет, состоящий только из тонких матричных пластин, можно наматывать с помощью устройства, изо­ браженного на рис. 65. Концевые участки свободно вра­ щающегося элемента 1 (см. рис. 66,а) и приводного

обкладками

элемента крепления 2 соединяют планками 3, толщина которых соответствует толщине будущей заготовки, за вычетом общей толщины краевыхпластин (обкладок). Ширину планок выбирают в зависимости от их толщи­ ны, диаметра и жесткости волокон. Планки укрепляют на элементах 1 и 2 с помощью болтовых соединений 4. Болты на одной стороне (например, сверху) входят в прорези и могут смещаться в направлении оси враще­ ния на небольшое расстояние. Концевые участки цланок имеют ступенчатую форму (см. рис. 66, вид А). На установочные плоскости 5 элементов крепления с по­ мощью болтовых соединений (см. рис. 66, б) (болты входят в отверстия 7) крепится тонкая центральная пластина 8. Середина толщины пластины 8 совпадает с серединой толщины планок 3. При намотке слоев во­

138

локон 9 (см. рис. 66, в, г) натяжение испытывают план ки, коробления (или изгиба) центральной пластины за­

крепления к планкам 3 с помощью болтовых соединений 12. Болты вводят в отверстия 13. Затем на места уста­ новки болтовых соединений 7 и 12 поочередно устанав­ ливают заклепки.

После деформации сборной заготовки и получения компактного армированного полуфабриката (например,

Однако знание этого параметра предполагает множест­ во вариантов составления многослойной армированной заготовки. Учитывая, что прокатку можно производить в любом направлении, очевидно, наиболее целесообраз­ но получать заготовки с плотной намоткой волокон с тем, чтобы обеспечить ее наибольшую компактность по

139

сечению. Это особенно важно при производстве арми­ рованных полос больших размеров.

Тогда исходное сечение заготовки с плотно намотан­

заготовок волокна непрерывны и имеют длину, равную

Sf„ + SfB

Так как заготовку с плотной намоткой можно счи­ тать состоящей из п вертикальных пакетов с шириной, равной диаметру волокна (где гп — число 'волокон в одном слое), объемную долю волокон можно, опреде­ лить, не учитывая общую ширину пакета:

яdl

----- п

140