Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku, konštrukčný prvok a jeho použitie

Číslo patentu: 286220

Dátum: 07.05.2008

Autori: Simančík František, Jerz Jaroslav

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Vynález predstavuje spôsob výroby konštrukčného prvku vyrobeného z tvárniteľného celulárneho materiálu (2), akým je najmä kovová pena, ktorý je spevnený vtlačením výstuh (1) v podobe mriežok, sietí, tkanín, sít, ťahokovov, dierovaných plechov, tyčí, drôtov, dutých profilov uzavretého prierezu alebo otvorených profilov do jeho povrchu.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka konštrukčného prvku z tvárniteľnćho celulámeho materiálu, ktorý je vystužený výstuhou,spôsobu jeho výroby a použitia.Doteraj ší stav technikySúčiastky vyrobené z kovových pien alebo iných celulámych materiálov majú často nevyhovujúce mechanické vlastnosti, pretože sú veľmi náchylne na katastrofálne porušenie pri ťahovom namáhaní. Je to dôsledok ľahkej iniciácie trhlín na povrchu pien tvorenom otvorenými pórmi, ktoré pôsobia ako koncentrátory napätia. Otvorené póry majú na povrchu všetky súčiastky, ktoré vznikli z odliatych kovových pien rezaním,sústružením, frézovaním alebo iným mechanickým opracovaním, ktorým sa narušíla relatívne súvislá pôvodná povrchová vrstva peny. Vlastnosti penových súčiastok sú však mnohokrát nevyhovujúce, aj keď sa povrchová vrstva nepodrobuje žiadnemu obrábaniu, pretože jej hrúbka je väčšinou nerovnomerná a vrstva často obsahuje množstvo mikrotrhlín. Z týchto dôvodov sa kovové celuláme materiály nedajú samostatne použit na výrobu konštrukčných dielov, a preto sa kovová pena V súčasnosti väčšinou používa len ako plnivo do dutých profilov alebo ako trvalé jadro sendvičov a odliatkov.Aby sa kovová pena dala použiť na konštrukčné účely, je potrebné spevniť jej povrch, najmä tú časť, ktorá je namáhaná ťahom. V súčasnosti sa na účely vystužovania povrchu rôznych kovových penových súčiastok používajú nasledovnć spôsobyMetóda, pri ktorej sa povrch kovovej peny vystuží v procese speňovania, je opísaná v rakúskom patente AT 408 317 B. Podľa tohto patentu sa konštrukčné súčiastky z penového kovu vyrábajú tak, že speniteľný polotovar vyrobený kompaktovaním zmesi prášku kovovej matríce a speňovadla sa vloží do dutiny speňovacej formy a ohreje sa na teplom tavenía, pri ktorej plyny uvoľňujúce sa zo speňovadla začnú vytvárať v kovovej tavenine bubliny. Keď sa do dutiny formy vloží pred speňovaním okrem speniteľného polotovaru najmenej jeden predmet, ktorého teplota tavenia je vyššia ako teplota tavenia speniteľněho polotovaru, V procese speňovania pena obtečie tento predmet a po jej stuhnutí ostane pevne spojený s kovovou penou. Keď sa pri tejto metóde použije kovová mriežka, tkanina, ťahokov alebo dierovaný plech priložený pred speňovaním k povrchu dutiny speňovacej formy, kovová pena v procese speňovania aspoň čiastočne pretečíe cez otvory v tomto vystužujúcom kovovom prvku a po jej stuhnutí ostane výstuha pevne spojená s kovovou penou.Nevýhodou tohto spôsobu je, že sa dá použiť len pri vystužovaní povrchu kovových pien v procese výroby penovej súčiastky. Dodatočné vystužovanie povrchov rezov týchto penových konštrukčných súčiastok sa touto metódou nedá uskutočniť. Podobne nie je pri tejto metóde možné použit ani výstuhu z materiálu, ktorého teplota tavenia je nižšia alebo rovnaká, ako je teplota tavenia peny. Napríklad vystužovanie povrchu hliníkovej peny hliníkovou rnriežkou by bolo v dôsledku roztavenia vystužujúcej mriežky neefektívne. Ďalšou nevýhodou je to, že môže dôjsť k zhoršeniu mechanických vlastností výstuhy vplyvom teploty alebo v dôsledku reakcie s roztavenou penou. Napríklad medená výstuha by sa pri tomto postupe čiastočne rozpustila v roztavenej hliníkovej pene, hoci teplota tavenia medenej výstuhy je vyššia ako teplota tavenia hliníka.Podľa metódy opísanej v nemeckom patente DE 4426627 C 2 sa do povrchu speniteľného polotovaru vyrobeného kompaktovaním zmesi prášku kovovej matrice a speňovadla zavalcujú vrstvy kovového materiálu, ktorý po spenení polotovaru ostane pevne spojený s povrchom kovovej peny. Týmto spôsobom sa dá povrch kovovej peny vystužovať tiež len v procese výroby penovej súčiastky. Keďže sa pri tejto metóde musí speniteľný polotovar roztaviť, taktiež môže dôjsť k zhoršeniu mechanických vlastností výstuhy vplyvom teploty alebo v dôsledku reakcie s roztavenou penou. Ďalšou nevýhodou tejto metódy je, že výstuha musí kopírovať povrch speniteľného polotovaru, v dôsledku čoho sa táto metóda nedá použit v prípadoch, keď tvar výstuhy neumožňuje, aby sa dala valcovaním spojit s povrchom speníteľného polotovaru. Navyše tvar a veľkost povrchu polotovaru musí byť rovnaký ako povrch peny po jeho expanzii, čo významne znižuje flexibilitu výrobného procesu a zvyšuje jeho cenu. Ani parciálne vystužovanie penových súčiastok v určitých miestach ích povrchu sa touto metódou uskutočniť nedá.Podľa dostupných informácií je posledným známym postupom vystužovania povrchu celulámych materiálov metóda, pri ktorej sa sendvič s jadrom z celulárneho materiálu vyrobí tak, že jedna alebo obidve povrchové vrstvy jadra z celulárneho materiálu sa spevnia tým, že sa k ním prilepí alebo prispájkuje plech, fólia, prípadne iná povrchová výstuha. Nevýhodou tejto metódy je, že sa pri nej musí bezpodmienečne použít lepidlo alebo spájka, čo významne obmedzuje teplotnú stabilitu vyrobenej súčiastky, znižuje jej odolnost proti korózii a zvyšuje výrobné náklady. Počas tuhnutia lepidla, resp. spájky, sa výstuha musí neustále pritláčat k povrchu jadra, čím sa predlžuje výrobný takt a takisto výrazne zvyšujú náklady.Uvedené nedostatky odstraňuje spôsob výroby konštrukčného prvku z tvárniteľného celulámeho materiálu podľa tohto vynálezu. Podstata tohto spôsobu spočíva V tom, že do povrchu polotovaru z tvámiteľného celulámeho materiálu, akým je napríklad kovová pena, sa vtlačí najmenej jedna výstuha, ktorej priemet plochy na povrch polotovaru je menší ako spevňovaný povrch, pričom sa časť spevňovaného povrchu pod vtláčanou výstuhou a v jej bezprostreduom okolí zdeformuje a aspoň čiastočne obopne výstuhu tak, aby ju vzniknuté pružné napätie upevnilo k celulámemu materiálu.Celulárny materiál, ktorého sa tento vynález týka, je pórovitý materiál pozostávajúci z tuhého materiálu vyplňujúceho priestory medzi plynovými dutinami, v ktorom tieto dutiny tvoria najmenej 60 jeho objemu. Tvámiteľný celulámy materiál je taký, pri ktorom je ťažnosť tuhého materiálu tvoriaceho steny pórov najmenej 2 , napriklad kovová pena vyrobená zo zliatin hliníka, horčíka, zinku, medi, titánu a pod., alebo pena vyrobená z ťažných polymérov alebo elastomérov.Výstuha, ktorou sa podľa predloženého vynálezu spevňuje povrch tvárniteľného celulámeho materiálu,môže mať tvar mriežky, siete, tkaniny, sita, ťahokovu, dierovaného plechu, drôtu, vlákna, tyče, alebo akéhokoľvek iného profilu uzavretého alebo otvoreného prierezu z tuhého materiálu. Dôležité je, aby priemet plochy výstuhy bol menší ako plocha povrchu celulárneho materiálu, do ktorého sa výstuha vtláča. Materiál výstuhy môže mať rovnaké alebo rozdielne chemické zloženie ako polotovar z tvárniteľného celulámeho materiálu.Ak sa tvámiteľný celulámy materiál, akým je najmä kovová pena, vystuží dutými proñlmi uzavretého prierezu napríklad v tvare rúrok s rôznym prierezom, môžu sa podľa predloženého vynálezu takéto výstuhy použiť na rozvádzanie plynu, kvapaliny, alebo zmesí plyn - tuhá látka, alebo kvapalina - tuhá látka, alebo plyn - kvapalina, pričom tuhá. látka je v podobe tuhých častíc, prášku, granulátu alebo ich zmesí. Médium prúdiace v dutých profiloch uzavretého prierezu môže slúžiť na chladenie alebo na ohrev povrchu týchto konštrukčných prvkov.Výstuha sa podľa predloženého vynálezu do povrchu polotovaru z tvárniteľného celulámeho materiálu vtlačí vlísovaním, zavalcovaním, nastrelením alebo akýmkoľvek iným spôsobom silou, ktorá prekoná odpor celulámeho materiálu proti vtláčaniu a zabezpečí jeho trvalú plastickú deformáciu pod vtláčanou výstuhou,prípadne v jej najbližšom okolí. Pri vtlačení výstuhy do povrchu konštrukčného prvku výstuha plasticky zdeforrnuje časť objemu tvárniteľného celulárneho materiálu tak, že materiál priľne k výstuhe a zvyškovými pružnými napätiami udrží po ukončení pôsobenia tlačnej sily výstuhu v povrchu konštrukčného prvku.Výstuhu možno podľa tohto vynálezu vtlačiť do povrchu polotovaru z tvámiteľného celulámeho materiálu vo viacerých krokoch, pričom najprv sa pomocou tvarovaného tlačníka alebo valca vtlačí výstuha do povrchu polotovaru tak hlboko, aby ju bolo možné následnou operáciou tvárnenia nástrojom iného tvaru prekryť plasticky deformovaným materiálom celulámeho polotovaru, ktorý ju po počiatočnom vtlačení prevyšoval.Pevnosť vzájomného spojenia medzi výstuhou a celulámym materiálom je možné podľa tohto vynálezu zvýšiť tým, že sa výstuha alebo povrch tvárniteľného celulámeho materiálu pred operáciou vtláčania pokryje lepidlom alebo spájkou vhodnou na spájkovanie obidvoch typov materiálov. Po vtlačení výstuhy do povrchu celulárneho polotovaru môže lepidlo na rozhraní medzi výstuhou a celulámyrn materiálom vytvrdzovat samovoľne, alebo vplyvom zvýšenej teploty, na ktorú sa celulámy polotovar s takto vtlačeuou výstuhou zohreje. V prípade použitia spájky sa táto po vtlačení výstuhy do polotovaru roztaví ohriatím konštrukčného prvku na príslušnú teplotu spájkovania, pričom dôjde k difúznemu spojeniu spájky a spájaných materiálov. Po stuhnuti spájky bude výstuha pevne prispájkovaná k stenám celulámeho materiálu. Pred operáciou vtláčanía možno povrch celulárneho polotovaru alebo výstuhy povrchovo upravit známymi spôsobmi, aby sa dosiahla optimálna pevnosť väzby po vytvrdnutí lepidla, resp. stuhnuti spájky. Proces vtláčania výstuhy do polotovaru možno uskutočniť aj pri teplote spájkovania, pričom roztavená spájka nanesená na výstuhe alebo povrchu celulárneho materiálu sa diñízne spojí s povrchom druhého materiálu V procese vtláčania. Tento spôsob sa dá výhodne využiť, ak je potrebné mechanicky narušiť vrstvu oxidov na povrchu spájaných materiálov v procese spájkovania, aby mohlo dôjsť k difúznemu spojeniu. Povrchové oxidy sa narušia vplyvom vzájomného trenia medzi jednotlivými materiálmi pri vtláčaní. Pridržovauie výstuhy v celulámom polotovare pôsobením vonkajšej sily počas vytvrdzovania lepidla alebo tuhnutí spájky nie je podľa tohto vynálezu nevyhnutné.Pevnosť vzájomného spojenia medzi výstuhou a celulárnym materiálom je možné podľa tohto vynálezu zvýšiť aj tým, že sa použije výstuha z materiálu, ktorý v kontakte s celulárnym materiálom vytvára difúzne spojenie. Vytvorenie difúzneho spoja možno podporiť vtláčaním výstuhy do celulárneho materiálu pri zvýšenej teplote, ktorá je vhodná na optimálne vytvorenie difúznej väzby, prípadne zohriatím konštrukčného prvku po vtlačení výstuhy na takúto teplotu.Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku podľa predloženého vynálezu umožňuje spevňovať povrch ľubovoľne tvarovaných súčiastok, ktoré vznikli odliatím kovovej peny alebo iného tvárniteľného celu 10lámeho materiálu do tvarovej formy, vypenením vo forme, tvárnením celulámeho materiálu alebo jeho mechanickým obrábaním.K povrchu konštrukčného prvku z tvárniteľného celulámeho materiálu spevneného výstuhou podľa tohto vynálezu možno pripojiť známymi technológiami spájania akýkoľvek ďalší konštrukčný prvok z iného alebo toho istého materiálu, prípadne sa tento povrch môže pokryť tekutým povlakom alebo lepídlom, ktoré po svojom stuhnutí vytvorí na povrchu konštrukčného prvku kompaktnú povrchovú vrstvu.Prehľad obrázkov na výkreseVynález bude bližšie objasnený pomocou obrázkov, ktoré znázorňujúobr. 1 výstuhu položenú na povrch polotovaru z tvámíteľného celulámeho materiálu, obr. 2 vtlačenie výstuhy lisovacím nástrojom do povrchu konštrukčného prvku, obr. 3 dutý profil uzavretého prierezu vlisovaný do povrchu konštmkčného prvku, obr. 4 princíp vtláčania výstuhy do povrchu polotovaru z tvámíteľného celulárneho materiálu valcovaním,obr. 5 vlisovanie výstuhy v tvare dutého profilu uzavretého prierezu do povrchu polotovaru z tvárniteľného celulámeho materiálu pri dvojčírmom lisovaní, obr. 6 princíp spevňovania komplexne tvarovaného povrchu konštrukčného prvku vyrobeného z tvárniteľného celulárneho materiálu vlisovaním výstuhy do jeho povrchu.3 - spodný tlačník lisovacieho nástroja4 - vrchný tlačník lisovacieho nástroja6 - dutý profil uzavretého prierezu9 - vrchný tvarovaný tlačník lisovacieho nástroja10 - vrchný komplexne tvarovaný tlačníkSpôsob výroby vystuženého konštmkčného prvku 5, pri ktorom sa na povrch polotovaru z tvámiteľného celulámeho materiálu 2 v tvare kvádra s rozmermi 100 x 60 × 20 mm vyrobeného z penového hliníka, ktorého hustota je 0,4 g/cm 3, ktorý leží na spodnom tlačníku lisovacieho nástroja 3 položí výstuha 1 z drôteného sita z oceľového drôtu priemeru 2 mm so štvorcovýrni Okami s veľkosťou 7 mm, ktorej rozmery sú 60 x 60 mm,ako je znázomené na obr. 1. Vrchná plocha tohto polotovaru vznikla rezaním odliatku z penového hliníka cez jeho pórovitú štruktúru, a preto sa na nej nenachádza súvislá hliníková vrstva. Vrchným tlačníkom lisovacieho nástroja 4 sa zatlačí na výstuhu 1 silou 7 000 N tak, že výstuha 1 sa tým vtlačí do povrchu polotovaru 2. Časť spevňovaného povrchu pod vtláčanou výstuhou 1 a v jej bezprostrednom okolí sa pritom zdeformuje,aspoň čiastočne obopne výstuhu 1, ako je znázomené na obr. 2, a vzniknuté pružne napätie upevní výstuhu 1 k polotovaru z tvárniteľného celulárneho materiálu 2 vyrobené-mu z penového hliníka.Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku 5, ako bol opísaný v príklade l, pri ktorom je výstuhou oceľový dutý profil uzavretého príerezu 6 v tvare rúry dĺžky 100 mm s vonkajším priemerom 12 mm a hrúbkou steny 2 mm, ktorá sa vlisuje do povrchu polotovaru z tvàmiteľného celulâmeho materiálu 2 v tvare kvádra s rozmermi 100 × 60 x 40 mm vyrobeného z penového hliníka, ktorého hustota je 0,4 g/cms tak, že sa časť spevňovaného povrchu pod dutým profilom uzavretého prierezu 6 a v jeho bezprostrednom okolí zdeformuje,aspoň čiastočne ho obopne, ako je znázornená na obr. 3, a vzniknuté pružné napätie ju upevní k polotovaru z tvárniteľného celulárneho materiálu 2.Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku pomocou vtláčania výstuhy 1 do povrchu polotovaru z tvárruteľného celulámeho materiálu 2, ktorým je penový hliník, valcovaním je znázornený na obr. 4. Výstuha 1, ako bola opísaná v príklade 1, sa v tomto prípade pred valcovaním priloží k povrchu polotovaru z tvárniteľného celulámeho materiálu 2, ktorý je tiež opísaný V príklade l. Prechodom polotovaru 2 a výstuhy 1 me 10dzi spodným 7 a vrchným oceľovým valcom 8, ktorých priemery sú 100 mm, sa výstuha 1 vtlačí do povrchu polotovaru z tvárniteľného celulámeho materiálu 2.Spôsob výroby, ako bol opísaný v príklade l, pri ktorom sa pred vlísovaním výstuhy l do povrchu polotovaru z tvárriiteľného celulárneho materiálu 2, ktorým je penový hliník, pokryje výstuha 1 lepidlom, ktoré po vtlačení výstuhy 1 do povrchu polotovaru 2 stuhne na rozhraní medzi výstuhou 1 a polotovarom z tvámi~ teľného celulámeho materiálu 2, V dôsledku čoho sa zvýši pevnosť ich vzájomného spojenia.Spôsob výroby vysnrženého konštrukčného prvku dvojčinnýnn vlisovaním oceľového dutého profilu uzavretého prierezu 6 v tvare rúry je zobrazený na obr. 5. Do povrchu polotovaru z tvámíteľného celulámeho materiálu 2 vyrobeného z penového hliníka, ako bol opísaný v príklade 2, je vrchným tvarovaným tlačníkom lísovacieho nástroja 9 zalisovaná oceľová výstuha v tvare dutého profilu uzavretého prierezu 6, ktorá je tiež opísaná v príklade 2. Po zdvihnutí vrchného tvarovaného tlačníka lisovacíeho nástroja 9 sa oceľový dutý pro~ ñl uzavretého prierezu 6 V tvare rúry následným lísovaním medzi vrchným tlačníkom 4 a spodným tlačníkom 3 lísovacieho nástroja aspoň čiastočne prekryje zdeformovaným penovým hliníkom tak, že sa tým táto rúra pevne spojí s polotovarom z tvámiteľného celulárneho materiálu 2.Spôsob výroby, ako bol opísaný v príklade 5, pri ktorom sa pred zatlačením oceľového dutého profilu 6 v tvare riíry do polotovaru z tvárniteľnćho celulárneho materiálu 2 vyrobeného z penového hliníka pokryj e dutý profil 6 lepidlom, ktoré následne stuhne na rozhraní medzi profilom 6 a polotovarom z tvámiteľného celulámeho materiálu 2, v dôsledku čoho sa zvýši pevnosť ich vzájomného spojenia.Spôsob výroby konštrukčného prvku 5, ktorý má vlisovanou výstuhou 1 vystužeiiý komplexne tvarovaný povrch, predstavuje, ale neobmedzuje obr. 6. Výstuha 1, ako bola opísaná V príklade l, sa vrchným komplexne tvarovaným tlačníkom 10 lisovacieho nástroja vlísuje do komplexne tvarovaného povrchu konštrukčného prvku 5 tak, že po zdvihnutí vrchného komplexne tvarovaného tlačníka 10 lisovacieho nástroja ostane pevne spojená s korriplexne tvarovanýrn povrchom polotovaru z penového hliníka.Oceľový dutý profil uzavretého prierezu 6 v tvare rúry vlisovaný v povrchu konštrukčného prvku spôsobom opísaným v príklade 2, sa použije na rozvádzanie chladiacej vody, ktorou sa bude ochladzovat povrch konštrukčného prvku.Vynález sa využije na výrobu konštrukčných prvkov z vystužených kovových píen alebo iných tvámiteľných celulárnych materiálov, pri ktorých vhodná kombinácia mechanických vlastností a geometrických parametrov výstuhy umožňuje, aby bola výstuha po vtlačení do povrchu tvárniteľného celulárneho materiálu podľa tohto vynálezu pevne spojená s celulárnym materiálom, pri nízkych výrobných nákladoch. Týmto spôsobom vyrobené konštrukčné prvky dosahujú vysokú pevnosť a tuhosť pri veľmi nízkej hmotnosti a možno ich preto výhodne použít v dopravných prostriedkoch, výmenníkoch tepla, ľahkých stavebných konštrukciách, ako aj pri stavbe rôznych strojov a prístrojov.1. Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku z tvárníteľného celulárneho materiálu, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že do povrchu polotovaru z tvámiteľiiého celulámeho materiálu (2) sa najmenej v jednom pracovnom kroku prerušovane alebo plynule vtlačí aspoň jedna výstuha (l), ktorej priemet plochy na povrch polotovanr je menší ako spevňovaný povrch, pričom sa časť spevňovaného povrchu pod vtláčanou výstuhou a V jej bezprostrednom okolí zdeforrnuje a aspoň čiastočne obopne výstuhu tak, aby ju vzniknuté pružné napätie udržalo v celulárnom materiáli.2. Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku podľa nároku l, v y z ri a č u j ú c i s a t ý m ,že tvámiteľným celulámym materiálom (2) je kovová pena.

MPK / Značky

MPK: B32B 7/08, B32B 15/00, B22F 3/11, C22C 1/08, B22D 27/00, C22C 47/00

Značky: vystuženého, prvků, konštrukčný, výroby, konštrukčného, prvok, použitie, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-286220-sposob-vyroby-vystuzeneho-konstrukcneho-prvku-konstrukcny-prvok-a-jeho-pouzitie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby vystuženého konštrukčného prvku, konštrukčný prvok a jeho použitie</a>

Podobne patenty