Способ изготовления изделий с длинномерными каналами

 

Использование: точное приборостроение , в частности капиллярные изделия, узлы регулируемого дозирования газа или жидкости , натекатели вакуумных систем, холодильника техника. Сущность изобретения: при изготовлении изделий с длинномерными каналами в заготовке выполняют каналы с последующей механической обработкой изделия.С целью повышения качества и расширения номенклатуры изделий берут заготовку по меньшей мере из двух деталей, на контактирующих плоскостях которых выполняют пазы глубиной (|,01-1,06)п, где h - требуемая глубина паза, совмещают детали по пазам и осуществляют их диффузионную сварку, а при механической обработке в качестве базовых элементов используют выходные отверстия каналов. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 20/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4918474/08 (22) 17.12.90 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (71) И с и у aHanmwecKoro np 6opocTpoения Научно-технического обьединения АН

СССР (72) М,6. Ганицкий, А.В. Гусев, В.А. Марков, И.И. Мосичев и А.Г. Щербак (56) Красников В.Ф. Технология миниатюрных изделий.-М.; Машиностроение, f976, с.

52-54. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

С ДЛИННОМЕРНЫМИ КАНАЛАМИ (57) Использование: точное приборостроение, в частности капиллярные изделия, узлы

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано при разработке конструкций и технологии изготовления узлов и элементов, включающих длинномерные каналы малой площади поперечного сечения, в частности, в технике капиллярных иэделий, в узлах регулируемого дозирования газа или жидкости, в натекателях вакуумных систем. в холодильной технологии и т.д.

Известен способ изготовления деталей с глубокими каналами; получаемыми методом электроэрозионной обработки. Способ заключается в формообразовании исходной металлической заготовки и выполнении в ней канала специальным электродом-инструментом в виде стержня с оболочкой из диэлектрического материала, относительно которой стержень имеет возможность осевого перемещения. Необходимый межэлектродный зазор и, определяемый в

„,, Ы,„, 1794614 А1 регулируемого дозирования газа или жидкости, натекатели вакуумных систем, холодильника техника. Сущность изобретения: при изготовлении изделий с длинномерными каналами в заготовке выполняют каналы с последующей механической обработкой изделия.С целью повышения качества и расширения номенклатуры изделий берут заготовку по меньшей мере из двух деталей, на контактирующих плоскостях которых выполняют пазы глубиной (1,01-1,06)h, где h— требуемая глубина паза, совмещают детали по пазам и осуществляют их диффузионную сварку, а при механической обработке s качестве базовых элементов используют выходные отверстия каналов. 3 ил. зависимости oi разницы наружйого радиуса оболочки R и радиуса стержня г, определяет, очевидно, и диаметр получаемого отверстия, h=(1,5...1,8) (R-r).

Недостатками в таком способе являются ограниченная номенклатура получаемых каналов; — в виде отверстий круглого поперечного сечения диаметром не менее нескольких десятых долей миллиметра, а также невысокое качество изделия вследствие малой точности формы канала и ограниченность способа по отношению к диэлектрическим материалам.

Известен способ изготовления изделий с каналами в аиде отверстий, получаемыми лазерным сверлением. Способ заключается в том, что изделие. установленное соосно лазерному лучу, поворачивают вокруг двух осей, одна из которых перпендикулярна оси лазерного луча. На пересечении осей пово1794614 рота изделия и лазерного луча есть точка, которая не перемещается относительно луча. Таким образом в детали вырезают отверстие .в форме песочных часов. Способ позволяет получать каналы переменной по длине канала конфигурации, Недостатками данного способа являются малый диапазон типоразмеров, получаемых каналов (только отверстия круглого поперечного сечения) и ограниченные технологические возможности способа, т.к, имеет место предельная длина канала (или глубина отверстия), на которую его можно .выполнить для данного диаметра отверстия, Другими словами отношение L/d, где — длина канала, а d — его диаметр, имеет малую величину, например при" б (0,002...0,005) мм Е.составляет(0,1...0,2) мм.:

В качестве прототипа по наибольшему числу общих существенных признаков принят способ изготовления узлов с длинномерными кайалами, который заключается в формообразовании исходной детали и выполнении в ней отверстия средс вами механической обработки, в частности сверлением.с помощью специально изготавливаемых сверл и использованием устройств, обеспечивающих минимальнкй бой сверла и требуемую точность его ориентации и осевого перемещения. После выполнения в детали канала осуществляют фини цнчо обработку иэделия,,Недостатками способа-прототипа являются невысокое качество изделия вследствие малой точности канала (некруглость и конусность отверстия вследствие боя и деформации сверл малого диаметра), а также ограниченность номенклатуры и типораз-. меров получаемых каналов, — только в виде отверстий круглого сечения со сравнитель. но малым соотношением 1 /d: Например для

1 (0,1...0,3) мм диаметр d можно выполнить не менее десятых долей миллиметра, Кроме того вызывает большие сложности выполнение каналов в целом ряде материалов (керамика, стекло, твердые сплавы).

Предлагаемое техническое решение устраняет указанние недостатки, Целью изобретения является повыше, ие качества и расширение номенклатуры . изделий с длинномерными каналами.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе изготовления изделий с длинномерными каналами, при котором в заготовке выполняют каналы с последующей механической обработкой изделия берут заготовку по меньшей мере из двух деталей, на контактирующих поверхностях которых выполняют пазы глубиной (1,01—

1,05)h, где h — требуемая глубина паза эаготовки, совмещают детали по пазам и осуществляют диффузионную сварку, причем при механической обработке в качестве базовых элементов используют выходные отверстия полученных каналов.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в процессе изготовления изделия используют заготовку по меньшей мере из двух деталей на

"0 контактирующих поверхностях каждой иэ которых выполняют пазы, исходя иэ условия, что при стыковке деталей по сопрягаемым поверхностям совмещенные пазы образуют длинномерный канал требуемой конфигурации. При этом пазы выполняют с припуском (глубина паза составляет

1,01„.1,06) от требуемой глубины), который учитывает деформацию при последующей диффузионной сварке исходных заготовок.

20 После сварки осуществляют механическую обработку изделия; причем в качестве базовых элементов используют выходные отверстие канала на торцах изделия, что позволяет получить изделие, наружная кон25 фигурация которого строго ориентирована относительно главного элемента, каким яв° ляется длинномерный канал. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию

"новизна".

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с другими решениями в данной и смежных областях техники показывает, что каждый из существенных признаков по отдельности известен, однако в той совокупности, последовательности и устойчивости взаимосвязи, как это представлено в техническом решении, стало возможным;

40 —. выполнение практически любой конфигурации поперечного сечения канала: —круглого, квадратного, ромбического, эллипсовидного и т.д. с полным отсутствием ограничений по соотношению длины и диа45 метра каналов; — расширение круга применяемых в изделиях материалов, в том числе керамика, стекло, твердые сплавы и т.д.); — получение криволинейных каналов (в

50 трех координатах) с высокой точностью и качеством выполнения.

Таким образом, все перечисленные признаки технического решения в совокупности обусловливают существенный

55 положительный эффект — цель изобретения, . являются оптимальными, могут квалифициp0B8TbcA как существенные признаки и обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

1794614

На фиг, 1 изображен общий вид заготовки с пазом; на фиг, 2 — процесс диффузионной сварки двух деталей с совмещенными пазами, образующими длинномерный канал; на фиг, 3 — финишная обработка изделия.

На фиг, 1,2 и 3 обозначены две исходные детали 1 и 2. На сопрягаемой поверхности 3 детали 1 выполнен паз 4, а на сопрягаемой поверхности детали 2 — паз 5, Возможным вариантом является выполнение пазов по ломаной линии 6 (либо криволинейной и т.д.). Паз. 4, как правило, выполняется со стороны исходной поверхности 7, доводка и шлифовка которой позволяют получить паз 4 глубины h=(1,01...1,06)h, где h — требуемая глубина паза и получить при этом поверхность 3. Детали 1 и 2 свариваются диффузионной сваркой по плоскости стыка 8 с размещением их на сварочной опоре. 9 и приложении давления Ре>. Сваренное изделие, установленное в фиксирующих узлах 10 и 11, базой для которых являются выходные отверстия канала 12 на торцах 13 и 14, обрабатывается до получения окончательного изделия 15, Предлагаемый способ заключается в выполнении совокупности и последовательности следующих технологических операций.

Средствами механической обработки (точение, фрезерование, шлифовка) осуществляют изготовление по меньшей мере двух исходных деталей 1 и 2. Настоящее описание составлено для двух деталей, На сопрягаемых плоскостях (7 для детали 1) деталей 1 и 2 средствами механической обработки, в данном случае резанием или скрайбированием выполняют пазы 4 и 5, поперечное сечение которых одинаково для каждого паза по всей его длине. Одинаковая ориентация паза по отношению к своей детали обеспечивается вспомогательным инструментом — копирами, шаблонами. трафаретами и т.д. Далее получают паз заданной конфигурации и глубины

h = (1,01.„1,06) h, где h — К требуемая глубина паза, посредством съема материала с плоскости контакта 7 на глубину Л (для детали 1). что обеспечивает получение сопрягаемой поверхности 3. Аналогичная операция осуществляется и по отношению к детали 2. Конфигурация паза (на фиг. 1 и 2 в виде треугольника в поперечном сечении) обеспечивается инструментом, которым может являться алмазная пирамида, твердосплавный профилированный резец и т.д.

Исходная глубина h паза определяется совместными операциями скрайбирования и съема материала на глубину А Очевидно, 15

25

30. микрометры), детали 1 и 2 собирают в сва40 Рсе. Конкретные параметры сварки (темпе5

1О

50 что эта операция съема материала не является принципиально необходимой. Она требуется, когда выполняемый паз должен иметь глубину единицы микрометра или должен быть переменного сечения по длине. В общем виде возможно выполнение паза без операции съема материала с плоскости контакта, поэтому эта операция не фигурирует в качестве отличительного признака, На фиг, 1 и 2 показан канал в виде квадрата, образуемый двумя треугольными пазами. Очевидно, что конфигурация канала и, соответственно, пазов может быть самой различной. Также очевидно, что на сопрягаемых поверхностях деталей 1 и 2 может быть несколько пазов, образующих несколько каналов, и может быть несколько (больше чем две) деталей, на попарно сопрягаемых поверхностях которых выполняются пазы, совмещаемые при последующей сварке всех деталей в изделие.

После выполнения пазов 4 и 5 непосредственно режущим инструментом (скрайбированием) или с применением вспомогательной операции доводки соединяемой плоскости, на которой выполнен паз, когда требуются пазы малых размеров в поперечном сечении (глубина составляет рочной оснастке .стыкуя сопрягаемые плоскости с обеспечением точного совмещения пазов 4 и 5, устанавливают их на сварочную опору 9 в камеру установки для диффузионной сварки и производят диффузионную сварку деталей 1 и 2 по общей плоскости контакта 8 при нагреве их до требуемой температуры процесса и приложении необходимой величины сварочного давления ратура и давление) определяются. исходя из физико-механических свойств свариваемых материалов и технических требований к иэделию экспериментальным путем или с помощью справочной литературы.

Диффузионная сварка связана с пластическими деформациями, которые являются необходимым элементом процесса и обеспечивают образование качественного соединения, Требуемая для качественной сварки минимальная величина пластических деформаций выражается в долях or линейных размеров (по высоте) свариваемых деталей. Степень деформации для прецизионного процесса сварки составляет величину (3...6%), т.е, (2...3)70 от высоты деталей 4.

Включая сюда высокопрочные материалы (твердые сплавы, керамику), указанный диапазон можно расширить и оговорить как (1...6 ф). Вполне правомерно рассматри1794614

10

20

40

55 вать данную степень деформации в отношении паза. т.е. в отношении представляющей непосредственный интерес зоны деталей 1 и

2, и заложить эту величину в качестве припуска при исходном формообразовании паза.

Таким образом, выполнение пазов 4 и 5 глубиной h, составляющей (1,01...1,06)h, где

h — требуемая глубина паза, обуславливается требованиями и особенностями процесса диффузионной сварки.

Очевидно, что припуск в указанном диапазоне значений определяется свойствами материала деталей 1 и 2 (пластичностью) и режимом сварки. который определяет деформацию за заданную величину, обеспечивающую получение в сварном изделии паза требуемой глубины. Для повышения точности и гарантированного обеспечения требуемой деформации в пределах (0,01...0,06)h возможно использование вспомогательных элементов, например ограничителей в составе сварочной оснастки.

Сваренный узел устанавливают в фиксирующие узлы 10 и 11 приспособления для финишной обработки изделия„используя в качестве базовых элементов выходные отверстия канала 12 на торцах 13 и 14 изделия, поскольку геометрия окончательно обработанного изделия определяется расположением канала 12 (фиг. 3), т.е. первичным элементом при изготовлении изделия является канал 12.

Окончательно обработанное изделие 15 может быть различной конфигурации, например иметь вид капиллярной трубки и т.д.

Пример, Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Способ испольэовали в СКБ АП НТО АН

СССР при изготовлении длинноходовой кюветы фотометра и коллектора крана-переключателя жидкостных потоков.

Две пластины из титанового сплава обрабатывали no áóäóùèì плоскостям соединения по классу чистоту 0,08,. складывали вместе и штифтовали, т.е, фиксировали между собой от возможных смещений посредством двух штифтов, В месте разъема пластины по наружной поверхности вскрывались гнезда под установку оптических окон (стекол). После этого, штифты вынимались, а пластины разъединялись и в каждой из них были выполнены пазы требуемой конфигурации, в частности, круглого сечения средствами механической обработки— резанием (скрайбированием).

После выполнения необходимых пазов (канавок) производили вторичную доводку .плоскостей разъема, убирая выпуклости металла, возникшие при выполнении пазов, Затем, готовые полуэлементы соединяли по плоскостям разъема, опять же фиксируя штифтами и сваривали по этим плоскостям способом диффузионной сварки в вакууме.

Качество сварки (герметичность) проверялось с помощью течеискателя ПТИ-10. После сварки устанавливались стекла в соответствующие гнезда и подсоединяли коммутирующие потом трубки. Таким образом можно изготавливать кюветы с практически неограниченной длиной оптического пути (основного канала) и различного профиля, конфигурации (в трех координатах) и площади поперечного сечения. Изготовлеwe коллектора крана-переключателя жидкостного. потока выполняется аналогично вышеописанному способу, при этом коллектор также состоит из двух деталей, в одной из которых проводятся подводящие поток каналы и соединяющие йх пазы, а второй полуэлемент несет функцию герметизирующего полученных каналов.

Очевидно, что с наибольшим эффектом реализацию неразъемного соединения обеспечивает диффузионная сварка в вакууме, — . малодеформационный процесс ., e отличие от пайки или сварки плавлением не содержащий жидкий (припой или основной металл, соответственно), которая может попадать в отверстие и искажать его форму.

Кроме того, диффузионной сваркой свариваются практически все материалы с возможностью получения сварного соединения идентичного основному материалу по физико-механическим свойствам, что в ряде случаев весьма важно для узлов точного приборостроения.

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения заключается в следующем;

Появляется воэможность выполнения практически любой конфигурации поперечного сечения — круглые, квадратные. эллипсовидные и более сложных форм, Это обеспечивается механическим способом выполнения полуотверстия в виде паза с помощью режущего инструмента, доводкой поверхности на котором выполнено предварительно полуотверстие для получения требуемой точной формы, а также возможностью расчленять отверстие требуемой формы на два полуотверстия в наиболее оптимальном варианте, тоже в виде двух неодинаковых пазов. которые выполняемые на различных полуэлементах в сборе дадут отверстие нужной геометрии:

Отсутствуют ограничения по размерам отверстий, которые могут быть or нескольких микрометров до дескать х долей миллиметра, что обеспечивается доводкой:

1794б14

Практически отсутствуют ограничения по соотношению длины и диаметра получае\ мых отверстий;

Расширяется круг материалов, в которых могут выполняться отверстия, посколь- 5 ку практически для любого материала можно подобрать материал режущего инструмента;

Появляется возможность получения криволинейных отверстий, что в принципе 10 невозможно иными известными способами.

Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении уровня технического обеспечения процесса 15

Формула изобретения

Способ изготовления изделий с длинномерными каналами, при котором в заготовке выполняют каналы с ее последующей механической обработкой;о т л и ч à ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества и расширения номенклатуры изделий, берут заготовку по меньшей мере из двух деталей, изготовления узлов с длинномерными каналами, расширении функциональных характеристик этих узлов, повышении технических характеристик приборов и агрегатов, в которых эти узлы используются.

Экономический эффект на сегодняшний день определить не представляется возможным из-.за отсутствия статистически обоснованных исходных и сравнительных данных.

В СКБ АП предлагаемый способ опробован при изготовлении длинномерных отверстий в опытной партии кювет и кранов-переключателей жидкостных хроматографов, на контактирующих плоскостях каждой детали выполняют пазы глубиной (1,01-1,06)h, где h — требуемая глубйна паза, совмещают детали по пазам и осуществляют их диффузионную сварку. причем при механической обработке заготовки в качестве базовых элементов используют выходные отверстия полученных каналов

1794614 фиаЗ

Составитель В.Марков

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раумская наб., 4!5