Способ изготовления объемных изделий из фольги прессованием

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для придания фигурной объемной формы изделию прессованием, а также в переработке твердых отходов в полезные изделия. Согласно способу предварительно получают заготовку, производят ее прессование преимущественно при комнатной температуре и удаляют готовое изделие из прессующего устройства. Особенностью способа является то, что предварительное получение заготовки производят путем комкования фольги. Изобретение позволяет получать изделия с изотропными прочностными свойствами заданных заранее величин. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к процессам придания фигурной объемной формы изделию прессованием, а также к переработке твердых отходов в полезные изделия.

Изобретение направлено на решение трех задач: изготовление изделий, преимущественно в ремонтных мастерских, например, для временной замены изношенных деталей (прокладок, проставок, шайб и т.д.), при изготовлении изделий декоративно-прикладного искусства, а также для снижения засорения окружающей среды - использование бытовых отходов, в частности фольги, для превращения в полезную вещь при наименьших затратах.

Наиболее близким к изобретению решением является способ изготовления объемных изделий из фольги прессованием, включающий предварительное получение заготовки, прессование заготовки, преимущественно при комнатной температуре и удаление готового изделия из прессующего устройства. Этот способ охарактеризован в патенте DE 2533369 B2, кл. B 21 D 43/20, 23.06.77 (1). Согласно этому способу изделие изготавливают в виде стопки плоских листов фольги заданной формы. Однако при этом полученное изделие обладает анизотропными свойствами, поскольку изготовлено из скрепленных плоских листов фольги: например, прочность на разрыв в направлении, перпендикулярном плоскости листов фольги, меньше, чем в направлении, параллельном их плоскостям.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является изготовление изделий с изотропными свойствами желаемых (заданных заранее) величин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления объемных изделий из фольги прессованием, включающем предварительное получение заготовки, прессование заготовки, преимущественно при комнатной температуре, и удаление готового изделия из прессующего устройства, согласно изобретению предварительное получение заготовки осуществляют путем комкования фольги. Кроме того, ограничивают выпучивание заготовки и прессуемого изделия, при прессовании используют пресс-формы, а в заготовку до прессования вводят наполнитель, а также упрочняющие элементы.

При этом прессование производят при температуре, не превышающей температуру отверждения связующего при его использовании в заготовке. После прессования заготовку разделяют на несколько частей, а с изделия удаляют поверхностный слой.

"Комкать" - значит выполнять простейший вид обработки давлением листа фольги, превращая его в тело, состоящее из множества мелких взаимоохватывающих округлых неориентированных складок, сопряженных между собой в основном по линиям, причем наименьшие радиусы кривизны складок превышают толщину исходного листа. Поскольку усилие комкования фольги зависит от ее сопротивления, а фольгу комкают в условиях закритичного продольного изгиба, то сила сопротивления фольги, а следовательно, усилие комкования фольги малы.

Примеры выполнения способа.

Обычные, само собою разумеющиеся операции, например очистка фольги, техника безопасности и т.д., здесь не упоминаются.

1-й пример.

Лист фольги массой, соответствующей массе заданного изделия, комкают, например, вручную, прикладывая распределенную силу, называемую далее (контактным) давлением в различных направлениях, до заготовки, т.е. до придания комку фольги заданной формы при наибольшей достижимой или заданной плотности. Комкающее давление растет в процессе комкования, ибо кривизна складок растет, они прижимаются друг к другу по поверхностям, это повышает прочность заготовки, теперь она способна сохранять форму при действиях с ней, если нагружающее давление не превышает значение комкающего давления. Форма заготовки подобна форме заданного изделия с учетом уменьшения размеров при прессовании. Заготовку прессуют медленно или ступенчато, чтобы воздух успевал за это время выдавливаться из складок. "Прессующее устройство" - наиболее общий термин для устройств для прессования - от пресса до тяжелого предмета. При прессовании складки становятся плоскими, сцепленными между собой, условия продольного изгиба исчезают, изделие становится гораздо прочнее, чем заготовка. Этот простейший пример подходит для изготовления плоских, в том числе толстых, изделий (подкладок для выравнивания секций мебели, прокладок для временного ремонта машин в быту и т.д.). Вместо листа фольги могут быть использованы распрямленные куски фольги, например от продуктовых упаковок, разрезанные тюбики от паст и т.д. Их наслаивают друг на друга до массы изделия, образуя стопку, ее комкают вдоль слоев сначала в одном направлении, ограничивая выпучивание по толщине, чтобы образовалось много складок, потом также - в той же плоскости в направлении, перпендикулярном 1-му, а затем - в различных направлениях. Комкать можно и подручными средствами, например двумя струбцинами, не превышая комкающего давления. Куски упругой фольги прослаивают пластичной, чтобы отломившиеся куски упругой фольги удерживались пластичной. Прессовать можно последовательно в нескольких направлениях или одновременно. Для изготовления круглой шайбы можно применять различные операции: скомкать заготовку в виде толстого кольца, прессовать его ступенчато, после каждой ступени разгружать и заправлять выпучившиеся складки, например, на верхнюю сторону шайбы. Или скомкать дополнительно две заготовки: в виде таблетки и наружного ограничивающего кольца с диаметрами, равными отверстию и диаметру шайбы. Эти заготовки прессуют вместе ступенчато, разделяют их после каждой ступени, чтобы не сцепились. Можно положить между ними цилиндрические кольца для той же цели. Можно использовать штампы и пресс-формы. Значения усилия зависят от конкретных условий, прежде всего от нагрузки на изделие в процессе эксплуатации (для детали машины она должна быть большой, а для произведения искусства - небольшой).

2-й пример.

Добавляется такая операция: заготовку, высота которой более поперечного размера, охватывают перед прессованием ограничителем поперечных выпучиваний заготовки, возникающих при прессовании. Таким ограничителем может быть трубка с каналом, соответствующим боковой поверхности изделия. Здесь может быть несколько вариантов. Если высота трубки равна высоте изделия, то заготовку прессуют до упора прижима в трубку. "Прижим" - обобщающий термин для детали, непосредственно давящей на деформируемые части заготовки. Трубка может стать частью изделия или изделие выпрессовывают из трубки. Такие же варианты возможны при прижиме, свободно входящем в трубку. Ограничитель может быть выполнен обматыванием заготовки проволокой, лентой, в том числе прочной неметаллической; все остальное, как в предыдущих вариантах, но погружать прижим в ограничитель не всегда можно, ибо прижим может быть зажат верхними витками проволоки из-за затягивания их нижними витками, натягиваемыми прессуемой заготовкой. Так, целесообразно изготовлять сравнительно высокие изделия, например, цилиндрические или призматические, или изделия, подгоняемые к месту их установки, например, теплопроводные фигурные прижимы для ремонта вулканизацией фигурных изделий, например, горловины медицинской горелки.

3-й пример.

Для получения более сложных изделий заготовку помещают в пресс-форму или между двумя пресс-формами и прессуют заготовку. Так можно изготовлять произведения декоративно-прикладного искусства, например, скульптуры малых форм.

4-й пример.

До прессования вводят в объект наполнитель. "Наполнитель" - все введенное в изделие, кроме фольги. Поэтому здесь очень много вариантов. Перед комкованием смачивают фольгу связующим, например клеем, в том числе металлическим, который является смесью металлического порошка с жидким при комнатной температуре металлом, например эвтектикой индия с галлием. В изделии образуются интерметаллиды и сплавы с более высокой температурой плавления, и получается почти монолитное изделие высокой теплостойкости и теплопроводности. Во время комкования можно вводить инертные твердые наполнители, в том числе неметаллические. Совместимые наполнители можно вносить и одновременно, и последовательно. Можно пропитывать заготовку, например окунанием, но даже не вязкая жидкость глубоко в заготовку не проникнет из-за хаотично расположенных складок, заполненных воздухом, которому некуда выходить, даже под давлением жидкости, если складка образует над воздухом свод. Прессовать заготовку с жидкостью нужно медленно, чтобы вязкий жидкий полимер полностью выдавить из полостей между сближающимися складками. Нужно убирать выдавленный наполнитель, предотвращать попадание выдавленного клея на прессующее устройство, например, антиадгезионными прокладками, например, фторопластовыми. Изделие будет прочнее благодаря склеиванию складок и инертных наполнителей по всему объему изделия, кроме того, оно будет покрыто выдавленным и отвердевшим клеем. Однако это можно достичь при смачивании клеем фольги перед комкованием.

5-й пример.

До прессования в заготовку вводят (можно и не на полную длину) упрочняющие элементы (они также являются наполнителем), например куски проволоки, П-образные скрепки, элементы с головками типа кнопок, или устанавливают их на прессующие поверхности остриями к заготовке. При прессовании эти элементы будут изогнуты случайным образом, даже войдут в зацепление, поэтому они будут принимать на себя силовые потоки в эксплуатации, шляпки кнопок образуют прочную поверхность, а их изогнутые острия надежно закрепят шляпки на изделии.

6-й пример.

Если необходимо подвергнуть термообработке наполнитель, например, термопласт или термоотверждаемый клей, то удобно и выгодно прессовать изделие резисторными вулканизаторами, содержащими струбцину и позисторный нагреватель, ибо они расходуют мало электроэнергии, исключена возможность перегрева изделия благодаря способности самоподдержания температуры при их конструктивной простоте, ибо не требуются устройства для автоматического поддержания температуры (см. "Ручной вулканизатор" по патенту РФ NN 2029680 и 2047492). Это вызвано тем, что сопротивление его электронагревательного элемента, т.е. позистора, в присущей ему узкой температурной области (температуре фазового превращения) температура фазового перехода возрастает на несколько порядков, т. е. он как бы выключается, и потому не может нагреться выше этой температуры, т.е. выше температуры отверждения клея, что делает технологию не только пожаробезопасной, но и предотвращающей порчу ремонтируемых изделий от перегрева. В данном случае дополнительно к 2-му примеру под прижим перед прессованием помещают корпус нагревателя, а если требуется большая сила прессования, то тепловод. Заготовку прессуют до заданного изделия и включают позистор. Позистор можно включить и раньше, если это не приведет к отверждению клея до окончания прессования (если это нежелательно). После выдержки нижнего слоя изделия при заданной температуре в течение заданного времени позистор выключают. Поскольку позистор каждой марки способен обеспечить только заданное значение установившейся температуры, то для клеев с разной температурой отверждения целесообразно иметь либо вулканизаторы с разными позисторами на нужные температуры, либо иметь нагреватель с наибольшей номинальной температурой, но ставить под прижим теплоизолирующие или теплорассеивающие прокладки, чтобы уменьшить температуру изделия. Тепловой поток вдоль изделия будет распространяться быстро, ибо некоторые непрерывные участки фольги пронизывают всю высоту изделия, хотя и со складками, а слой клея на поверхности изделия уменьшает потери тепла и делает температурное поле в изделии более однородным, однако укутывание изделия во время термообработки ускорит достижение заданной установившейся температуры изделия. Упомянутые корпус с диском и тепловод с позистором можно применять в любых прессующих устройствах соответствующих размеров, ибо они не связаны со струбцинами вне процесса прессования.

7-й пример.

Если в пресс-форме была изготовлена симметричная скульптура малых форм, то ее можно разрезать по плоскости симметрии, т.е. получить 2 барельефа. Если цилиндрическое проклеенное изделие разрезать на кружочки, то на них будет абстрактный слоисто-складчатый рисунок, например, подобный агату, из них можно делать произведения декоративно-прикладного искусства, отполировать срез, если нужно.

8-й пример.

Проклеенной спрессованной пирамидальной декоративной подставке для фигурки можно придать большую потребительскую стоимость раскраской поверхности клеевого слоя, а можно срезать поверхностный слой, включая фольгу, тогда откроется слоисто-складчатый рисунок. Если до прессования в клей были введены капли различных красок, то рисунок будет более разнообразен. Различные наполнители, имеющие разные формы, например кусочки твердых материалов различных цветов, и фольги разных металлов и цветов, также повысят разнообразие вскрытого рисунка.

Операции, описанные в примерах, настолько просты, что их может выполнить любой человек в домашних условиях; ремесленник же, имеющий знания, опыт и прессы достаточного усилия, может делать изделия из более толстых и трудно деформируемых листов, например из консервных банок, изделия более прочные, большего размера, более сложной формы, даже выдавливанием через канал матрицы.

Предложенный способ дает возможность обеспечить доходы ремесленников изготовлением запчастей к машинам и изделий декоративно-прикладного искусства и вместе с тем уменьшить засорение окружающей среды путем превращения отходов в полезные изделия.

Формула изобретения

1. Способ изготовления объемных изделий из фольги прессованием, включающий предварительное получение заготовки, прессование заготовки, преимущественно при комнатной температуре, и удаление готового изделия из прессующего устройства, отличающийся тем, что предварительное получение заготовки осуществляют путем комкования фольги.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ограничивают выпучивание заготовки и прессуемого изделия.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при прессовании используют пресс-формы.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в заготовку до прессования вводят наполнитель.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в заготовку вводят упрочняющие элементы.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что прессование производят при температуре, не превышающей температуру отверждения связующего при его использовании в заготовке.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что после прессования заготовку разделяют на несколько частей.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что с изделия удаляют поверхностный слой.