Способ сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконного провода (варианты)

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к способу сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконного провода (варианты), который предусматривает заполнение цилиндрического чехла технологическими элементами, которые затем удаляют из чехла и заменяют прутками, каждый из которых состоит из отдельных стержней, уложенных в определенном порядке, обеспечивающем максимальную плотность заполнения, при этом сечение каждого из технологических элементов отличается от сечения замещающего его прутка, центральный технологический элемент имеет правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения где а - ширина грани гексагонального стержня, М - количество стержней в диаметральном направлении, второй ряд, окружающий центральный элемент, заполняют попеременно технологическими элементами, три из которых имеют правильную гексагональную форму с шириной грани А2, определяемой из выражения а три других технологических элемента имеют гексагональную форму, ширина граней которых последовательно равна

все последующие ряды заполняют попеременно технологическими элементами, имеющими гексагональную форму, ширина граней которых равна последовательно

,

а оставшееся свободное пространство между гексагональными технологическими элементами и цилиндрическим чехлом заполняют дополнительными технологическими элементами с формой поперечного сечения, обеспечивающей максимальное заполнение чехла. Способ упрощает процесс сборки и позволяет получать путем однократной сборки заготовки с количеством стержней, превышающим несколько тысяч, что является техническим результатом изобретения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для работы при низких температурах.

Известен способ сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконных проводов, при котором цилиндрический чехол заполняют стержнями, уложенными плотно в определенном порядке [1].

Указанным способом производят сборку композитной заготовки с незначительным количеством волокон (обычно не более 200-300). Для получения большего количества волокон в композитном проводе операцию сборки композитной заготовки повторяют необходимое количество раз. Однако увеличение количества операций сборки и соответственно количества экструзий композитных заготовок при повышенных температурах, призванных обеспечить надежную металлургическую связь между составляющими композитной заготовки и соответственно возможность последующей совместной холодной деформации, приводит к заметному снижению как эксплуатационных характеристик провода, так и выхода в годное.

Увеличение количества стержней в одной композитной заготовке связано с уменьшением их размера и, как следствие, с повышением сложности их формирования в единый пучок и, как правило, с увеличением количества пустот. Пустоты присутствуют как внутри чехла, так и между композитной заготовкой и внутренней поверхностью втулки контейнера, в который та помещается. Начальная стадия деформации прессованием - распрессовка, в процессе которой в направлениях наименьшего сопротивления заготовка под влиянием силового воздействия пуансона уширяется и осаживается. При значении соотношения длины и поперечного сечения отдельно взятого стержня, значительно превышающим оптимальное, в отсутствии надежного контакта стержней как между собой, так и контакта стержней с чехлом, деформация почти аналогична продольному изгибу, что приводит к потере пластической устойчивости при деформации в матрице контейнера. Эта тенденция усиливается со снижением поперечного размера последних.

Известен способ сборки композитных заготовок для изготовления многоволоконных проводов, выбранный в качестве прототипа [2], при котором цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами, которые затем поочередно удаляют из чехла, и удаленные элементы заменяют прутками, каждый из которых состоит из отдельных стержней, уложенных в определенном порядке, обеспечивающем максимальную плотность заполнения, причем элемент и замещающий его пруток имеют одно и то же сечение.

Изложенный способ сборки композитной заготовки предпочтителен для прутков, собранных из отдельных стержней прямоугольного или квадратного сечения, и позволяет получать композитные провода с количеством волокон от 1000 и выше. Однако указанный способ сборки композитных заготовок плохо адаптирован к сборке стержней с гексагональным или круглым сечением.

К современным проводникам предъявляют многочисленные требования, в том числе к размеру волокна и расстоянию между волокнами. Равновеликое фиксированное расстояние между волокнами - важное условие формирования волокна в процессе деформации с сечением, приближенным к кругу, как средства повышения токонесущей способности и снижения энергетических потерь. Одинаковое межволоконное расстояние может обеспечить только сборка композитной заготовки из стержней гексагонального сечения или круглого сечения. Способ сборки из стержней гексагонального или круглого сечений с использованием замещаемых технологических элементов, предложенных прототипом, допускает равновеликое межволоконное расстояние только в пределах отдельного прутка, состоящего из стержней, но при этом будут присутствовать дополнительные пустоты.

Другим недостатком предложенного способа сборки композитной заготовки из прутков, собранных из стержней гексагонального или круглого сечения, является невозможность совместить соседние прутки без дополнительных зазоров. Несовпадение прутков приводит к искажению распределения пограничных волокон в готовом проводе, повышение количества пустот - к потере пластической устойчивости при обжатии или экструзии, и, как следствие, к снижению электрофизических свойств и выхода в годное.

Техническая задача настоящего изобретения заключается в упрощении сборки композитной заготовки из прутков, собранных из стержней гексагонального или круглого сечений.

Поставленная задача решается так, что если в известном способе сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконных проводов, при котором цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами, которые затем поочередно удаляют из чехла, и удаленные элементы заменяют прутками, каждый из которых состоит из отдельных стержней, уложенных в определенном порядке, обеспечивающем максимальную плотность заполнения, причем технологический элемент и замещающий его пруток имеют одно и то же сечение, то в предлагаемом способе сечение каждого из технологических элементов отличается от сечения замещающего его прутка, причем в одном варианте центральный элемент имеет правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения где а - ширина грани гексагонального стержня, М - количество стержней в диаметральном направлении, второй ряд, окружающий центральный элемент, заполняют попеременно технологическими элементами, три из которых имеют правильную гексагональную форму с шириной грани А2, определяемой из выражения а три других элемента имеют гексагональную форму, ширина граней которых последовательно равна

все последующие ряды заполняют попеременно элементами, имеющими гексагональную форму, ширина граней которых равна последовательно

а оставшееся свободное пространство между гексагональными технологическими элементами и цилиндрическим чехлом заполняют дополнительными технологическими элементами. Поперечное сечение дополнительных технологических элементов повторяет форму сегментов, определяющих максимальное заполнение стержнями внутреннего пространства чехла.

В частном случае исполнения по первому варианту цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами вокруг центрального прутка, являющегося элементом конструкции заготовки и имеющего правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения

В другом варианте решения поставленной технической задачи предложен способ сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконных проводов, согласно которому цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами, которые затем поочередно удаляют из чехла, и удаленные элементы заменяют прутками, каждый из которых состоит из отдельных стержней, уложенных в определенном порядке, обеспечивающем максимальную плотность заполнения, при этом сечение каждого из технологических элементов отличается от сечения замещающего его прутка, предусматривается, что центральный элемент имеет правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения где а - ширина грани гексагонального стержня, М - количество стержней в диаметральном направлении, второй ряд заполняют попеременно технологическими элементами гексагональной формы двух типов, ширина грани каждого из которых последовательно равна

в каждом последующем ряду технологические элементы имеют гексагональную форму двух типов, ширина граней каждого из них последовательно равна

а оставшееся свободное пространство между гексагональными технологическими элементами и цилиндрическим чехлом заполняют дополнительными технологическими элементами, поперечное сечение которых повторяет форму сементов-сечений фигур, определяющих максимальное заполнение стержнями внутреннего пространства чехла.

Перечень фигур

Фиг.1 - схема сборки композитных заготовок (первый вариант).

Фиг.2 - схема замещения технологических элементов прутками из собранных стержней.

Фиг.3 - частный случай исполнения сборки композитной заготовки по первому варианту.

Фиг.4 - схема сборки композитных заготовок (второй вариант).

Фиг.5 - схема замещения технологических элементов прутками из собранных стержней.

Фиг.6 - схема замещения технологических элементов прутками, собранными из стержней, выполненных из разных материалов.

Фиг.7 - схема замещения технологических элементов прутками, используемая в примере.

Предлагаемая схема сборки композитных заготовок (фиг.1, 2) включает следующую последовательность операций: а) формирование множества технологических элементов (1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7) в единое целое; б) помещение собранного пучка технологических элементов в цилиндрический чехол 8; в) сборка определенного количества отдельных стержней в пруток правильной шестигранной формы; г) поочередная замена технологических элементов на собранные из стержней прутки.

При этом по первому варианту исполнения замену технологических элементов проводят в следующей последовательности: 2-3-1-4-5-6-7. В процессе сборки в центре располагают гексагональный технологический элемент 1 правильной формы с шириной грани А1, вокруг которого располагают три гексагональных элемента 2 правильной формы с шириной грани А2, а затем три гексагональных элемента 3, ширина граней которых имеет четыре типоразмера, причем грани А32 и А36, как и грани А33 и A35, равны между собой, все последующие ряды комплектуются из технологических элементов двух типов: 4, где ширина граней представлена двумя типоразмерами, причем грани А41, А43, А44, А46, как и грани А42, А45, равны между собой, и 5, где ширина граней представлена также двумя типоразмерами, причем грани А51, А53, А55, как и грани А52, А54, А55, равны между собой. В заключение собранный пучок технологических элементов приближают к цилиндрической форме чехла за счет дополнительных технологических элементов 6 и 7, форма и количество которых меняется в зависимости от количества технологических элементов гексагональной формы и рассчитывают их поэтому для каждого конкретного случая, исходя из необходимости обеспечения максимального заполнения стержнями свободного пространства между поверхностью чехла и последним рядом технологических элементов. Схема замещения технологических элементов прутками из собранных стержней представлена на фиг.2.

Как видно из представленных фигур, именно отличие сечений технологических элементов от сечений заменяющих их прутков дает возможность формировать компактную композитную заготовку из множества гексагональных стержней.

Вместо гексагональных стержней можно использовать стержни круглого сечения (в таком же количестве), при этом все расчеты производятся с учетом того, что диаметр круглого стержня выбирают равным размеру "под ключ" соответствующего шестигранного стержня.

Частный случай исполнения сборки технологических элементов вокруг центрального прутка, являющегося элементом конструкции композитной заготовки, представлен на фиг.3.

По второму варианту исполнения (фиг.4) замена технологических элементов на собранные из стержней прутки производится в следующей последовательности: 1-2-3-4-5-6-7. Замещение элементов прутками из собранных стержней представлено на фиг.5.

Прутки для замены технологических элементов (по любому из вариантов) могут быть собраны из стержней, выполненных из различных материалов. Один из возможных вариантов композиций представлен на фиг.6. Обычно это производят для достижения определенных свойств композитного провода.

Примеры конкретного выполнения.

На фиг.7 представлена многоволоконная составная заготовка с наружным диаметром 250 мм, собранная из 4584 стержней с использованием технологических замещаемых элементов. Центральный технологический элемент имел правильное гексагональное сечение с величиной грани 23,36 мм, второй ряд заполняли попеременно элементами, три из которых имели правильную гексагональную форму с шириной грани 24,19 мм, а три других элемента имели гексагональную форму, ширина граней которых была равна 24,19, 23,36, 24,99, 22,49, 24,99, 23,36 мм. Оставшееся свободное пространство между гексагональными технологическими элементами и цилиндрическим чехлом заполняли технологическими элементами двух типоразмеров, поперечное сечение которых повторяло форму сегментов, определявших максимальное заполнение стержнями внутреннего пространства чехла. Гексагональные технологические элементы заменяли на прутки, каждый из которых был собран из 271 стержня (количество стержней в диаметральном направлении М составляло 19 штук) с шириной грани α, равной 1,445 мм, причем центральный технологический элемент заменяли на пруток, собранный из чисто медных стержней. Периферийные, дополнительные технологические элементы заменяли на прутки, каждый из которых содержал либо 284, либо 209 стержней. Собранную композитную заготовку отличала высокая плотность сборки за счет полного по всем граням сопряжения стержней по всему сечению.

Подобным же образом собирали композитную заготовку из технологических элементов вокруг медного шестигранника правильной формы, являющегося элементом конструкции композитной заготовки.

Таким образом, получен новый технический результат, выражающийся в том, что предлагаемый способ сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконного провода значительно упрощает процесс сборки и позволяет получать путем однократной сборки заготовки с количеством стержней, превышающим несколько тысяч, с высокой плотностью их упаковки.

Источники информации

1. "Металловедение и технология сверхпроводящих материалов". Под ред. Фонера С., Шварца Б., США, 1981; Пер. с англ. М.: "Металлургия", 1987., стр.252-254, стр.317.

2. Pettier Francois, Hoang Gia Ky, Sulten Philippe et Grunblatt Gerard Procede d'assemblage de billettes composites pour la fabrication de brins supraconductours multifilamentaires. № de publication FR 2672150, № d'enregistrement national 91 00795, Int C1: H 01 В 12/10, Date de depot 24.01.91.

1. Способ сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконного провода, при котором цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами, которые затем поочередно удаляют из чехла, и удаленные элементы заменяют прутками, каждый из которых состоит из отдельных стержней, уложенных в порядке, обеспечивающем максимальную плотность заполнения, отличающийся тем, что сечение каждого из технологических элементов отличается от сечения замещающего его прутка, центральный технологический элемент имеет правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения

где a - ширина грани гексагонального стержня, М - количество стержней в диаметральном направлении, второй ряд, окружающий центральный элемент, заполняют попеременно технологическими элементами, три из которых имеют правильную гексагональную форму с шириной грани А2, определяемой из выражения

а три других технологических элемента имеют гексагональную форму, ширина граней которых последовательно равна

все последующие ряды заполняют попеременно технологическими элементами, имеющими гексагональную форму, ширина граней которых равна последовательно

а оставшееся свободное пространство между гексагональными технологическими элементами и цилиндрическим чехлом заполняют дополнительными технологическими элементами с формой поперечного сечения, обеспечивающей максимальное заполнение чехла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами вокруг центрального прутка, являющегося элементом конструкции заготовки и имеющего правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения

3. Способ сборки композитной заготовки для изготовления многоволоконного провода, при котором цилиндрический чехол заполняют технологическими элементами, которые затем поочередно удаляют из чехла, и удаленные элементы заменяют прутками, каждый из которых состоит из отдельных стержней, уложенных в определенном порядке, обеспечивающем максимальную плотность заполнения, отличающийся тем, что сечение каждого из технологических элементов отличается от сечения замещающего его прутка, центральный технологический элемент имеет правильную гексагональную форму с шириной грани А1, величину которой определяют из выражения

где a - ширина грани гексагонального стержня, М - количество стержней в диаметральном направлении,

второй ряд, окружающий центральный элемент, заполняют попеременно технологическими элементами гексагональной формы двух типов, ширина грани каждого из которых последовательно равна

в каждом последующем ряду технологические элементы имеют гексагональную форму двух типов, ширина граней каждого из них последовательно равна

а оставшееся свободное пространство между гексагональными технологическими элементами и цилиндрическим чехлом заполняют дополнительными технологическими элементами с формой поперечного сечения, обеспечивающей максимальное заполнение чехла.