СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ДЛИННОМЕРНЫЕ ОТВЕРСТИЯ
METHOD OF PRODUCING METAL ARTICLES WITH LONG HOLES

Изобретение относится к способу изготовления металлических термостойких изделий, содержащих длинномерные отверстия, изготавливаемые с помощью электроэрозионной обработки.
Целью изобретения является создание термостойких изделий, содержащих близко расположенные длинномерные отверстия с соотношением длины отверстия к диаметру отверстия, превышающим 30 раз, при точном взаимном расположении отверстий, а также параллельности их осей друг другу и внешней поверхности изделия в целом.
Такие изделия применяются в теплообменных устройствах, а также в плазменных приборах, где для повышения эффективности отбора тепловой энергии от горячего теплоносителя, находящегося в жидкой или газообразной фазах, требуется пропускать его через металлическое изделие, содержащее большое количество длинномерных отверстий, расположенных вдоль оси изделия. При этом, чем меньше диаметр отверстий, тем эффективнее отбор тепловой энергии.
Основные требования, предъявляемые к таким изделиям:
1. Герметичность стенок отверстий, по которым протекает горячий теплоноситель.
2. Высокая плотность расположения отверстий (отношение суммарной площади поперечных сечений всех отверстий к площади поперечного сечения изделия), что предполагает высокую точность изготовления отверстий, а также высокую точность расположения осей отверстий и параллельность их внешней цилиндрической поверхности изделия.
3. Высокая термостойкость в области горячего теплоносителя.
4. Высокая теплопроводность в области периферии (в области холодного теплоносителя).
Традиционный способ сверления отверстий в твердых тугоплавких металлах на расточном станке вследствие увода сверла не может обеспечить требуемые размеры отверстий при соотношении длины отверстия к диаметру отверстия более 10 при диаметре сверл менее 1 мм.
Известен способ получения отверстий в металле путем воздействия на заготовку инструментом, нагретым до температуры, превышающей температуру плавления обрабатываемого материала, путем вдавливания его в заготовку (SU 299398, B23P 17/02). При прошивании глубоких отверстий стенки отверстий приобретают конусность, что сильно ограничивает глубину отверстия. Кроме того, этот способ неприменим для изготовления термостойких изделий, где в качестве материала используются тугоплавкие металлы.
Известен способ прошивания отверстий излучением оптического квантового генератора (ОКГ), согласно которому оптическая система установлена от ОКГ на расстоянии, определяемом соотношением, включающим диаметр выходного зрачка ОКГ, угол сходимости ОКГ и фокусное расстояние оптической системы (SU 259291, B23P 17/00). Способ позволяет уменьшить конусность отверстий, но не устранить ее. Кроме того, такой метод требует больших затрат при изготовлении отверстий в тугоплавком металле.
Известен способ прошивки изделий электроэрозионным путем с использованием механизма точного взаимного расположения отверстий (SU 245229, B23H 1/00). Этот способ хорошо подходит для изготовления заходных технологических отверстий, к которым не предъявляются жесткие требования по точности, но вследствие увода прошивочного электрода неприменим для изготовления длинномерных точных отверстий в тугоплавких металлах. Кроме того, данный метод является малопроизводительным при изготовлении большого числа отверстий.
Ближайшим прототипом изобретения является способ изготовления металлических изделий, содержащих длинномерные отверстия, путем электроэрозионной обработки металла инструментом-проволокой (А.Б.Сосенко. «Электроискровая вырезка проволочным электродом». Применение электрофизических и электрохимических методов обработки металлов в инструментально-штамповом производстве. ГОСИНТИ, М., Передовой научно-производственный опыт. 1964 г., №6-64-147/26, с.с.32-33). Этот способ позволяет изготавливать длинномерные отверстия в металле с высокой точностью и с точным взаиморасположением относительно друг друга. При этом диаметр отверстий соизмерим с диаметром режущей проволоки и может составлять величину порядка 0,3-0,8 мм при соотношении длины отверстия к его диаметру более 30 раз. Недостатком этого способа является наличие технологического паза, через который проволока выводится из прорезаемого отверстия и, таким образом, не выполняется требование герметичности отверстий.
Технический результат изобретения заключается в следующем:
1. Обеспечение герметичности стенок отверстий при высокой плотности их расположения.
2. Обеспечение одновременно высокой термической стойкости стенок отверстий и высокой эффективности теплоотвода от отверстий к периферии изделия.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что металлическое изделие выполняют из двух деталей. При этом в первой детали способом электроэрозионной обработки металла инструментом-проволокой вырезают отверстия с образованием технологических пазов, причем отверстия и внешнюю поверхность этой детали формируют за один проход инструмента без переустановки заготовки, что позволяет изготавливать изделия с малыми габаритами. Затем образовавшиеся технологические пазы герметично закрывают путем присоединения второй детали методом пайки, который, во-первых, обеспечивает качественный тепловой контакт между двумя деталями, а, во-вторых, вследствие затекания расплавленного припоя в технологические пазы, позволяет получить отверстия идеально круглой формы. Эффективный теплоотвод от отверстий к периферии изделия обеспечивается благодаря тому, что присоединяемая вторая деталь изготавливается из металла с более высокой теплопроводностью, чем металл первой детали.
Изобретение иллюстрируется с помощью примера изготовления отверстий в плоской заготовке.
На чертеже представлен вид сверху изделия с прорезанными отверстиями.
Изделие в предлагаемом примере содержит первую деталь 1 с технологическими пазами 2 и отверстиями 3, формируемую поверхность первой детали 4, присоединяемую вторую деталь 5.
Способ осуществляется следующим образом. Инструмент-проволоку вводят в заготовку (не показано), вырезают отверстие 3. Затем проволоку выводят из отверстия 3 в технологический паз 2 таким образом, что ход проволоки в пазу равен ее диаметру. После этого проволока перемещается по заготовке, образуя поверхность 4 изготавливаемой первой детали 1, до следующего отверстия 3 и так далее до окончательного формирования первой детали 1 с отверстиями 3 и технологическими пазами 2. Затем первая деталь с отверстиями 1 соединяется с присоединяемой второй деталью 5.
Доказательством того, что указанный технический результат был реализован, являются изготовленные таким способом металлические изделия диаметром 2÷4 мм, в которых молибденовые детали (первая деталь) имеют 18 отверстий, расположенных на двух концентрических рядах. Отверстия составляют величину диаметром 0,3÷0,8 мм и длиной более 20 мм. Плотность расположения отверстий порядка 0,3÷0,4. Присоединяемая внешняя оболочка (вторая деталь) выполнена из меди. Таким образом, обеспечены условия герметичности стенок отверстий, а также одновременно высокая термостойкость стенок отверстий за счет использования молибдена и высокий теплоотвод за счет присоединения оболочки из меди. Никакими иными известными способами получить такой результат не удается.