УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ НАРУЖНОЙ СТУПЕНЧАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБЧАТОЙ ДЕТАЛИ К ПАЙКЕ В ВАКУУМЕ

Полезная модель относится к области пайки деталей в вакууме, в частности к устройствам для подготовки наружной ступенчатой поверхности труб подвода топливных компонентов сопел камер сгорания жидкостных ракетных двигателей перед пайкой сборочных единиц из труб в вакууме.
В настоящее время трубы в состоянии поставки не отвечают требованиям, предъявляемым к структуре металла поверхностного слоя деталей, предназначенных для пайки, по причине его низкой диффузионной активности (двухсторонние проникновение материала припоя в металлы соединяемых деталей на уровне их взаимной диффузии) и его низкой капиллярности (смачиваемости) (двухсторонние проникновение материала припоя по границам волокон структуры соединяемых деталей) из-за значительной структурной неоднородности металла, исключающей формирование в нем волокнистой структуры, обогащенной дислокациями.
Известно устройство для подготовки деталей к пайке (галтовка), содержащее барабан с ударными элементами и механизм вращение барабана (Петрушин И.Е. «Справочник по пайке», Москва, «Машиностроение», 2003, с. 234).
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что вращение барабана, обуславливающее свободное падение профилированных ударных элементов и их действие на размещенные в барабане детали, не обеспечивает регламентированного уровня пластической обработки металла деталей и формирование в нем требуемой структуры, а также повышает вероятность нарушения геометрической формы детали.
Известно устройство для физической активации поверхностей деталей путем дробеструйной обработки, содержащее полый корпус с ударниками, имеющими ударные поверхности (Балдаев Л.Х. и др. Газотермическое напыление, Москва, ООО «Маркет ДС Корпорэйшн», 2007, с. 65-67) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства установлено, что направленное воздействие массива ударников на поверхность детали не обеспечивает регламентированного уровня пластической обработки металла внутренней поверхности трубчатой детали из-за невозможности контроля число ударников, подводимых к детали за цикл обработки, что не позволяет формировать требуемую структуру в металле внутренней поверхности трубчатой детали и повышает вероятность нарушения его сплошности в виде микротрещин.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении качества подготавливаемых к пайке трубчатых деталей путем формирования на их наружных ступенчатых поверхностях в местах последующей пайки в вакууме в пакете из трубчатых деталей кольцевых зон путем локальной пластической обработки этих зон в диапазоне упругого деформирования их материала, что формирует структуру, обогащенную дислокациями, которая повышает диффузионную активность и капиллярность материала деталей и, как результат, увеличивает глубину двухстороннего проникновения материала припоя в металлы деталей и создает диффузионный характер их взаимодействия с припоем.
Указанный технический результат обеспечивает тем, что в устройстве для подготовки наружной ступенчатой поверхности трубчатой детали к пайке в вакууме, содержащем полый корпус, а также ложементы с рабочими поверхностями, предназначенными для контакта с обрабатываемой поверхностью трубчатой детали, новым является то, что устройство оснащено втулкой с внутренним кольцевым выступом, установленной на корпусе с возможностью перемещения посредством привода, в образующей корпуса выполнены радиальные отверстия, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены толкатели, имеющие концы сферической формы и подпружиненные относительно корпуса, один из концов каждого толкателя имеет возможность взаимодействия с кольцевым выступом втулки, причем устройство дополнительно снабжено установленной в полости корпуса обоймой, выполненной из эластичного материала, в обойме выполнены радиальные отверстия, в которых с возможностью перемещения размещены ложементы, рабочая поверхность одного из торцов каждого из ложементов имеет возможность взаимодействия с обрабатываемой поверхностью трубчатой детали, а второй торец каждого ложемента взаимодействует со вторым сферическим концом толкателя.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - общий вид устройства, продольный разрез;
- на фиг. 2 - вид А-А на фиг. 1 (зона обработки поверхности трубчатой детали).
Устройство для подготовки наружной ступенчатой поверхности трубчатой детали к пайке в вакууме состоит из полого корпуса 1 преимущественно цилиндрической формы, на образующей которого по окружности выполнены сквозные отверстия ступенчатой формы 2. В отверстиях размещены упругие элементы 3, а также толкатели 4 с утолщениями сферической формы 5 и 6 на концах. Толкатели имеют возможность возвратно-поступательного перемещения в отверстиях корпуса и подпружинены упругими элементами 3. Толкатели 4 имеют возможность взаимодействия с опорными поверхностями 7 торцов ложементов 8.
На образующей корпуса 1 размещена втулка 9, охватывающая корпус и оснащенная внутренним кольцевым выступом 10. Втулка 9 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия выступом 10 со сферическими утолщениями 5 концов толкателей 4.
В полости корпуса 1 размещена обойма 11, выполненная из эластичного материала и имеющая форму горизонтально расположенного стакана. На образующей обоймы 11 по окружности выполнены сквозные отверстия 12, имеющие цилиндрические 13 и расширяющиеся конические 14 ступени.
В отверстиях 12 размещены ложементы 8, в рабочих торцах которых выполнены глухие отверстия 15, образующие плоские торцевые рабочие поверхности 16.
Ложементы 8 установлены в отверстиях 12 с возможностью осевого перемещения и покачивания.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Корпус 1 размещают на трубчатой детали 17 в зоне переходного участка конической формы от одной ступени трубчатой детали к другой. Данная коническая поверхность является в последующем зоной пайки. При такой установке ложементы 8 расположены вокруг конического переходного участка.
К втулке 9 прикладывают осевое усилие P (механизм перемещения втулки не показан), перемещая ее по поверхности образующей корпуса 1. При перемещении втулки 9 ее кольцевой выступ 10 контактирует со сферическими утолщениями 5 толкателей 4, сжимая упругие элементы 3 и перемещая толкатели в отверстиях 2 в направлении обрабатываемой поверхности детали, в результате чего толкатели 4 воздействует сферическими утолщениями 6 на опорные части 7 ложементов 8.
В результате силового воздействия толкателей 4 на ложементы 8, последние перемещаются в направлении поверхности трубчатой детали 17. При контакте с поверхностью трубчатой детали 17 обойма 11 деформируется, стенки цилиндрической ступени 13 отверстия 12 отходят от ложементов 8, образуя в совокупности с расширяющийся конической ступенью 14 отверстия 12 конусообразный боковой зазор A.
Перемещение кольцевого выступа 10 втулки 9 по сферической поверхности утолщения 5 толкателя 4 формирует изменение зон контакта утолщения 6 толкателя 4 и опорной поверхности 7 ложемента 8, что, в сочетании с конусообразным боковым зазором А между ложементом 8 и упругим материалом обоймы 11, создает условия для возникновения качательных перемещений ложементов 8 при их перемещении в сторону обрабатываемой поверхности детали 17.
При взаимодействии рабочей поверхности 16 ложементов 8 с наклонной поверхностью трубчатой детали 17 формируется дугообразный очаг деформации, в котором металл находится в состоянии сжатия, при этом часть металла трубчатой детали 17 вытесняется в виде волнообразного утолщения В (фиг. 2) в зону глухого отверстия 15 рабочей части 16 ложемента 8, формируя в металле утолщения В растягивающие напряжения.
Качательное перемещение ложемента 8 при его контакте с наклонной поверхностью детали 17 создает в металле очага деформации и прилегающей к нему дугообразной зоне знакопеременный режим пульсаций схемы «сжатие - растяжение» металла и волнообразный характер упругих периодических перемещений поверхностных слоев металла, что в сочетании с реверсивными перемещениями втулки 9 формирует условия для реализации эффекта Баушингера («запоминание» металлом истории его нагружения) (Фридман Б.Я. «Механические свойства металлов», Москва «Машиностроение», 1971, с. 321).
Результатом реализации эффекта Баушингера является значительное повышение диффузионной активности и капиллярности металла за счет формирования волнообразного рельефа его структуры, что резко повышает глубину проникновения материала припоя в поверхностные слои металла наклонного участка трубчатой детали 17.
Таким образом, выполнение в образующей корпуса системы отверстий и размещение в них упругих элементов и толкателей со сферическими утолщениями на концах, а также оснащение устройства обоймой из эластичного материала и размещение в ней ложементов, позволяет повысить качество пайки трубчатых деталей в зонах переходных наклонных участков, устранив дефект типа «непропай» за счет повышения диффузионной активности и капиллярности металла поверхностных слоев наклонных участков трубчатых деталей в зоне их пайки.