Модифікування структури заготовки

1. Спосіб модифікування структури заготовки, при якому: 1) забезпечують відносне переміщення між енергетичним променем і заготовкою так, що область заготовки плавиться і розплавлений матеріал зміщається, утворюючи виступ на першій ділянці області та отвір на іншій ділянці області; 2) дозволяють розплавленому матеріалу, щонайменше частково, затвердіти; і після цього 3) повторюють етап 1) один або більше разів, причому область, що відповідає кожному повторенню, перетинає область, в якій здійснюють етап 1). 2. Спосіб за п. 1, в якому етап 3) додатково містить повторення етапу 2), що йде за кожним повторенням етапу 1). 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, в якому область, обмежену променем, примушують зміщатися відносно заготовки по траєкторії від початкової позиції до кінцевої позиції. 4. Спосіб за п. 3, в якому згадана перша ділянка знаходиться на одній із початкових або кінцевих позицій, а інша ділянка на іншій початковій або кінцевій позиції. 5. Спосіб за п. 3 або п. 4, в якому довжина траєкторії складає щонайменше три діаметри променя. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, в якому щонайменше частина згаданої області є подовженою. 7. Спосіб за п. 6, в якому згадана область по суті прямолінійна. 8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, в якому щонайменше частина згаданої області викривлена. 2 (19) 1 3 77348 4 чому отвори і виступи формують способом за 28. Спосіб за будь-яким з пп. 22-27, в якому вистубудь-яким з пп. 1-21. пи або отвори розташовані так, щоб забезпечити 23. Спосіб за п. 22, в якому один або більше з назаздалегідь визначені локальні механічні, фізичні ступних параметрів: розмір, форма, відносне розабо термічні властивості. ташування отворів і/або розмір, форма, відносне 29. Спосіб за п. 28, в якому виступи і/або отвори на розташування або хімічна композиція виступів кощонайменше частині деталі розташовані так, щоб нтролюються заздалегідь визначеним чином. створити локальні термічні і/або механічні власти24. Спосіб за п. 22 або п. 23, в якому виступи або вості у цій частині деталі, які були б по суті такими отвори утворені таким чином, щоб механічно вхож, як властивості заготовки або заготовок, до якої дити у зачеплення із заготовкою(ами), з якою(ими) або яких ця частина деталі повинна бути приєдназ'єднується згадана деталь. на. 25. Спосіб за п. 24, в якому виступи на деталі роз30. Спосіб за будь-яким з пп. 22-29, в якому за ташовані так, щоб взаємодіяти з додатковими до допомогою розташування виступів і/або отворів них структурами у заготовці або заготовках. забезпечують різний тип руйнування з'єднання. 26. Спосіб за будь-яким з пп. 22-25, в якому отвори 31. Спосіб за будь-яким з пп. 22-30, в якому деталь мають відповідний розмір для заповнення адгезиє проміжною деталлю для використання у з'єднанвом або смолою. ні разом двох або більше додаткових заготовок. 27. Спосіб за будь-яким з пп. 22-26, в якому висту32. Заготовка, яка була оброблена з використанпи і/або отвори деталі виконані таким чином, що ням способу за будь-яким з пп. 1-21 або пп. 22-31. при використанні виступи і/або отвори взаємоді33. Спосіб з'єднання заготовки з однією або з веють із заготовкою або заготовками так, щоб розполикою кількістю додаткових заготовок, що включає ділити будь-які напруження всередині з'єднання підготовку першої заготовки для з'єднання з викоміж заготовкою або заготовками і деталлю і, таким ристанням способу за будь-яким з пп. 22-31 і з'єдчином, зменшити концентрацію напружень всеренання цієї першої заготовки з однією або більше дині з'єднання. додатковими заготовками. Даний винахід відноситься до способу модифікування структури заготовки і до заготовок, модифікованих таким способом. Застосування енергетичних променів, наприклад, електронних променів (ЕП) або лазерних променів, для модифікування поверхні вже добре відоме. Існує декілька різних способів для зміни поверхневих властивостей матеріалу, в яких застосовуються енергетичні промені для видалення, хімічного модифікування або переміщення матеріалу на поверхні виробу. Декілька з них вже є об'єктами заявлених і запатентованих винаходів. Традиційний процес свердління за допомогою електронних променів для більшості металів та інших матеріалів, які можуть переходити у рідку фазу, проходить таким чином. По-перше, промінь високої енергетичної густини пробиває глухий "ключовий отвір" у матеріалі. Цей "ключовий отвір" звичайно являє собою вузький глибокий отвір. По сторонах цього отвору знаходиться шар розплавленого матеріалу. Отвір утримується відкритим переважно за рахунок тиску пари матеріалу, який знаходиться в або біля своєї точки кипіння в області найбільш високої густини енергії променя. Подруге, промінь утримують протягом часу, достатнього для того, щоб отвір став швидше проникним, ніж глухим. По-третє, промінь утримують трохи довше в одному положенні так, щоб промінь досяг матеріалу підкладки, який щільно прилягає до задньої сторони виробу. Цей матеріал підкладки є летким і утворює викид газоподібного матеріалу, який видаляє майже весь розплавлений матеріал зі сторін отвору. Потрібно відмітити, даний тип свердління не може давати чистих "глухих" отворів, тому що відсутня сила, що забезпечує витіснення усього рідкого матеріалу. У випадку матеріалу, який не може існувати у рідкій фазі або може бути хімічно перетворений безпосередньо у газоподібну фазу, свердління або різання можуть виконуватися без матеріалу підкладки. У цьому випадку можливе виконання глухих отворів. У багатьох випадках, наприклад, при застосуванні лазера, використовується також "газова домішка", при якій до розплавленого матеріалу підводиться струмина газу для того, щоб перемістити його з метою різання або свердління. Існують різні способи, які включають в себе застосування енергетичних променів для видалення матеріалу з поверхні виробу для того, щоб залишити бортики по суті незміненого матеріалу, і таким чином сформувати функціональну поверхню. Існують також технології, в яких матеріал може бути переміщений у рідкій фазі для того, щоб змінити функціональність поверхні. В одному варіанті матеріал текстурується енергетичним променем, який або залишається нерухомим відносно поверхні рухомої заготовки, або рухається відносно поверхні у тому ж напрямі, в якому рухається заготовка у постійній системі координат. Таким способом звичайно роблять неглибокі отвори круглої або подовженої форми з приблизно рівномірно підвищеним краєм. Поверхневі текстури даного типу використовуються у виготовленні валків для обробки сталі, від яких текстура передається прокатаному сталевому продукту. У другому процесі "текстурування поверхні" електронний (або лазерний) промінь спрямовують у різних напрямах на ділянки кожного отвору для надання переміщеному матеріалу специфічної форми. Якщо суміжні елементи створюються, поки попередні ще залишаються розплавленими, або, щонайменше, дуже гарячими, переміщений розплавлений матеріал з різних отворів може бути 5 77348 6 об'єднаний, або ціла поверхня може бути добре кож можуть бути сформовані всередині матеріалу, сплавлена. Отже, ця друга технологія забезпечує і вони можуть супроводжуватися або відповідними створення широкого набору функціональних повелокалізованими поверхневими виступами, або рхонь. Це описується у патенті Великобританії GBпологими ділянками, що містять переміщений маA-2375728. теріал. Подібні елементи можуть бути у багато Обидві технології переміщення матеріалу, разів більшими за висотою/глибиною, ніж ширизгадані вище, призводять до одержання характерною, на відміну від елементів, вироблених за доних поверхонь. У першому випадку переміщений помогою існуючих технологій. матеріал рівномірно розподіляється, тільки якщо Відповідно до першого аспекту даного винахоотвори є відносно неглибокими відносно їх діаметду, у способі модифікування структури заготовки ра. У другому випадку отвори можуть мати глиби1) забезпечують відносний рух енергетичного ну, порівнянну з їх шириною, забезпечуючи те, що променя і заготовки таким чином, що область заматеріал, переміщуваний з них, переноситься у готовки плавиться, і розплавлений матеріал переправильному напрямі від отвору. Матеріал, переміщується, утворюючи виступ на першій ділянці міщений з отворів, сам або в об'єднанні з іншим згаданої області та отвір на іншій ділянці області; розплавленим переміщеним матеріалом із сусідніх 2) дозволяють розплавленому матеріалу, щоотворів затвердіває у характерні утворення. Вони найменше частково, затвердіти; і після цього подібні один до одного тільки у тому випадку, якщо 3) повторюють етап 1) один або більше разів, їх форма визначається певною мірою силами попричому область, що відповідає кожному повтоверхневого натягу. ренню, перетинає область етапу 1). Для більшості металів переміщений матеріал Винахід, таким чином, забезпечує новий спосіб намагається, де. можливо, прийняти квазімодифікування структури заготовки, причому він сферичну форму. Зв'язок між переміщеним матевключає в себе модифікування структури поверхні ріалом і субстратом і, отже, форма осадженого і/або об'єму. переміщеного матеріалу залежать від площі змоВиступи, що утворюються при використанні чування і температури як субстрату, так і переміданого способу, можуть набувати численних різщеного матеріалу. Результатом є те, що для більних форм, таких як горби, шипи, плато і так далі. шості металів елементи, що виступають над Отвори також можуть мати різноманітні форми. поверхнею вихідного субстрату, обмежені відноВони включають в себе проникні отвори, глухі шенням висота/ширина. Зокрема, висота будь-якої отвори, западини, кратери, канали, заглиблення, а вибраної області осадженого матеріалу над поветакож вкладені отвори, які забезпечують порисрхнею вихідного субстрату не перевищує істотно тість. Деякі особливі приклади цих виступів та його ширину. отворів обговорюються далі. Кожний з цих елемеУ даному винаході описується нова обробка нтів, загалом, визначений згідно з формою матеріенергетичними променями, в якій передбачена алу, який оточує його у безпосередній близькості. нова обробка переважно переміщеного матеріалу Отже, виступи можуть бути одержані у межах у рідкій фазі для створення нових типів структур. У отворів всередині заготовки так само, як отвори даному винаході ділянка заготовки зазнає впливу можуть бути виконані у виступах, які самі підняті рухомого енергетичного променя специфічним над загальною поверхнею заготовки. Отвори тачином два або більше, переважно безліч разів. На кож можуть бути зроблені у межах внутрішніх повідміну від попередніх описаних способів, матеріверхонь, що обмежують існуючі отвори, і, подібно алу, переміщеному з кожної ділянки, дозволяють до цього, виступи можуть бути сформовані поверх по суті затвердіти у новому місцеположенні, перш інших виступів. ніж енергетичний промінь буде знову застосоваСпосіб забезпечує засіб радикальної зміни ний у тому ж або безпосередньо сусідньому місці. структури заготовки або локально, або екстенсивРезультатом є те, що переміщений матеріал но. Це, у свою чергу, можна застосовувати для від одного опромінення окремої ділянки на поверрегулювання різних локальних або екстенсивних хні заготовки може згодом бути покритий додатковластивостей. Наступні об'ємні (ізотропвим переміщеним матеріалом. Це може бути або ні/анізотропні) і/або поверхневі властивості є дедодатковий матеріал з тієї ж ділянки, або додаткоякими прикладами тих властивостей, які можуть вий матеріал, переміщений з альтернативної ділябути модифіковані застосуванням даного способу: нки. Також отвори, сформовані в результаті переелектричні, магнітні, механічні, хімічні, навантажуміщення матеріалу, можуть бути перекриті з вальні, змочування, фрикційні, еластичні, термічні, метою одержання нового типу структури. випромінюючі, аеродинамічні, гідродинамічні, деДана технологія не обмежується одержанням формаційні, гістерезис, густина, плинність, конфонових поверхневих структур, оскільки її також мормація, кристалографічна орієнтація, корозія, аджна застосовувати для модифікування структури гезія. глибше всередині заготовки, одержуючи правильСама заготовка, як правило, є заготовкою з ну модифікацію структури в об'ємі матеріалу. одного матеріалу. Однак вона може мати форму Результатом цього нового процесу є те, що двох або більше заготовок, як складена заготовка, звичайні описані вище обмеження, викликані геоз областю(ми) поверхні поділу між складовими метрією матеріалу, що твердне, (і також утворюзаготовками. У цьому випадку спосіб можна застованих отворів), не є далі безперечними. Викориссовувати для з'єднання заготовок разом, що необтовуючи дану технологію, можна "виростити" нові хідно, наприклад, для забезпечення електричного елементи на поверхні, застосовуючи послідовні з'єднання між складовими заготовками. опромінення окремої ділянки. Глибокі отвори таОбласть(ті) плавлення може мати деяку кіль 7 77348 8 кість форм. Вигляд кожної області переважно винавислих виступів можна використовувати для значений променем, який переміщували відносно формування петель над поверхнею заготовки. заготовки вздовж деякої траєкторії бід початкового У деяких випадках бажано, щоб утворені отвоположення до кінцевого положення. Отже, можуть ри і виступи мали згладжені поверхні. Дійсно, виміститися форми, що включають в себе подовжені користовуючи відповідні параметри, у багатьох області, які можуть бути зігненими або прямолінійматеріалах ці структури, особливо отвори, можна ними або цілком, або частково, і мати зміщені посформувати із згладженими поверхнями (як покачаткові і кінцеві точки відносного переміщення зано на фігурах, описаних нижче). Як додаткова променя. Бажано, щоб довжина такої траєкторії або альтернативна операція згладжування густину становила, щонайменше, три діаметри променя. енергії променя можна знизити під час стадії 3) у Найпростішим прикладом подовженої області є відношенні до одного або більше попередніх пепрямокутна область. Однак інші форми області реміщень променя так, щоб згладити краї утвореплавлення включають в себе криві і петлі, як, наного виступу(ів) і/або отвору(ів). приклад, різні частини траєкторії окружності, що Додаткове важливе застосування даного вивизначає коло. находу полягає у з'єднанні заготовок, особливо Як правило, промінь спрямовують по певній різних матеріалів, таких як метали і композити. Це траєкторії так, що положення виступу і отвору знатакож відноситься, але не виключно, до з'єднань ходяться на протилежних кінцях траєкторії промеметал-метал, з'єднань пластик-пластик, з'єднань ня. Однак, внаслідок фізики процесу, виступ, як кераміка-кераміка та їх комбінацій. правило, утворюється на початку траєкторії проПереваги композитних структур у порівнянні з меня, а отвір - у кінці траєкторії. Розплавлений металевими частинами добре відомі фахівцям у матеріал у кожному випадку тече таким чином, що даній галузі техніки. Однак є все ще багато окрепо суті відповідає області, що розглядається. Одмих випадків, де граничні обмеження характериснак така відповідність може не бути повною внатик або промисловий консерватизм і/або незручслідок більшого об'єму матеріалу у рідкій фазі у ності виробництва перешкоджають їх порівнянні з об'ємом матеріалу твердої матриці, з застосуванню. Тому шукаються компроміси, які якої він утворюється, і внаслідок динаміки потоку об'єднують композити та інші матеріали найбільш процесу. ефективним способом. Найбільш загальним прикУ деяких випадках різні траєкторії, які прохоладом цього була б комбінація механічного скріпдить промінь, відносно заготовки в одному або лення і адгезійного з'єднання. більше подальших етапів не ідентичні. Це дозвоПодібні гібридні з'єднання широко використоляє одержати різні форми елементів. Альтернативуються у багатьох галузях промисловості, таких вно, кожна з областей, в яких здійснюється етап як аерокосмічна або автомобільна. Однак їх об3), може по суті не співпадати з областю етапу 1). меження добре документовані, і найбільш істотСпосіб може також передбачати утворення ною є відсутність ефективної і згладженої передачі однієї або більше груп областей, причому кожна навантаження, у протилежність застосуванню адгрупа перетинає область етапу 1). У цьому випадгезивів в ізоляції. Ці обмеження, що відносяться до ку отвори кожної групи можуть бути впорядковані конструкції, часто перекреслюють початкові цілі так, щоб бути по суті суміщеними з отвором на використання композитного матеріалу. ділянці області, в якій здійснюється етап 1). ВистуПатент США А-Н788 розкриває один приклад пи можуть бути також впорядковані і суміщені. способу з'єднання пластику з металом, при якому Групи областей можуть бути також впорядковані у формують отвори в поверхні металу хімічним траправильну множину. вленням або фрезуванням. Ці отвори, щонайменТвердіння кожної області, щонайменше частше частково, збільшуються у ширині з глибиною кове, займає певний час, і ефективне використантравлення так, що коли зверху накладається шар ня енергетичного променя може визначатися фопластику, він з'єднується з металевою поверхнею. рмуванням однієї або більше областей в іншому СА-А-2302964 (загалом відповідний ЕР-Амісці субстрату під час такого твердіння. 1048442 і ЕР-А-1197316) описує інший спосіб з'єдЗаготовки, утворені із більше ніж одного матенання металу з пластиком, в якому виконуються ріалу, такі, як заготовки, що мають покриття, моотвори у металевій частині, через які зв'язуються жуть також бути використані таким чином, що під волокна. час застосування даного способу утворюється Патент США US-A-5691391 описує інжекційне сплав. Один або більше додаткових матеріалів лиття пластикового полотна на лонжерон. Патент можуть бути додані під час здійснення даного споСША US-A-5118257 показує з'єднання рифленого собу, щоб досягти сплавлення, наприклад, спосіб металевого елемента з композитною лопаткою можна також здійснювати в атмосфері газу для турбіни. забезпечення відповідного сплавлення. Відповідно до другого аспекту даного винахоЗастосування даного способу забезпечує фоду спосіб приготування заготовки у формі деталі рмування різних морфологій виступів, наприклад, для приєднання до однієї або більше додаткових перетинні області можуть бути впорядковані так, заготовок включає формування множини отворів у щоб формувати виступи, які нависають над поверповерхні і/або в об'ємі деталі і формування зовніхнею заготовки. Вони можуть діяти як гачки, коли шніх виступів на поверхні деталі, використовуючи поверхня бере участь у зв'язуванні, збільшуючи, спосіб згідно з першим аспектом винаходу. таким чином, зв'язувальну дію. Такі виступи моОтже, деталь може бути особливою заготовжуть також бути складені з утворенням структур, кою, обробленою згідно зі способом винаходу, або що підносяться над поверхнею. Наприклад, ряд вона може містити проміжний елемент, розробле 9 77348 10 ний для того, щоб знаходитися між іншими заготоки(ок), до якої ця частина деталі повинна бути вками і сприяти їх бажаному з'єднанню. Отже, виприєднана. Прикладом цього є те, що властивості нахід особливо підходить для з'єднання різноріддеталі можуть бути змінені так, щоб частина, що них заготовок, таких як метали і композити, які знаходиться у контакті із заготовкою, мала по суті мають абсолютно різні властивості. такі ж механічні і/або фізичні і/або термічні властиОтже спосіб модифікування структури надає вості, як і властивості заготовки. Ця технологія важливу перевагу при з'єднанні разом матеріалів, може знизити або запобігти концентрації напрутобто деталі (заготовки) та однієї або більше дожень, які виникають у з'єднанні через невідповіддаткових заготовок. Зокрема, цього можна досягти ність у таких властивостях, як модуль і коефіцієнт за допомогою одного або більше розміру, форми теплового розширення. або відносного розподілу отворів і/або одного або Подібно до будь-якого термічного процесу, дабільше розміру, форми, відносного розподілу або ний спосіб згідно з винаходом може викликати нахімічної композиції виступів, які контролюються пруження у заготовці. Шляхом регулювання харакзаданим чином. Отже, розглядаються багато які теристик, положення і часу процесу ці напруження різні типи виступів і отворів, оскільки даний спосіб можна використовувати для контролю викривлензастосовується для з'єднання великої кількості ня заготовки. типів матеріалів. Додаткова перевага, що виходить з даного Переважно, виступи і/або отвори виконані з способу, полягає у тому, що виступи і/або отвори можливістю механічного зчеплення деталі із загоможуть бути виконані так, щоб контролювати спотовкою(ами). Виступи і/або отвори на всьому проссіб руйнування з'єднання. Це може забезпечити торі деталі можуть бути пристосовані для того, багато які переваги, такі як збільшена енергія абщоб здійснювати оптимальне механічне взаємозсорбції до руйнування, яка гарантує, що часткове в'язування з матеріалом(ами) заготовки(ок). руйнування з'єднання не призведе до зниження Наприклад, у випадку з'єднання металевої дедопустимого навантаження з'єднання, і яка гаранталі з композитною заготовкою із безперервного тує, що пошкодження можна буде помітити до товолокна, металеві виступи можуть бути зігнені так, го, як відбудеться руйнування. Приклад цього має щоб захопити волокна і запобігти переміщенню місце у випадку приєднання металевої деталі до або під час обробки композита, або після обробки, армованого волокном полімерного композитного коли з'єднання зазнає напруження. Отвори можуть матеріалу. Шляхом конструювання з'єднання можмати розмір, який дозволяє полімеру, і, можливо, на зробити так, що руйнування буде починатися з кінцям волокон, проходити в отвори і залишатися пластичної деформації у металевій деталі, яка захопленими після обробки композита. У випадку може бути виявлена до руйнування і може поглиадгезійного з'єднання металевої деталі з металенати великі кількості енергії. Це переважніше крихвою заготовкою адгезив може затікати в отвори і кого руйнування у композитному матеріалі, яке покращувати механічне зв'язування після затверможе бути раптовим і невиявлюваним. діння. Отже, у процесах, де бажане використання Фізичну форму деталі переважно також викоадгезивів, отвори можуть бути виконані з розмінувати так, щоб максимізувати механічне функціором, відповідним, щоб вмістити адгезив. нування утвореного з'єднання. Винахід забезпечує Виступи можуть бути розташовані так, щоб переваги у широкому наборі конфігурацій з'єднань. взаємодіяти з доповнювальними структурами всеПриклади можливих конфігурацій наведені на редині заготовки(ок). Отже, виступи можуть бути Фіг.31. З'єднання можуть також складатися із мнозроблені так, щоб підходити до внутрішніх елемежин або комбінацій цих конфігурацій з'єднань. нтів (які можуть бути або не бути отворами) загоЗгідно з третім аспектом винаходу пропонутовки. В одному особливому застосуванні, коли ється заготовка, яка була оброблена, використодеталь містить метали з пам'яттю форми, форма вуючи способи згідно з першим і другим аспектами виступів і отворів може бути змінена під час або винаходу. Всі подібні заготовки, оброблені, викопісля приготування з'єднання. ристовуючи дані способи, включаючи великі струкДодаткова перевага може бути забезпечена тури, одержані приєднанням подібних оброблених адаптацією способу так, щоб утворені виступи заготовок до інших заготовок, розглядаються у і/або отвори взаємодіяли із заготовкою(ами) так, даному винаході. щоб розподіляти будь-які напруженім всередині Згідно з четвертим аспектом винаходу пропоз'єднання між заготовкою(ами) і деталлю і, таким нується спосіб приєднання першої заготовки, мочином, знижувати концентрації напружень всередифікованої згідно з другим аспектом винаходу, до дині з'єднання. У цьому випадку, звичайно, бажано однієї або більше додаткових заготовок. Спосіб мати виступи, що глибоко проникають у відповідні включає підготовку першої заготовки для з'єднанзаготовки. ня, використовуючи спосіб згідно з другим аспекДодатково, виступи і/або отвори можуть бути том винаходу, і потім приєднання першої заготоврозташовані так, щоб забезпечити задані механічки, підготовленої таким чином, до додаткової ні, фізичні або термічні властивості. Отже, даний заготовки(ок). Частина або вся поверхня заготовспосіб можна використовувати для того, щоб ки, яка повинна бути з'єднана з іншою заготоввпливати на узгодження властивостей між деталкою(ами), може бути оброблена вказаним спосолю і заготовкою(ами), що з'єднуються. У цьому бом. випадку, звичайно, виступи і/або отвори виконують Оброблені заготовки можуть бути додатково у частині деталі так, щоб створити локальні терміприєднані до інших деталей, використовуючи чні і/або механічні властивості у цій частині деталі, будь-яку технологію з'єднання, відому у техніці, що є по суті такими ж, як властивості заготовтаку як зварювання, адгезивне з'єднання і співзат 11 77348 12 вердіння. У випадку приєднання одного армованопроцеси могли б бути використані після обробки го волокном полімерного композитного матеріалу відповідно до винаходу. до іншого або до будь-якого іншого матеріалу проФорма і розподіл виступів та отворів важливі. цес з'єднання може мати місце у той же час, що і Отвори можуть (або ні) бути взаємопов'язані, але обробка композита, і смола може бути або не бути для з'єднувального застосування бажано, щоб єдиним використаним адгезивом. вони не були ізольовані від поверхні металу, тобто Може виявитися необхідним заздалегідь обсмола або адгезив повинні мати можливість запоробити поверхні заготовки (деталі) перед з'єднанвнити їх до або під час процесу з'єднання. Даний ням таким чином, щоб покращити або зберегти спосіб може забезпечити переваги у деяких застоадгезійні характеристики. Це може вимагати додасуваннях, де бажана внутрішня пористість, шляткових процесів, таких як (але не тільки) травленхом створення ізольованих отворів всередині ня, анодування, смоління та інфузія адгезиву, кожструктури матеріалу. ний з яких відомий у техніці. Деякі приклади реалізації способів згідно з даПереважне застосування даного способу поним винаходом описуються далі із посиланням на лягає у приєднанні армованих волокном полімервідповідні креслення, на яких: них композитних структур до металів. Спочатку Фіг.1 ілюструє одне проходження променя металеву деталь обробляють, використовуючи вздовж субстрату; даний винахід. При необхідності підготовку поверФіг.2 ілюструє проходження променя відповідхні можна також здійснювати на деталі. Металеву но до Фіг.1 у поперечному перерізі; деталь приєднують до композитної заготовки під Фіг.3-5 представляють вигляди, подібні до час нанесення композитного матеріалу на деталь. Фіг.2, але ілюструючі два, три і η перетинних проВиступи та отвори розроблені так, що відбуваєтьходжень променів відповідно; ся більш плавна передача навантаження і найФіг.6 представляє вигляд у перспективі прикменша раптова зміна механічних і/або фізичних ладу, зображеного на Фіг.5; і/або термічних властивостей у з'єднанні, ніж у Фіг.7-9 ілюструють систему позначення; попередніх способах з'єднання. Розробка також Фіг. 10 ілюструє утворення "супер-виступу"; забезпечує, переважно, початок руйнування з'єдФіг.11 ілюструє створення "супер-отвору"; нання у вигляді пластичної деформації у металі, а Фіг. 12 ілюструє утворення мережі суперне у вигляді крихкого руйнування у композитній отворів і супер-виступів; заготовці. Фіг. 13 є мікрофотографією супер-виступу в Передбачено, щоб деталь заготовки могла буаустенітовій нержавіючій сталі; ти виготовлена третьою стороною такої довжини, Фіг. 14 є мікрофотографією області субстрату, щоб користувач міг, коли потрібно, обрізати її по показаної на Фіг. 13; розміру, і впровадження деталі могло бути інтегФіг. 15 є мікрофотографією, що показує вистуроване у процес виробництва композита. Наприпи, утворені частково коловою траєкторією промеклад, даний спосіб міг би бути використаний для ня; того, щоб забезпечити композитний компонент Фіг. 16 є мікрофотографією, що показує застометалевим кінцем, щоб дозволити подальше сування множинних зігнених траєкторій променя; •приєднання даного компонента до металевої Фіг. 17 є мікрофотографією, що показує гребеструктури через зварювання металу до металу. ні; Це застосування особливо підходить для аеФіг. 18 є мікрофотографією, що показує навирокосмічного використання, де звичайні матеріали, слі елементи; які використовуються, включають в себе алюміній Фіг. 19 є мікрофотографією, що показує отвори та його сплави, титан та його сплави, і армований і трикутні виступи; вуглецевим волокном полімерний композит (але Фіг.20 є мікрофотографією, що показує отвори не тільки ці). Інші матеріали, які можуть бути викоі виступи у модифікованій поверхневій структурі; ристані в інших галузях промисловості, включають Фіг.21А-21F показують різні алгоритми відповів себе нержавіючу сталь, армовані скляним та дно до таблиці на Фіг.32; арамідним волокном полімерні композитні матеріФіг.22 представляє вигляд у перспективі з'єдали або їх суміші, термопластичні полімери та арнання, що містить заготовку, модифіковану згідно мовані волокном термопластичні композитні матез винаходом; ріали. Фіг.23 представляє вигляд у перспективі детаТаким чином, запропонований новий тип сполі заготовки; собу з'єднання. Він зменшує обмеження, властиві Фіг.24 показує відкладання шарів композита на сучасним гібридним структурам за допомогою заготовці; об'єднання загальних концепцій механічного з'єдФіг.25 показує додатковий вигляд сполучених нання на макро/мікро рівні, як правило, у сполузаготовки і композита; ченні з адгезійним з'єднанням на мікФіг.26 є схематичним виглядом у розрізі, що ро/молекулярному рівні. показує взаємодію між виступами і композитом; Важливий аспект даного винаходу стосується Фіг.27 показує приклад взаємодії між виступатого факту, що отвори і зовнішні елементи форми і шарами волокнистого композита; муються із батьківського (як метал) матеріалу і не Фіг.28 є зображенням виступів у заготовці; є результатом оксидного модифікування, такого як Фіг.29 показує утворення "аеролиста"; анодування або деякі інші хімічні процеси, які взаФіг.30 показує проникні отвори на зворотній ємодіють і хімічно змінюють поверхню або об'єм стороні обробленої заготовки; матеріалу. Однак анодування або деякі інші хімічні Фіг.31 є таблицею, що показує приклади типів 13 77348 14 з'єднань; і метал має, звичайно, більший об'єм, ніж більш Фіг.32 є таблицею, що показує параметри прохолодний оточуючий твердий метал). За відсутноцесів. сті будь-яких інших сил, таких як гравітація, тиск У всіх описаних прикладах модифікування пари від випадкового променя і так далі, ця опукла структури здійснюється фокусованим електронним поверхня буде однорідна за формою. Однак, якщо променем (ЕП), що генерується за допомогою звиодин кінець калюжки остигає раніше за інші і повечайного джерела електронних променів, причому рхневий натяг сильно залежить від температури, промінь рухається відносно субстрату. Звичайно, то опукла верхня поверхня калюжки буде нестабіяк згадано вище, заготовка могла б переміщатися льною за формою. Якщо поверхневий натяг більвідносно променя або, насправді, обидва могли б ший при високих температурах, то гарячий кінець переміщатися. Альтернативно, могли бути викорикалюжки буде ставати плоским, і відповідний об'єм стані інші енергетичні промені, такі як лазери. матеріалу утворить опуклість на більш холодному Фіг.1 ілюструє результат одного проходження кінці калюжки. Якщо поверхневий натяг менший променя у заготовці 1, такій як сталь. Проходженпри високій температурі, відбудеться протилежне. ня променя починається на ділянці Фіг.1, позначеМожна бачити, що для того, щоб відбувався ній 2, спричиняючи утворення невеликої опуклості ПНТГ потік матеріалу, все, що необхідне, це - ная(виступу). Потім промінь рухається по, в основновність контрольованого температурного градієнта му, лінійній траєкторії 5, створюючи розплавлену вздовж калюжки рідини при її остиганні. Звичайно область 3, і закінчуючись у точці 4, де утворюється є температурний градієнт у напрямі "проходження невеликий отвір (кратер або порожнина). Це призпроменя" і найкращий для модифікування поверхведе до переміщення матеріалу субстрату, якому ні "ліплячий" результат одержується, коли складозволяють по суті затвердіти, в основному, поки даються ПНТГ і ЗПЗП впливи. Однак промені з промінь створює прохід(ди) в інших ділянках. Понизькою густиною енергії можна використовувати тім промінь може повернутися до ділянки цього для того, щоб переміщувати матеріал у напрямі, проходу для того, щоб повторити проходження зворотному проходженню променя, якщо присутні або точно, або іншим способом, як буде описано у інші чинники, які викликають реверсію температудеталях нижче. рного градієнта у калюжці. Потрібно зазначити, що у даному прикладі роДля проходження променя, що містить у собі зплавлений матеріал тече у напрямі (позначеному переважно прямокутний рух відносно заготовки 1, маленькою стрілкою, як показано на Фіг.2), звородовжина проходження звичайно у декілька разів тному траєкторії променя (позначеному стрілкою більша, ніж діаметр променя. Якщо траєкторія 3 5). Переміщення матеріалу в описаних прикладах проходження променя крива, типовий мінімальний відбувається шляхом об'єднання двох окремих радіус кривизни порівнянний (але не обмежений) з механізмів. Перший механізм використовує тиск діаметром променя. всередині зсувної порожнини, заповненої парою Як пояснено вище, кожне проходження проме(ЗПЗП), подібно до того, як відбувається під час ня здатне народжувати невелику калюжку розплаелектронно-променевого плавлення. Цей вплив вленого матеріалу, який зсувається по поверхні тиску, об'єднаний зі зсувом "ключового отвору" заготовки 1. У цій калюжці є, звичайно, помітна променя, призводить до результуючого перемісила, що формує поверхню, викликана тиском щення матеріалу у напрямі, зворотному цьому пари, що виникає від взаємодії променя з поверхзсуву. В цих умовах, якщо відстань зсуву вздовж нею металу. При кожному проходженні променя траєкторії ("довжина проходження променя") пепереміщається невелика кількість матеріалу. Як ревищує відстань приблизно трьох діаметрів пропоказано на Фіг.2, звичайно невелика кількість меня і затвердіння матеріалу відбувається прибзайвого матеріалу помітна у вигляді опуклості 2 на лизно рівномірно по руху променя, то кількість початку проходження променя. Невеликий отвір 4 переміщеного матеріалу фіксована безвідносно до відповідного розміру видно у кінці проходження довжини проходження променя. Однак видима променя. відстань результуючого переміщення матеріалу Якщо друге проходження променя точно назалежить у цьому випадку тільки від довжини прокладається на перше, то, як кінцевий отвір 4, так і ходження променя. Отже, можна бачити, що ці два початкова опуклість 2 будуть у першому наблипараметри можна незалежно контролювати для женні вдвічі більшими за розміром (Фіг.3). Тут мастворення бажаного ефекту. теріал, розплавлений один раз, позначений як 6, а Другий механізм залежить від зміни поверхнеобласть над ним була розплавлена двічі. вого натягу в залежності від температури рідкого Якщо третє перекриваюче проходження прометалу. Цей потік, що спрямовується температурменя накладається на два перших, то кінцевий ним градієнтом поверхневого натягу (ПНТГ), не отвір 4 і початкова опуклість 2 будуть приблизно у залежить від напряму "проходження променя" витри рази більшими, ніж після першого проходженключно у випадку, коли він впливає на температуня (Фіг.4). Області матеріалу, розплавленого один рний розподіл у рідкому металі. ПНТГ переміщенраз і два рази, позначені 6 і 7 відповідно. ня матеріалу відбувається таким чином. Після ряду перекриваючих проходжень проПрипустимо, що подовжена (щонайменше, у два меня матеріал у початковій опуклості 2 може не рази довша за ширину), неглибока область матеохолодитися достатньою мірою об'ємом внаслідок ріалу швидко розплавлена у велику, по суті, плосвіддаленості опуклості 2 від об'єму. Це може призку поверхню, але не охолоджується з рівномірною вести до відсутності додаткового збільшення висошвидкістю. Зазначимо, що ця калюжка буде мати ти початкової опуклості при додаткових подальших трохи опуклу поверхню (оскільки гарячий рідкий проходженнях променя тієї ж природи, оскільки 15 77348 16 кожне проходження променя тепер переплавляє можуть змінюватися від верху до низу. Звичайно, майже весь матеріал від попереднього прохопроцес призводить до невеликої втрати оброблюдження. Після ряду η перекриваючих проходжень ваного матеріалу у вигляді пари і розбризкування, променя (Фіг.5 і 6) кінцевий отвір 4 у заготовці 1 і особливо при роботі, значною мірою, у ЗПЗП репочаткова опуклість 2 можуть мати значне співвіджимі. Більш леткі компоненти звичайно втрачаношення висоти/глибини до ширини. Коли це траються, переважно, з оброблюваного матеріалу у пляється, падаючий промінь не може далі розплавигляді пари. Наприклад, при використанні у багавляти ту ж кількість матеріалу у кінцевому кратері тьох матеріалах може бути переміщено від 50 до через ефективне падіння густини енергії променя 95% оброблюваного матеріалу, який, однак, залина одиницю площі у точці падіння. шається прикріпленим до заготовки або заготовок Фіг.7-9 показують систему позначення для після обробки. опису деяких прикладів, згаданих вище. На Фіг. 7 Втрата деяких компонентів із базового матерісистема із 1000 проходжень променя використана алу під час обробки даним способом може бути для одержання 250 виступів, застосовуючи систесвідомо використана для забезпечення локальних му проходжень променя типу В. Початковий визмін у композиції, структурі і властивостях, якщо ступ позначений 8, а кінцевий кратер (отвір) - 9. це бажано. Лінія між цими двома позиціями показує траєктоОскільки свіжооброблені поверхні є чистими і рію променя, а стрілка над цією лінією означає сприйнятливими до додаткового покриття, може напрям потоку матеріалу. Як показано, виступ нобути зручно нанести це покриття під час або відмер "1" утворений проходженнями з номерами разу після обробки енергетичним променем. У 1,21,41,61. Фіг. 8 показує те ж, загалом, позначаюдеяких випадках покриття, що складається перечи використання чотирьох проходжень з двадцяважно із компонента, що втрачається, або компотьма іншими проходженнями на інших ділянках, нентів, можна легко нанести під час процесу. що розділяють їх. Як показано на Фіг.9, "n" означає Якщо послідовні лінійні проходження променя число проходжень у кожному положенні, "r" - число виконуються на тій же ділянці, результатом звиперед кожним повторним опроміненням, "Н" - чисчайно є приблизно трикутна форма початкового ло виступів і "S" - число повторних проходжень. виступу. Сторони початкового виступу, повернуті Якщо початкові позиції декількох різних проховід і до кожної сторони напряму проходження проджень накладаються, результатом повинен стати меня, майже вертикальні. Інша сторона, звичайно, накладений початковий виступ у багато разів бійде під кутом до поверхні субстрату. Кінцевий льший, ніж кожний з кінцевих отворів, що називаотвір також може бути відповідної трикутної форється "супер-виступ" (Фіг. 10). Для цього п=20, ми. г=250, Н=250 і S=25000. Для того, щоб досягти Геометрія кінцевого отвору може контролювацього, накладаються виступи від п'яти різних траєтися подібним же способом, беручи до уваги, що кторій проходження променя. промінь ще має лінію візуального доступу до дна Якщо жоден з кінцевих отворів не перекриваотвору, що може вимагати складної маніпуляції ється зовсім, але всі початкові виступи перекрипромінь/заготовка у випадку похилого кінцевого ваються, то результатом буде загальне зниження отвору. висоти поверхні субстрату, оточуючого початковий Процес звичайно застосовують до поверхні, виступ. перпендикулярної напряму падаючого енергетичЯкщо кінцеві отвори при декількох проходженного променя, але можна успішно застосовувати нях променя накладаються, результатом може під іншими кутами до поверхні заготовки у багабути отвір у декілька разів більший, ніж початкові тьох випадках. виступи, тобто "супер-отвір" (Фіг. 11). Тут n=3, Якщо проводити правильним способом, проr=10, H=10, S=120. Для одержання цього суперцес дозволяє одержати плоскопаралельні канавки отвору використані чотири траєкторії проходження у поверхні виробу. променя. Канавки (подовжені отвори) у виробі можна Якщо жоден з початкових виступів не перекризробити такими, що перетинають одна одну на вається, але всі кінцеві отвори перекриваються, множині ділянок. Однак правильне переміщення результатом повинен стати глибокий отвір, який матеріалу, звичайно, не зберігається, якщо траєкоточений невеликим плато, трохи піднятим над торія нового проходження променя перетинає ісповерхнею початкової заготовки. нуючу канавку. Фіг. 12 показує приклад мережі супер-отворів Канавки можуть бути у багато разів глибшими і (одержаних від 3 траєкторій проходжень променя довшими своєї ширини. При відповідній товщині кожний) і супер-виступів (6 траєкторій проходжень розрізу канавки можуть повністю проходити крізь променя кожний). У цьому випадку n=20. виріб. Якщо оброблювані області заготовки виконані Мінімальна ширина канавки, звичайно, визнаіз більше, ніж одного матеріалу (наприклад, покричається діаметром тієї частини променя ("серцеті металом або покриті другим матеріалом), або вина"), яка має достатню густину енергії для створобота проводиться у відповідному газовому або рення описаного вище формуючого силового рідкому оточенні, може виникнути новий функціовпливу. нальний сплав. У випадку покриття, послідовні Сторони канавок, утворених за допомогою проходження променя можуть переміщувати мацього процесу, можуть складатися повністю із петеріал, за бажанням, або із самого покриття, або з реплавленого матеріалу, який на мові ЕП свердобласті субстрату, що опромінюється. Таким чиління буде "невизначеним". У ході "ліплячого" проном, композиція і властивості початкового виступу цесу згідно з винаходом "невизначений" матеріал 17 77348 18 від кожного проходження променя, звичайно, одУ деяких випадках для здійснення винаходу норідно сплавляється з матеріалом від попередніх переважніше використовувати декілька променів проходжень за умови використання відповідної одночасно. Наприклад, у простому випадку це густини енергетичного променя. Тому у результаті наявність другої окремої електронної гармати, виходить канавка з гладкими і паралельними стоідентичної першій. При даному підході кожна елекронами. тронна гармата використовується ідентичним споВикористовуючи процес згідно з винаходом із собом для обробки інших частин заготовки в один і променем відповідного діаметра і потужності, мотой же час. Використовуючи даний підхід, можуть жуть бути створені елементи майже будь-якого бути передбачені, якщо буде потрібно, додаткові розміру на будь-якому матеріалі, який має надзвигенератори променів. Альтернативним способом є чайно стійку рідку фазу за умов обробки. застосування декількох емітерів променів, але зі Спеціальні умови можуть бути потрібними у звичайним проеціюванням променя і системою тих випадках, коли поверхневий натяг рідкої фази управління. У цьому випадку множина променів дуже сильно залежить від температури. може виконувати роботу одночасно без значного Якщо один або більше (однорідний або різнозбільшення кількості необхідного обладнання. Якрідний) матеріал постійно додавати до того, що що буде потрібно, може бути використано одночанормально було б областю заготовки з «кінцевим сно багато таких систем, щоб здійснювати обробку отвором», загальним результатом можуть стати з більшою швидкістю. виступні елементи поверхні з невеликими відповіВ одному випадку заготовка може бути нерудними отворами або, при бажанні, без них. Додатхомою відносно генератора електронного промековий матеріал, наприклад, дріт або порошок, моня. «Загальна» система відхилення променя керує же бути доданий, використовуючи традиційні променем між набором ділянок (наприклад, систехнології. Якщо матеріал постійно видаляти з тема, що містить рядки і стовпці однакового кроку) області заготовки з "початковим виступом", рена поверхні виробу. На кожній ділянці може бути зультатом можуть бути отвори у виробі з незначвиконаний алгоритм відхилення, що містить один ним виступанням або без виступання матеріалу. або, якщо буде потрібно, декілька «проходжень Надлишок розплавленого матеріалу може бути променя». Після ряду повторень «загальної» карвидалений шляхом витирання, засмоктування або тини відхилення процес закінчують і промінь вимиздування (наприклад, струминою газу) або промекають. нем з більш високою густиною енергії, який виклиВ іншому випадку «загальну» картину і «алгоче спонтанний викид розплавленого матеріалу і ритм» використовують, як описано вище. Однак у видалення його із заготовки. У будь-якому випадку цьому випадку заготовка також знаходиться у русі, матеріал може бути видалений або доданий при так що при кожному повторенні «загальна» систевикористанні іншого окремого компонента, що місма різним способом накладається на заготовку. тить споживану або одноразову «палітру», який При кожному повторенні перший стовпець ділянок підводять як можна ближче до заготовки. У цьому у «загальній» системі знаходиться у даний момент випадку траєкторія проходження променя буде над початковим матеріалом, другий стовпець знарозподілятися між заготовкою і палітрою. ходиться над тими ділянками, які перед цим були Отже, заготовка, що містить дві або більше експоновані першим стовпцем і так далі. У модиокремі частини, може бути з'єднана із застосуванфікуванні цього процесу: ням даної технології. При одержанні виступів на A) число колонок у «загальній» системі може одній або на усіх частинах заготовки звичайним бути зроблене рівним необхідному числу опроміспособом, але так, щоб вони з'єднували одну часнень або проходжень променя на кожній ділянці. тину заготовки з іншою, повинні бути зроблені стиТаким чином, процес можна застосовувати безпеки або стик. Ці стики можуть бути використані для рервно до рухомої штаби або листа матеріалу багатьох цілей, наприклад, для електричних або субстрату з точно еквівалентним загальним ремеханічних з'єднань. Це приклад, коли структура зультатом на кожній ділянці (за винятком початку і заготовки утворюється із двох або більше компокінця пробігу) у кожному випадку; нентів заготовки. B) при застосуванні до деталі з коловою симеУ переважному випадку час між проходженнятрією, яка обертається під час процесу, точно екми променя на будь-якій одній ділянці не витрачавівалентний вплив (за винятком у деяких випадках ють і промінь не вимикають. Замість цього промінь однакової температурної зміни між двома різними використовують протягом цього часу, щоб опроміпроходженнями променя) може бути одержаний нити інші області даної заготовки або інших загодля кожної ділянки виробу. Цього можна досягти товок. за умови, що рух виробу точно синхронний із загаМінімальне число окремих ділянок, які можуть льним відхиленням променя, так що обертання на бути одночасно оброблені одним безперервним 360 градусів точно відповідає цілому числу повтопроменем, диктується часом, необхідним для кожрень загальної картини. ного проходження променя або (проходжень) на C) кожний стовпець у загальній картині може ділянці, в залежності від часу затримки, необхіднобути скомпонований так, щоб відтворити еквівалего між проходженнями променя на кожній ділянці. нтну або відмінну картину проходження променя Максимальне число обмежується тільки можливона кожній ділянці. У комбінації із рухом заготовки стями системи управління відхиленням або переце може бути використане, щоб створити більш міщенням заготовки за умови, що допускається складні або похилі ознаки виробу; або додаткове охолодження через більш тривалий час D) якщо потрібно, матеріал може бути додазатримки, ніж це необхідне. ний або видалений з виробу на ділянках, які фік 19 77348 20 совані відносно електронної гармати. тися до поверхні таким чином, що буде нависати Деякі приклади застосування даного методу над поверхнею. до аустенітової нержавіючої сталі показані на Фіг. Якщо послідовні лінійні проходження променя 13-15. Фіг. 13 ілюструє одиничний супер-виступ, проводяться на одній і тій же ділянці, але прохооточений шістьма отворами. Фіг. 14 ілюструє ділядження променя не суміщаються точно, так що є нку із супер-виступом, показаним на Фіг. 13, відноневелике зміщення при кожному проходженні просно його безпосереднього оточення. меня у напрямі, протилежному напряму лінійного Параметри цих прикладів представлені у табпроходження променя, то в результаті буде одерлиці на Фіг.32. жаний початковий виступ, нахилений до поверхні Приклади структурного модифікування, де вісубстрату. дповідно до винаходу використали викривлені У цих двох зразках, якщо сусідні нахилені потраєкторії променя для аустенітової нержавіючої чаткові виступи зроблені таким чином, що вони сталі, показані на Фіг. 15 і 16. На Фіг. 15 представнахилені один до одного, декілька початкових вилені прямі виступи, кожний з яких утворений з виступів можуть бути сплавлені разом. Це передбакористанням частково викривленої траєкторії прочене для створення «петлі» або «петель» зі спламеня. На Фіг. 16 ознака центрального прямого вленого матеріалу, що помітно виступають над виступу утворена у центрі 2-на-2 матриці, обмежеповерхнею субстрату. ної викривленими (частково круглими) траєкторіяПовертаючись до виготовлення "навислих" ми променя. Параметри процесу, використані у (похилих) елементів, справжня довжина траєкторії, кожному випадку, детально представлені у таблиці на якій здійснюється розплавлення кожним "прона Фіг.32. ходженням променя", трохи більша, ніж реальна Використовуючи даний спосіб, можуть бути довжина проходження променя на величину, що одержані також елементи, що частково перекристосується діаметра електронного променя, власваються. Параметри, представлені на Фіг.32, тативостей матеріалу і швидкості опромінення. Це кож дають подробиці прикладів послідовно наклаозначає, що матеріал, переміщений одним проходених операцій «ліплення». Докладні траєкторії дженням променя, можна зробити навислим або променя представлені на Фіг.21А-21F, що також виступним над початком попереднього прохопредставлено у вигляді таблиць на Фіг.32. На дження променя або кромкою старту цього опроФіг.21А-21F пунктирні лінії показують загальну мінення. Якщо подальші проходження променя картину траєкторії повторного променя у відновиконуються зі зміщенням таким чином, що кожне шенні до першого (безперервні лінії). починається у послідовно більш навислому полоЦе дає можливість створювати більш детальженні, то це нависання можна 23 зробити додатконо розроблені елементи. В одному зразку за дово виступним над кромкою. помогою першої операції роблять ряд низьких шиТаким способом, отвори, утворені у товстій сероких хребтів матеріалу. Потім ці хребти кції заготовки, можуть бути частково блоковані обробляють за допомогою другої операції, внасліметалом виступів на поверхні. Застосуванням цьодок якої у звичайному випадку були б створені го способу є виробництво тонких фільтрів із моноотвори і виступи приблизно однакової висоти нижлітних частин з відносно великими отворами, проче і вище поверхні матеріалу. У цьому випадку, свердленими в них. Канавки або отвори, які однак, оскільки отвори створюють всередині маутворюються при переміщенні виступного матеріловиступного хребта матеріалу, отвори не прониалу, роблять можливим, якщо це потрібно, вільне кають глибоко у початкову товщину матеріалу. Це перенесення рідкого матеріалу через поверхню. - спосіб одержання високих бортиків над початкоЦе посилює потік рідини з областей між отворами. вою поверхнею матеріалу без, відповідно, глибоЯкщо проходження променя, що послідовно ких отворів на поверхні. Як показано на Фіг. 17, зміщуються, здійснюють на плоскій поверхні, то ряд «ребер» і канавок накладається біля низьких виступні елементи можна сформувати так, що ук22 хребтів. Додаткові подробиці представлені на лон назад буде мати гакоподібний вигляд. ПрикФіг.32. ладом застосування цього є переміщення вантажу Якщо послідовні лінійні проходження променя між волокнисто-армованим матеріалом і металом починають на трохи відмінних ділянках, наприсубстрату. На Фіг. 18 показаний приклад такого клад, кожне проходження променя вимагає трохи роду навислих елементів, параметри процесу відмінної довжини траєкторії, щоб досягти того ж представлені на Фіг.32. Фактично, при використансамого кінцевого отвору, результатом буде неверні модифікування з параметрами, представленими тикальний вигляд початкового виступу. У цьому у таблиці на Фіг.32, можуть бути утворені повністю випадку, якщо послідовно використовують більш проникні отвори у заготовці із титанового сплаву, короткі траєкторії проходження променя, сторона товщиною 2 міліметра. початкового виступу, що дивиться назад від наМодифікування включає в себе паузу для пряму проходження променя, також буде спрямоостигання матеріалу, щоб зменшити викривлення вана під гострим кутом до поверхні субстрату. Цей заготовки. ефект може бути пристосований так, щоб одержуФіг. 19 ілюструє застосування даного способу вати приблизно симетричний вигляд початкового для м'якої сталі марки Т299. виступу. На Фіг.20 показаний додатковий приклад з А1 Навпаки, якщо послідовно використовувати 5083, Т291. У кожному випадку додаткові подровсе більш довгу траєкторію проходження променя, биці представлені на Фіг.32. сторона початкового виступу, що дивиться назад Здатність матеріалу до «ліплення» залежить від напряму проходження променя, буде знижувавід ряду параметрів, в тому числі і від перерахо 21 77348 22 ваних у таблиці на Фіг.32. Крім того, значний ефект до винаходу. У цьому випадку спосіб обробки завиявляє чистота матеріалу. Як локальні негомостосовують до всієї поверхні 104, щоб одержати генності у матеріалі, так і кількість розчинених летзадану кількість виступів 105 і отворів 106 (схемаких компонентів вносять великі відмінності у здаттично показаних на Фіг.23). ність матеріалу до «ліплення». Потрібно зазначити, що картини, утворені відУ деяких випадках, коли мають намір одержаносним розташуванням виступів та отворів, моти виріб з досить широким плоским заглибленням жуть бути використані, щоб пристосувати подібні або хребтом, початкове виконання «отвору» крадеталі до різних специфічних вимог. У даному ще проводити з використанням відносно інтенсивприкладі кожний виступ виконаний як вістря, приного променя. Це може залишити на поверхні чому кожне вістря однакове за формою і розміром. отвір або хребет відносно грубого вигляду. При Аналогічно, отвори мають однакову форму і розвикористанні променя меншої густини енергії, або мір. Така адекватність не є, звичайно, необхідною, у фінальних стадіях виконання або як подальша але у даному прикладі це дає деякі зручності у операція, швидкість переміщення матеріалу може спрощенні параметрів обробки для структурного бути значно зменшена, але в результаті буде одемодифікування. ржаний більш гладкий отвір або хребет. Де подібна адекватність не використовується, Винахід можна реалізувати, використовуючи форма і розміри виступів, зокрема, можуть відрізрізні кути між променем і поверхнею заготовки. нятися на різних ділянках поверхні, яка буде приєЗвичайно прийнято, що різні процеси енергетичднана, щоб мати різні властивості з'єднань на цих ним променем можуть здійснюватися на поверхділянках. Виступи також можна одержувати під нях, які повертають так, щоб поверхня залишаларізними кутами, а не тільки перпендикулярно до ся нормальною відносно променя у деякій точці. загальної поверхні, з якої вони виступають. Кутові Це обмежує використання таких променів при свевиступи мають переваги в уловлюванні волокон у рдлінні отворів під малими кутами. Це наслідок як композитах та у запобіганні зміщенню їх під наванзменшення геометричної густини енергії, оскільки таженням. Однак, для заданої довжини виступів, кругла пляма стає еліптичною на поверхні виробу, чим менший кут з поверхнею, тим менша відстань, так і відбивної здатності, що збільшується, відносяку виступ буде досягати у матеріалі композита, і но променя, який входить під малим кутом падінтому ніякі напруження не будуть передаватися на ня. Для свердління лазерним/електронним промевсю глибину композита. Це приклад, коли висота нем або для інших корисних процесів густина виступів повинна бути ретельно вибрана. Форма енергії, необхідна для процесу, що планується, по виступів також може бути різною у різних частинах суті більша, ніж необхідна, щоб розплавити матедеталі. У деяких випадках форма гака може виріал. Однак з використанням даного винаходу, явитися сприятливою для посилення з'єднання. навіть якщо густини енергії достатньо, щоб тільки У цьому прикладі хімічну композицію виступів розплавити матеріал, можливо довести до кінця можна також зробити різною у різних частинах структурне модифікування за умови STTG механідеталі заготовки. Цього можна досягти різними зму управління потоком при роботі з матеріалом, процесами обробки, деякими з них є: що розглядається. Така операція може бути застоa) Переважне випаровування частини сплаву сована для того, щоб викликати зміни у локальнометалевої деталі під час обробки енергетичним му нахилі заготовки. Отже, це можна здійснити променем; локально на похилій заготовці як попередня опеb) Застосування деталі, що має декілька шарація, перед подальшою операцією, яка вимагає рів, де змішування матеріалу із шарів відбувається більш високої густини енергії у промені. під час обробки енергетичним променем; Далі описаний додатковий приклад, який ілюсc) Додавання додаткового матеріалу під час трує застосування винаходу у такому важливому обробки. використанні, як підготовка структур заготовок для Аналогічним способом, як і при обробці вистуїх з'єднання. пів, при одержанні отворів 26 розміри, форма і т.д. Загальний вигляд такого з'єднання, одержаний також можуть бути різними на різних ділянках девідповідно до першого з цих прикладів, показаний талі. на Фіг.22, який представляє першу композитну Деякі механічні, фізичні і термічні властивості і заготовку 100, приєднану до другої металевої задеякі ефекти, які протікають завдяки значенням готовки 101, використовуючи проміжну деталь 102. цих властивостей, залежать від локальної густини З'єднання між металевими компонентами 101 і 102 матеріалу деталі. Густина, в свою чергу, залежить досягають, використовуючи спосіб, описаний нижвід об'єму створених отворів. Наприклад, проблече. Зварний шов позначений як 103. ми, які виникають через невідповідності у значенЯк показано на Фіг.23, у даному прикладі менях властивостей деталі і заготовки, до якої деталеву проміжну деталь 102 утворюють зминанталь приєднують, можуть бути зменшені або ням титану для надання йому форми, необхідної усунені ретельною розробкою форми отворів та їх для асиметричного з'єднання у косий стик. Деякі густини на різних ділянках деталі. приклади з великої кількості інших можливих конПовертаючись до даного прикладу подальшої фігурацій з'єднань представлені на Фіг.31. обробки поверхні відповідно до винаходу, поверхПоверхня 104, призначена для з'єднання із ня може бути додатково оброблена відповідним композитною заготовкою 100, показана на Фіг.23. способом, таким як продування піску, травлення Після зминання поверхня потім обробляється за або анодування, щоб посилити і зберегти адгезійні допомогою електронного променя, використовуюхарактеристики. чи спосіб структурного модифікування відповідно Шари 107 вуглецевого волокна, армовані епо 23 77348 24 ксидним напівфабрикатом композиційного пластиподіл навантаження на з'єднання може бути вигідку, потім накладають на поверхню оброблюваної но змінений і проконтрольований, що звичайно деталі, як показано на Фіг.24. Як тільки накладення неможливо. пластику закінчують, деталь вміщують в автоклав і Аналогічно, оскільки зиступи можуть бути пообробляють звичайним способом. Хоча матеріарізному орієнтовані і/або профільовані, щоб мати лом і способом виготовлення панелі композита, різні властивості відносно вигину у різних напрящо використовуються у цьому випадку, є вуглецемах, перенесення навантаження між композитом і ве волокно, армоване напівфабрикатом композиметалевими частинами може бути зроблене анізоційного пластику і оброблене в автоклаві, треба тропним для того, щоб краще відповідати анізотвзяти до уваги, що можуть бути використані багато ропії матеріалу композита. які інші матеріали і способи виготовлення, щоб Як додатковий етап обробки зразка, і як згадаздійснити з'єднання металу з композитом. но раніше, металева проміжна деталь 102 може Перший альтернативний приклад містить набути потім з'єднана з металевою структурою, як кладення сухої волокнистої основи на деталь, попоказано на Фіг.22, для одержання композитного тім йде вакуумне введення смоли в основу. Безкомпонента, інтегрованого у металеву структуру. сумнівно, існує багато прикладів прийнятних Щоб з'єднати металеву частину виробу і металеву матеріалів. У випадку компонента для аерокосмічструктуру, може бути використана будь-яка відпоних цілей волокно може бути вуглецевим, основа відна технологія з'єднання, це включає в себе може бути тканинною, трикотажною, неламкою з'єднання болтами, дифузійне зв'язування, лазертканиною або плетеною, смола може бути епоксине зварювання, зварювання тертям, зварювання дною, і цей компонент може піддаватись тепловій електронним променем або контактне електрозваобробці. У випадку компонента для морського вирювання. користання волокном може бути скло, смолою Вигляд типової заготовки показаний на Фіг.28. може бути вініловий ефір або поліефір, і компоВона являє собою титанову заготовку перед стадінент може бути оброблений при кімнатній темпеєю з'єднання, що має ряд виступів на деякій часратурі. Друга альтернатива містить накладення на тині поверхні, що з'єднується. Кожний виступ має деталь вуглецевого волокна, армованого термопдовжину близько 2 міліметрів. Виступи розташоластичним напівфабрикатом композиційного пласвані під кутом до поверхні так, що їх максимальна тику, і подальше твердіння під гарячим пресом. висота над поверхнею близько 1,5 міліметрів. Будь-який процес виробництва, аналогічний Аналогічно, отвори мають глибину приблизно від обговореним вище, може вимагати додаткової 1,5 до 2,0 міліметрів. Напівфабрикат композиційсмоли або адгезиву для того, щоб додавати їх під ного пластику з вуглецевим волокном накладаєтьчас стадії накладенім на поверхню поділу між деся потім на ці виступи, щоб мати товщину просоталлю і заготовкою, щоб гарантувати потік у, щоченого композита близько 2,5 міліметрів. При найменше, деякі з отворів. такому використанні напівфабрикат композиційноПри видаленні з автоклава кінцевий продукт го пластику з вуглецевим волокном накладають містить композитну структуру 100 з металевим звичайно до товщини від 1 до 15 міліметрів в закінцем 102. Це показано на Фіг.25. Ілюстрація полежності від необхідних властивостей. перечного перерізу структури наведена на Фіг.26. Розміри структур, що з'єднуються, будуть зміІлюстрація показує, що металеві виступи деталі нюватися, але фактично можуть бути покриті компроникають у композитну частину продукту. Анапозитом будь-якої товщини від мікронів до метрів.логічно, смола і можливо частина волокна компоПотрібно взяти до уваги, що поверхневе і/або зитної частини продукту затікає в отвори деталі. структурне модифікування за " даним винаходом На Фіг.27 показаний поперечний переріз реадає переваги у ряді застосувань. Деякі з них корольного з'єднання, причому білі металеві виступи тко згадані нижче. проникають у шари композита. Таке зачеплення A) Виробництво різних отворів/трубопровідних виступів із заготовкою забезпечує покращення профілів (наприклад, «NACA» форма трубопровомеханічного зв'язування і перенесення напруженду) для надання форми потоку рідини або газу, ня через товщу композитної заготовки. або хвилям тиску. Потрібно взяти до уваги, що перенесення наB) Виробництво матриць/пуансонів для форвантаження між деталлю і композитом, армованим мування нових поверхневих тексволокном, буде розповсюджуватися через декільтур/функціональності і більш глибокого структурка шарів армуючого волокна, через спосіб, яким ного модифікування. Можливе також застосування виступи пронизують ці шари. Оскільки виступи даного способу для одержання більш твердої поможуть бути зроблені так, що їх висота у багато верхні деяких матеріалів. Отвори у матриці також разів перевищує їх ширину, то, коли з'єднання можуть бути використані для відкачування газу і знаходиться під напруженням, в них індукується для введення газу (для звільнення матриці). значне напруження вигину. У найпростішому виC) Обробка матеріалів з низьким модулем падку невелике застосоване навантаження викли(наприклад, гум) і/або матриць для їх виробництва кає еластичну деформацію виступу з приблизно так, щоб ввести суворо обмежені елементи, які паралельними сторонами таким чином, як це пеінакше одержати було б дуже проблематично, наредбачене класичною теорією. Однак виступи моприклад, у нових конструкціях для покришок. Нові жуть бути зроблені майже з будь-яким профілем, структури покришок можуть бути одержані для що дає можливість для зсуву модуля композита, а покращення регулювання потоку води і для зментакож для складних навантажень на з'єднання, які шення шуму. можуть виникати на практиці. Це означає, що розD) Виробництво протезів, імплантатів та інших 25 77348 26 біомеханічних інженерних структур з металевими, можуть бути виконані так, щоб одержати оптимакерамічними або полімерними компонентами для льні механічні, термічні або інші властивості, як посилення зв'язку з біологічною речовиною (такою вимагає застосування. Якщо відповідна обробка як кістки), використовуючи заготовки, які точно проведена для того, щоб одержати повністю провідтворюють природні біосумісні поверхні. Несучі никні отвори в одній або більше частинах структунавантаження поверхні біомеханічних з'єднань ри, то через ці отвори і/або внутрішні пустоти змотакож можуть бути оброблені для покращення жуть проходити флюїди, наприклад, для якості. охолодження, нагрівання, змішування, зменшення E) Виробництво поверхонь з контрольованою опору руху або для цілей хімічної реакції. При топографією і/або хімічною композицією для триз'єднанні разом листів із різних матеріалів може бологічного застосування. Наприклад, при обробці бути одержана покращена структура композита, поверхні, покритої металом, невеликі отвори і ненаприклад, складаючи покриті металом листи, які великі острівці твердого інтерметалевого матеріабули оброблені, використовуючи винахід, і з'єднулу можуть бути одержані в межах істотно більш ючи їх, щоб зменшити щільність комірчастої серм'якої матриці. Цей та інші варіанти способу моцевини. жуть бути використані для виробництва несучих І) Обробкою матеріалу за даним способом поверхонь. можуть бути одержані акустично активні поверхні F) Виробництво електронних «Z» з'єднань в для руйнування або відбивання звукових хвиль. електронних схемах створенням високого відносJ) Можуть бути оброблені метали, з пам'яттю ного подовження виступів. форми, щоб дати активну функціональність. Об'єG) Одержання ряду отворів у корпусах корабмний матеріал може бути локально модифіковалів для того, щоб потік газу створював «граничний ний хімічно і геометрично для утворення функціогазовий шар» (ГТШ), зменшуючи, таким чином, нальних областей, що є локальними композитними опір руху. Обробка матеріалу за даним винаходом сплавами з пам'яттю форми. також може бути використана у матеріалах для К) За допомогою даного способу може бути поверхні крила літака, наприклад, втягнути частипроведена обробка оптичних елементів для того, ну потоку в крило, щоб підтримувати необхідні щоб модифікувати оптичні властивості (наприумови потоку, зовнішні до поверхні крила. клад, пропускання і відбивання) поверхні, наприН) Підготовка матеріалу для дифузійного з'єдклад, з голографічною функціональністю. нання, щоб одержати нові матеріали (наприклад, L) Використовуючи даний спосіб, може бути аеролист) створенням регулярної множини прямих здійснене виробництво сенсорів, щоб впливати на виступів (дивись Фіг.29). Аеролист може бути одеточність і/або регулярність множини отворів або ржаний з'єднанням оброблених листів разом із виступів, наприклад, у лінійних кодуючих пристрозалишенням пропусків на центральній лінії листоях. вого матеріалу. Зв'язана пориста структура листа Μ) Пристрої, такі як теплообмінники, каталітиможе бути одержана з'єднанням оброблених почні конвертори, потокові хімічні реактори можуть верхонь разом, із забезпеченням можливості пробути всі одержані з покращеними властивостями сування охолоджувача (флюїд/газ) або активної при використанні способу для одержання відповіречовини вздовж центральної лінії листа. Також дних каналів/отворів і/або поверхневих виступів у може бути одержаний мікропористий лист за довідповідних компонентах. помогою утворення проникних отворів або на верΝ) Функціональність бі-металічної поверхні хній, або на нижній стороні листів до їх з'єднання. може бути досягнута обробкою поверхні, до якої При обробці одного або декількох шматків мабув доданий додатковий матеріал для того, щоб теріалу за даним винаходом, які потім з'єднують створити ознаки поверхні, що містять шари із двох один з одним або з одним або декількома шматабо більше різних композитів. ками необробленого матеріалу, одержаний в реО) Використовуючи даний метод, може бути зультаті продукт може мати посилені властивості. також здійснене виробництво дизельних інжектоСпосіб з'єднання, який може бути використаний, рів з детальним розглядом гідродинамічних власвключає в себе всі форми зварювання, дифузійне тивостей форсунки та її здатності випаровувати з'єднання, паяння з твердим припоєм, склеювання пальне, що виштовхується. Зміцнення поверхні і механічне з'єднання. Наприклад, це може бути переплавленого матеріалу (одержаного даним використане при виробництві листового матеріалу способом) може бути використане, щоб покращити низької щільності і високої жорсткості і частин, що стійкість до зносу. Крім того, можуть бути одержані містять внутрішні пустоти і канали. Якщо одержуелементи форсунки, що надають обертального ють таким способом дифузійно з'єднані титанові руху потоку, що проходить через форсунку. Це листи для виробництва аеролиста, то кінцевий може, наприклад, також дозволити автоматичну матеріал може мати значно посилені специфічні компенсацію об'ємних властивостей потоку, коли властивості. У цьому випадку матеріал також може відбувається знос форсунки під час роботи. бути зварений, розрізаний, сформований і з'єднаР) Використовуючи даний метод, може бути ний з використанням по суті традиційних технолотакож здійснене одержання отворів, вільних від гій. Оброблені панелі можуть бути складені, і край задирок. Коли при коректних умовах роблять назаварений (наприклад, за допомогою електронноскрізь проникні отвори, то отвори, фактично вільні променевого зварювання (ЕПЗ)), утворюючи вакувід задирок, утворюються на дальній стороні загоумований запечатаний пакет, підготовлений для товки. Отвори даного типу можуть використовуваз'єднання за допомогою НІР, щоб дати цей тип тися у багатьох випадках, в яких потрібний вільний матеріалу. З'єднання між складеними листами від задирок край отвору. Це можуть бути різні про 27 77348 28 цеси рубання і різання, а також процеси, в яких поверхні або видалення з поверхні матеріалу або потік флюїду над перфорованою поверхнею у протікання на поверхні хімічної реакції. найменшій мірі збурюється при наявності вільних S) За допомогою даного способу може бути від задирок країв. Приклад показаний на Фіг.30. одержаний кристалографічний текстурноQ) Можуть бути застосовані різні способи оборієнтований матеріал і поверхні. Типово, виступи робки, щоб призвести до бажаного стану поверхню та інші елементи, які утворюються при послідовних для подальшої обробки з використанням даного проходженнях променя, роблять це спочатку чеметоду. Наприклад, може бути проведене якерез звичайне гетерогенне утворення зародків та їх небудь покриття або хімічна обробка. Також на подальший ріст. Однак при коректних умовах згаоброблюваній поверхні може бути проведена медані елементи можуть бути підготовлені до росту ханічна обробка. Наприклад, виступи можуть бути таким способом, щоб здобути специфічну орієнтадеформовані у нову функціональну форму або цію кристалів або кристалографічну текстуру. Це просто деформовані, щоб одержати досконалу може, наприклад, бути використане, щоб забезпеодноманітність висоти або конформації частин, що чувати специфічну структуру матеріастикуються. З'єднання, змонтовані з такими поверлу/властивостей, природно їм властивих, або конхнями, можуть мати кращий термічний і електричтролювати кристалографічну орієнтацію і/або ний контакт, ніж цього можна було б очікувати від морфологію росту матеріалу, який згодом буде застосованого навантаження, гладкості і пологості, осаджений, або утвориться з рідкої або газоподібвнаслідок режиму локальної деформації і контакту ної фази на заготовці. на поверхні поділу. Т) Також можуть бути одержані анізотропні міR) Спосіб може бути використаний для зміни крочастинки і волокна. Здійсненням іншої стадії різних потенційних градієнтів (включаючи хімічні, обробки, що йде після їх утворення, ці елементи електричні, магнітні), локальних у відношенні до можуть бути відділені від заготовки у формі анізоповерхні, змінюючи, таким чином, осадження на тропних волокон або частинок. 29 77348 30 31 77348 32 33 77348 34 35 77348 36 37 77348 38 39 77348 40 41 77348 42 43 77348 44 45 77348 46 47 77348 48 49 77348 50 51 77348 52 53 77348 54 55 77348 56 57 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 77348 Підписне 58 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601