СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК Российский патент 2003 года по МПК B23P6/00 C21D9/32 C21D1/56 C23C4/04 

Изобретение относится к области машиностроения и ремонту машин, в частности к восстановлению изношенных внутренних цилиндрических и шлицевых и наружных цилиндрических поверхностей.

Известен способ восстановления шлицев валов пластическим деформированием раздачей с одновременным или последующим калиброванием [1].

Однако данный способ применим только для восстановления шлицев валов.

Известен способ восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей чугунных гильз цилиндров, включающий создание непрерывно-последовательного вдоль оси втулки градиента температуры посредством нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) окружной, локальной зоны стенки втулки и охлаждение ее струями воды в процессе перемещения втулки относительно источников нагрева и охлаждения, подготовку наружной цилиндрической поверхности к напылению, нанесение на нее покрытия газотермическим напылением, механическую обработку внутренней и наружной цилиндрических поверхностей под номинальный размер [2].

Однако данный способ применим только для чугунных деталей типа "полый цилиндр".

Наиболее близок к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления шлицевых втулок методом пластического деформирования, включающий индукционный нагрев шлицевого участка до температуры 700...800^oС, пластическое деформирование шлицев на 0,2.. .0,25 мм и проведение тонкого шлицефрезерования [3].

Однако данный способ не позволяет получить необходимые физико-механические свойства шлицев, в частности высокую твердость цементованного слоя.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении качества восстановления шлицев на внутренней цилиндрической поверхности втулок за счет закалки сохраненной величины цементованного слоя.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе восстановления шлицевых втулок, включающий нагрев шлицевого участка до температуры 700...800^oС, пластическое деформирование шлицев и их механическую обработку, согласно изобретению в качестве пластического деформирования проводят термоупругопластическое деформирование, при котором создают непрерывно-последовательно вдоль оси втулки градиент температуры посредством нагрева окружной, локальной зоны стенки втулки до температуры ниже точки Ac₁ на 50... 100^oС и охлаждение ее струями воды в процессе перемещения относительно источников нагрева и охлаждения, затем проводят нагрев внутренней поверхности втулки до температуры выше точки Ас₃ на 30...50^oС на глубину цементованного слоя и охлаждение ее со скоростью выше критической, а механическую обработку внутренней поверхности и шлицев проводят шлифованием под номинальный размер, после чего на наружную цилиндрическую поверхность шлицевой втулки наносят покрытие с последующей механической обработкой под номинальный размер.

Способ осуществляется термоупругопластическим деформированием путем создания непрерывно-последовательного вдоль оси шлицевого участка втулки градиента температуры посредством нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) окружной, локальной зоны стенки шлицевого участка втулки до температуры ниже точки Ac₁ на 50...100^oС и охлаждение ее струями воды в процессе перемещения шлицевого участка втулки относительно источников нагрева и охлаждения. При нагреве ниже температуры ниже точки Aс₁ на 100^oС металл не приобретает достаточной пластичности для термоупругопластического деформирования. При нагреве выше температуры ниже точки Ac₁ на 50^oС цементованный слой может приобрести аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении водой закаливается на мартенсит и вызывает трещинообразование при восстановлении шлицев пластическим деформированием.

В данном способе после термоупругопластического деформирования проводят закалку шлицев путем нагрева внутренней поверхности шлицевого участка втулки до температуры выше точки Ас₃ на 30...50^oС на глубину цементованного слоя шлицев и охлаждение их со скоростью выше критической. При нагреве втулки на всю глубину стенки закалку на мартенсит будут воспринимать как внутренняя шлицевая поверхность, так наружная цилиндрическая поверхность, что нецелесообразно в связи с тем, что на нее напыляют покрытие, а прочность сцепления покрытия выше при напылении на менее твердую поверхность. При нагреве втулки не на всю глубину цементованного слоя закалку на мартенсит примет только нагретая до температуры выше точки Ас₃ на 30...50^oС толщина цементованного слоя внутренней шлицевой поверхности.

Способ термоупругопластического деформирования позволяет получить остаточную деформацию 0,2...0,3 мм, что является достаточным для компенсации износов до 0,1...0,15 мм и припуска на последующее шлифование до номинального размера на внутришлифовальном станке. А нагрев внутренней поверхности втулки со шлицами на глубину цементованного слоя до температуры закалки и охлаждение его со скоростью выше критической позволяют получить твердость поверхности шлицев 61...63 HRC.

В результате применения термоупругопластического деформирования и закалки шлицы восстанавливают до номинального размера при сохранении более 70... 80% толщины цементованного слоя шлицев с твердостью поверхности шлицев 61... 63 HRC.

Пример конкретного выполнения способа
Способ осуществляется следующим образом. В качестве восстанавливаемой детали берут изношенную шестерню ведущую заднего моста автомобиля КамАЗ-5320. Шестерня изготовлена из стали 25ХГНМТ с цементованным слоем толщиной 1,2. . . 1,6 мм. На внутренней поверхности шестерни на длине 61 мм отверстие выполнено диаметром 51^+0,046 и шероховатостью Ra 1,25, на остальном участке отверстия длиной 50 мм выполнены шлицы. Диаметры выступов и впадин десяти шлицев на внутренней цилиндрической поверхности втулки составляют соответственно 45^+0,34 и 50 мм при шероховатости Ra 2,5, а ширина впадин 8^+0,07 мм при шероховатости Rz 20, твердость поверхности HRC 57-61, твердость сердцевины HRC 26-40. Диаметры наружной цилиндрической поверхности - посадочные пояски под подшипники - соответственно 70-0,030-0,049

мм (длина = 23 мм) и 80+0,03+0,01 мм (длина = 31 мм). Для термоупругопластического деформирования шлицевого участка втулки шестерни и посадочного места под шейку вала ведущего заднего моста шестерню устанавливают на стол устройства вращения и перемещения. Восстановление шлицевого участка и посадочного места под шейку вала внутренней поверхности втулки шестерни осуществляют путем нагрева до температуры ниже точки Ac₁ на 50...100^oС и охлаждения ее струями воды в процессе перемещения шлицевого участка и посадочного места под шейку вала втулки относительно источников нагрева и охлаждения за один проход индуктора вдоль оси в направлении снизу вверх при непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40...50^oС, выдерживая расстояние между индуктором и спрейером 10...15 мм.

После термоупругопластического деформирования проводят закалку шлицев и посадочного места под шейку вала путем нагрева внутренней поверхности втулки до температуры выше точки Ас₃ на 30...50^oС на глубину цементованного слоя шлицев и посадочного места под шейку вала и охлаждение их со скоростью выше критической. При нагреве втулки на всю глубину стенки закалку на мартенсит будет воспринимать как внутренняя цементованная шлицевая поверхность, так и наружная цементованная цилиндрическая поверхность, что нецелесообразно в связи с тем, что на нее напыляют покрытие, а прочность сцепления покрытия выше при напылении на менее твердую поверхность. При нагреве втулки не на всю глубину цементованного слоя закалку на мартенсит примет только нагретая до температуры выше точки Ас₃ на 30...50^oС толщина цементованного слоя внутренней шлицевой и нешлицевой поверхности.

Способ термоупругопластического деформирования позволяет получить остаточную деформацию внутреннего диаметра на 0,2. ..0,3 мм, что является достаточным для компенсации износов до 0,1...0,15 мм и припуска на последующее шлифование до номинального размера на внутришлифовальном станке.

В процессе термоупругопластического деформирования (осадки) втулки величина усадки наружного диаметра составляет на 0,15...0,25 мм.

Технологический процесс восстановления наружных цилиндрических поверхностей посадочных поясков под подшипники восстанавливают газопламенным напылением, включающем в себя следующие операции: подготовительные (подготовка поверхности детали, порошковых материалов и оборудования), газопламенное напыление слоя, состоящего из смеси порошка железа толщиной 0,4...0,5 мм. Газопламенное напыление осуществляют горелкой "Термика-универсал". После напыления осуществляют оплавление покрытия и механическую обработку его под номинальный размер.

Физико-механические показатели шлицевых втулок, восстановленных предлагаемым способом по сравнению с известным, приведены в таблице.

Как следует из таблицы, предлагаемый способ позволяет повысить ее твердость на 25...30%, что увеличит уровень эксплуатационных характеристик восстановленной шлицевой втулки шестерни.

Источники информации
1. Батищев А.Н., Голубев И.Г., Лялякин В.П. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники. - М.: Информагротех, 1995. 296 с., с. 158.

2. Хромов В.Н., Сенченков И.К. Упрочнение и восстановление деталей машин термоупругопластическим деформированием. - Орел: Издательство ОГСХА, 1999, 221 с., с. 32-35.

3. Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. - М.: Колос, 1981, 351 с., с. 204. - прототип.

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению изношенных внутренних цилиндрических и шлицевых и наружных цилиндрических поверхностей. Задачей изобретения является повышение качества восстановления шлицев на внутренней цилиндрической поверхности втулок за счет закалки сохраненной величины цементованного слоя. Восстановление шлицевого участка и посадочного места под шейку вала внутренней поверхности втулки шестерни осуществляют путем нагрева до Ас₁ - 150-100^oС и охлаждения ее струями воды в процессе перемещения шлицевого участка и посадочного места относительно источников нагрева и охлаждения. Затем проводят нагрев внутренней поверхности втулки до температуры выше точки Ас₃ на 30-50^oС на глубину цементованного слоя и охлаждение ее со скоростью выше критической, а механическую обработку внутренней поверхности и шлицев проводят шлифованием под номинальный размер, после чего на наружную цилиндрическую поверхность шлицевой втулки наносят покрытие с последующей механической обработкой под номинальный размер. Использование предлагаемого решения по сравнению с прототипом позволяет получить высокий уровень эксплуатационных характеристик шлицевой втулки шестерни, в том числе повысить ее твердость на 25-30%. 1 табл.

Способ восстановления шлицевых втулок, включающий нагрев шлицевого участка до 700-800^oС, пластическое деформирование шлицев и их механическую обработку, отличающийся тем, что в качестве пластического деформирования проводят термоупругопластическое деформирование, при котором создают непрерывно-последовательно вдоль оси втулки градиант температуры посредством нагрева окружной, локальной зоны стенки втулки до температуры ниже точки Ас₁ на 50-100^oС и охлаждение ее струями воды в процессе перемещения относительно источников нагрева и охлаждения, затем проводят нагрев внутренней поверхности втулки до температуры выше точки Ас₃ на 30-50^oС на глубину цементованного слоя и охлаждение ее со скоростью выше критической, а механическую обработку внутренней поверхности и шлицев проводят шлифованием под номинальный размер, после чего на наружную цилиндрическую поверхность шлицевой втулки наносят покрытие с последующей механической обработкой под номинальный размер.