СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ НА ВАЛАХ Российский патент 2020 года по МПК F16B3/00 B23P6/00 

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к методам изготовления, восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин электромеханической обработкой, направлено на повышение долговечности шпоночных соединений на валах в условиях массового и ремонтного производства.

Плотные соединения (посадки) шпонок на валах обеспечиваются точным изготовлением стандартных размеров шпонок и шпоночных пазов на валах, зависящих от диаметра вала (см. Схиртладзе, А.Г.. Метрология, стандартизация и сертификация / А.Г. Схиртладзе, Я.М. Радкевич. - Старый Оскол: ТИТ, 2015. - 540 с). Для получения плотных соединений шпонка по ширине делается на десятки микрометров больше ширины шпоночного паза, что позволяет получить натяг при сборке шпонки с валом, как правило, с помощью пресса.

Недостатками таких технологий является необходимость закалки вала по шпоночному пазу до необходимой твердости. Процессы закалки отличаются сложностью и большими затратами энергии, большим термическим влиянием на деталь, что приводит к значительным деформациям изделий. Кроме того после закалки необходимо применять дополнительные методы финишной механической обработки для получения точных размеров шпоночного паза.

Известны способы электромеханической обработки деталей машин (Яковлев С.А. Влияние электрофизических параметров на электромеханическую обработку деталей машин: монография / С.А. Яковлев. -Ульяновск: УВАУ ГА (И), 2014.-129 с.) при которых через зону контакта деформирующего электрод-инструмента (ролика или пластины) и детали проходит ток большой плотности (10⁸-10⁹ А/м²) и низкого (1-6 В) напряжения, вследствие чего на контактирующей поверхности изделия выделяется большое количество тепла, происходят высокоскоростной нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием и последующее интенсивное охлаждение за счет отвода тепла внутрь детали, что приводит к повышению твердости, прочности и износостойкости.

Однако данные способы не позволяют обеспечить нужное соединение шпонки на валу.

Известен способ восстановления изношенных боковых поверхностей шлицев, включающий их нагрев и раздачу (патент РФ №2611000 - принят за прототип), в котором нагрев и раздачу боковых поверхностей шлицев осуществляют посредством электрод-инструмента для электромеханической обработки, движущимся вдоль шлица по его поверхности, причем деформацию металла в сторону износа боковых поверхностей шлицев ограничивают калиброванной пластиной, выполненной с возможностью изменения своих размеров по ширине шлицевого паза.

При обработке по данному способу происходит восстановление износа боковых поверхностей шлицев за счет пластической деформации и перераспределения металла с одновременным их упрочнением твердостью до 9 ГПа.

Однако данный способ не применим для получения шпоночных соединений на валах.

Достигаемый технический результат по заявленному изобретению - это получение плотного шпоночного соединения на валах с одновременным упрочнением боковой поверхности шпоночного паза за счет перераспределения металла применением электромеханической обработки с использованием шпонки, установленной в шпоночный паз.

Указанный технический результат достигается за счет того, электрод-инструмент устанавливается вертикально и движется вдоль шпоночного паза по его поверхности на расстоянии 0,3…1,5 мм от края паза вызывая осадку и раздачу металла вала в сторону паза, причем раздача металла ограничивается наличием шпонки.

На фиг.1 представлена схема установки шпонки в шпоночном пазу. Шпонка 2 устанавливается на дно шпоночного паза вала 1 и прижимается к одной из боковых поверхностей шпоночного паза, образуя зазор. Величина зазора может составлять десятки микрометров, для изношенных шпоночных пазов величина зазора может достигать 0,5…1,5 мм.

На фиг. 2 схематично представлена схема получения шпоночного соединения на валах. Способ осуществляется следующим образом. На специальной оправке (не показана) крепится инструмент 5 для электромеханической обработки шпоночного паза. Инструмент прижимается сверху вертикально на расстоянии 0,3…1,5 мм от края шпоночного паза вала 1 с усилием Р и перемещается вдоль шпоночного паза со скоростью v.

Инструмент для электромеханической обработки 5 подсоединен с помощью токоподводящих кабелей 4 к источнику питания для ЭМО 3, образуя с деталью общую электрическую цепь. При замыкании электрической цепи происходит мгновенный нагрев (током до 5000 А) в месте контакта инструмента 5 с поверхностью шпоночного паза выше температуры выше фазовых превращений и механическое воздействие этим инструментом с усилием Р. Это позволяет инструменту 5 в горячем состоянии осаживать поверхность шпоночного паза с раздачей в сторону шпоночного паза. Деформация металла в сторону шпоночного паза ограничивается наличием шпонки.

При движении инструмента вдоль шпоночного паза со скоростью v источник термомеханического воздействия удаляется, что приводит к последующему охлаждению нагретых участков вглубь детали за счет ее массы, в результате чего происходит упрочнение поверхностного слоя боковой поверхности шпоночного паза.

Сила тока, усилие прижатия инструмента Р к детали, скорость v перемещения инструмента вдоль шпоночного паза, материал и форма инструмента принимаются исходя из задач и требований технологического процесса.

При обработке по данному способу происходит образование плотного соединения шпонки со шпоночным пазом за счет пластической деформации и перераспределения металла с одновременным упрочнением боковой поверхности шпоночного паза твердостью до 9 ГПа.

Изобретение относится к получению шпоночного соединения на валах. Шпонку устанавливают в шпоночный паз с зазором. Нагрев и пластическую деформацию шпоночного паза вала осуществляют электродом-инструментом для электромеханической обработки, который устанавливают вертикально и перемещают вдоль шпоночного паза по его поверхности на расстоянии 0,3…1,5 мм от края паза с обеспечением осадки и раздачи металла вала в сторону паза. Раздача металла вала ограничивается шпонкой. Способ обеспечивает одновременное получение плотного шпоночного соединения и упрочнение боковой поверхности шпоночного паза. 2 ил.

Способ получения шпоночного соединения на валах, включающий установку шпонки в шпоночный паз вала с зазором, нагрев шпоночного паза электродом-инструментом для электромеханической обработки и пластическую деформацию металла, отличающийся тем, что электрод-инструмент устанавливают вертикально и перемещают вдоль шпоночного паза по его поверхности на расстоянии 0,3…1,5 мм от края паза с обеспечением осадки и раздачи металла вала в сторону паза, при этом раздача металла ограничена шпонкой.