Способ соединения с натягом деталей типа вал-втулка Советский патент 1985 года по МПК B23P11/02 

Изобретение относится к механосборочным работам и может быть использовано в машиностроении и ремонтном производстве при создании и восстановлении неподвижных соединений типа вал-втулка.

Целью изобретения является повышение качества и надежности соединения.

Цель обеспечивается уменьшением концентрации напряжений, исключением коробления сопрягаемых деталей, а также повышением герметичности со:единения.

Прецложенный способ соединения с натягом деталей типа вал--втулка- осуществляют следующим образом.

На сопрягаемой поверхности одной из деталей выполняют рельеф в виде выступов, твердостью большей твердости материала сопрягаемой детали, и впадин посредством высокоскоростного точечно-импульсного расплавления металла поверхности детали. Выступы выполняют в виде конусов, выступающих над базовой посадочной поверхностью, а впадины - в виде усеченного тора, охватывающего основание выступа и плавно в него переходящего, при этом площади поверхностей выступов и впадин равны.

Высокоскоростное точечно-импульсное расплавление металла на поверхности детали, выполненной, например, из конструкционной стали, получают лазерным излучением, мощность которого ограничивается физическими процессами, возникающими в сталях конструкционного назначения при воздействии на их поверхность лазерного излучения с высокой плотностью мощности. Когда плотность мощности, возрастая, достигает значений Вт/см2, начинается плавление материала. При повышении плотности световой мощности свыше Ю Вт/см наряду с плавлением происходит интенсивное испарение материала.

Длительность импульса лазерного излучения ограничивается скоростью перемещения поверхности расплава в более глубокие слои материала. При длительности импульса с обеспечивается достаточное время для проникновения поверхности расплава в Глубь металла при формировании рельефа на посадочной поверхности детали.

Диаметр пятна фокусировки излучения на поверхности детали 0,5-2 мм обеспечивает получение рельефа заданной формы с выступающей частью в виде конуса над поверхностью детали на величину 0,02- 0,2 мм.

На чертеже показана форма рельефа выполняемого на сопрягаемой поверхности детали.

На базовой посадочной поверхности 1 выполнены выступы 2 и впадины 3.

Рельеф на поверхности детали нммосят с плотностью, при которой отнощение суммарной площади поверхности, занятой рельефом, к всей посадочной поверхности равно

0,01-0,2. Этот диапазон ограничивается: более 0,2 - условием пластического контактирования при внедрении рельефа в материал сопрягаемой детали; менее 0,01 - J незначительным приращением прочности соединения.

Затем осуществляют тепловую сборку деталей.

Первоначальное контактирование соединяемых деталей в процессе тепловой сборки

0 происходит по выступающим над базовой посадочной поверхностью выступам, металл которых приобрел в процессе высокоскоростного расплавления и охлаждения повышенные физико-механические свойства, в частности более высокую твердость по сравнению с металлом другой детали. В результате больших контактных давлений выступы, имеющие форму конуса, деформируют металл другой сопрягаемой поверхности в углубления, охватывающие эти выступы. В связи с тем, что площади поверхностей углублений равны площадям поверхностей соответствующих выступов, а детали изготовляются с натягом по базовым посадочным поверхностям, происходит полное заполнение углублений металлом сопряженной детали

5 и его обжатие. Вследствие этого повышается герметичность соединения и, соответственно, его надежность в эксплуатации.

Взаимное и локальное проникновение материала сопрягаемых деталей увеличивает прочность соединения по всем направлениям сдвигающего усилия без резких концентраций напряжений в деталях, что делает предлагаемый способ неподвижного соединения деталей пригодным при создании циклически нагруженных соединений.

Вследствие самозакалки незначительных локальных объемов металла, формирующего выступы и углубления, в процессе их образования достигается требуемое превышение твердости рельефа над твердостью материала сопрягаемой детали без ее коробления,

ухудшающего центровку деталей при их сборке. Хорошей центровке деталей в предлагаемом способе неподвижного соединения способствует и наличие базовой посадочной поверхности, выполняемой с необходимой точностью.

Нанесение рельефа с плотностью, при которой отношение суммарной площади поверхности, занятой рельефом, к всей посадочной поверхности равно 0,01-0,2, обеспечивает применительно к посадкам с натягом,

предназначенным для получения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления деталей (, Ж , и др.) большие контактные давления на выступах и, вследствие этого, деформацию металла другой сопрягаемой детали в углуб5 ления, охватывающие эти выступы.

При возвыщении выступов над базовой посадочной поверхностью на 0,02-0,2 мм достигается более чем десятикратное превышение величины выступающей части конуса над шероховатостью (по Rz) посадочной поверхности, что обеспечивает хорошее взаимное и локальное проникновение материала сопрягаемых деталей. Взаимосвязь габаритов соединения, величины натяга по посадочной поверхности и размеров выступаюш.ей части рельефа может быть установлена из формулы для определения температуры нагрева (охлаждения) одной из деталей при тепловой сборке

IY (Ннаиб-|-2п-|-Знаим10i

1 t-tC6l

где Ннаиб - наибольший натяг, создаваемый посадкой, мкм;

h - высота рельефа относительно базовой посадочной поверхности, мкм;

Знаим - минимальное допустимый зазор при сборке, мкм, равный наименьшему зазору посадки движения;

а - коэффициент линейного расширения (сжатия) детали при нагреве (охлаждении)

d - номинальный диаметр соединения, мм;

tc6- температура сборочного помеш,ения, °С.

Пример 1. Соединяли детали типа вал- втулка. Вал изготовлен из стали 30, а втулка - из бронзы Бр. ОЦ10-2. Номинальный диаметр посадочных поверхностей деталей равен 22 мм. Посадочные места деталей обрабатывают шлифованием до окончательной шероховатости ,8 мкм и создают натяг равной 36±2 мкм. Перед сборкой на базовой посадочной поверхности 1 вала импульсным лазерным излучением получают рельеф, состоящий из выступов 2 в форме конуса, выступающего над базовой посадочной поверхностью детали на высоту 0,02 мм, и углублений 3 в форме усеченного тора, охватывающего соответствующий выступ, с наибольшим наружным диаметром, равным 0,5 мм. Выступы наносят в шахматном порядке на расстоянии в I мм друг от друга. 5 При этом отношение суммарной площади поверхности, занятой рельефом к всей посадочной поверхности, равно 0,2. Затем производили тепловую сборку с нагревом втулки до 350°С. При нанесении рельефа устанавливают следующие параметры лазерного излучения: плотность мощности излучения 2,оХ10 Вт/см ; длительность импульса излучения 4Х10 с; диаметр пятна фокусировки излучения на поверхности детали 0,5 мм.

Пример 2. Соединяют детали типа вал-

5 втулка. Номинальный диаметр посадочных поверхностей деталей равен 60 мм. Посадочные места деталей обрабатывают шлифованием до окончательной шероховатости ,2 мкм и создают натяг, равный 40±

0 2 мкм. Перед сборкой на базовой посадочной поверхности 1 вала импульсным лазерным излучением получают рельеф, состоящий из выступов 2 в форме конуса, выступающего над базовой посадочной поверхностью детали на высоту 0,05 мм и углублений 3 в форме усеченного тора, охватывающего соответствующий выступ, с наибольщим наружным диаметром, равным 1 мм. Выступы наносят на расстоянии 3 мм друг от друга по винтовой линии с шагом 4 мм. При этом отношение

0 суммарной площади поверхности, занятой рельефом, к всей посадочной поверхности равно 0,094. Затем производят тепловую сборку с нагревом втулки до 340°С. При нанесении рельефа устанавливают следующие параметры лазерного излучения: плотность мощности излучения 2,4X10 Bт/cм длительность импульса излучения 4.10 с; диаметр пятна фокусировки излучения на поверхности детали 1 мм.

1. СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛ-ВТУЛКА, включаюш,ий предварительное выполнение на сопрягаемой поверхности одной из соединяемых деталей рельефа в виде выступов твердостью, превышающей твердость материала другой соединяемой детали, и впадин, образование сборочного зазора между соединяемыми деталями, сопряжение их и последующую выборку указанного зазора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и надежности соединения, рельеф наносят посредством высокоскоростного точечно-импульсного расплавления металла поверхности, при этом выступы выполняют в виде конусов, а впадины - в виде охватывающих основание конусов и плавно сопрягаемых с ними усеченных торов, объемы которых равны объемам конусов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высокоскоростное точечно-импульсное расплавление металла поверхности детали из конструкционных сталей осуществляют лазерным излучением плотностью мощности излучения 10-10 Вт/см длительностью р импульса с и диаметром пятна S фокусировки лазерного луча на поверхности детали 0,5-2 мм.) СО со сд ел СХ)