Способ сварки трением деталей с окончательной механической обработкой и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК B23K20/12 

выполнен в виде сферического и упорного подшипников.

При этом упорный подшипник обеспечивает в процессе сварки перемещение шестерни с внешним зацеплением при выправлении радиальных погрешностей, а сферический - несоосность при выправлении угловых погрешностей.

В процессе проковки центрирующий хвостовик вала цилиндрической поверхностью входит Б цилиндрическое отверстие шестерни, обеспечивая соосность свариваемых деталей с точностью, определяемой радиальным зазором посадки упомянутых цилиндрических поверхностей. В конце проковки центрирующий хвостовик вала конической поверхностью входит в коническое отверстие шее- терни, обеспечивая тем самым полную соосность сваренных деталей, т. е. отсутствие как радиальной, так и угловой погрешности их расположения. Кроме того, поскольку проковка ограничена сопряжением конических поверхностей, совершенно точно регламентируется осевой размер сваренного изделия. Наличие у центрирующего хвостовика вала именно двух поверхностей: цилиндрической и конической, а также очередность их сопряжения с соответствующими отверстиями щестерни имеют существенное значение. Цилиндрические поверхности деталей выправляют в сваренном изделии угловые погрешности расположения элементов станины, рабочего шпинделя и др., а конические поверхности обеспечивают окончательно полную соосность деталей сваренного изделия и его точный осевой размер. Если бы не было цилиндрических поверхностей, то достижение полной соосности в сваренном изделии достигалось бы только за счет сопряжения конических поверхностей. Однако последнее совпадает с окончанием процесса проковки и при выправлении угловых погрешностей может снизить прочность сварного соединения.

Указанные преимущества предлагаемого способа сохраняются при использовании его на любых известных машинах для сварки трением независимо от точности их изготовления либо степени их износа.

При реализации предлагаемого способа в устройстве фиксатор одной из свариваемых деталей допускает для нее пять степеней свободы: вращение вокруг трех пространственных осей и перемещение в плоскости, перпендикулярной оси соединяемых деталей. При этом упорньш подшипник обеспечивает в процессе сварки перемещение шестерни с внешним зацеплением при выправлении радиальных погрешностей, а сферический - несоосность при выправлении угловых погрешностей.

На чертеже показана схема расположения сваренных деталей по предлагаемому способу и элементы устройства для его осуществления.

Вал 1 выполнен с центрирующим хвостовиком 2, имеющим цилиндрическую 3, переходящую в конус 4, поверхность. Шестерня 5 имеет отверстие с такими размерам поверхностями, как хвостовик 2 вала 1.

На станине 6 жестко закреплена шестерня 7 с внутренним зацеплением, а также расположены упорный 8 и сферический 9 подшипники упора шестерни 5.

в рабочем шпинделе 10 размещен зажим

вала 1.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом. В процессе финишной механической обработки хвостовика 2 вала 1 и шестерни 5 выполняются центрирующие поверхности 3 и 4 с точностью, соответствующей уровню, принятому в производстве подобных деталей.

Перед началом сварки зубцы шестерни 5

вводят во впадины шестерни 7, упирая торец щестерни 5 в сферический .подшипник 9. Вал 1 закреплен в зажиме рабочего шпинделя 10. После чего осуществляют сварку трением известным путем.

При нагреве центрирующие поверхности ,3 и 4, не контактируют, а свариваемые детали 1 и 5 расположены с погрешностями, присущими элементам устройства. В конце , нагрева начинают входить в контакт цилиндрические поверхности 3 щестерни 5 и хвостовика 2. Одновременно включаютторможение рабочего щпинделя 10 и прикладывают давление проковки. Величина осадки при проковке регламентирована сопряжением центрирующих поверхностей 4 деталей 2 и 5.

5 При использовании режимов сварки с малой величиной осадки в процессе проковки высоту цилиндрической поверхности 3 хвостовика 2 можно увеличить до размера, соответствующего полной осадке деталей

Q при сварке. В этом случае контактирование цилиндрических поверхностей 3 деталей 2 и 5 происходит уже в начале нагрева. Увеличение высоты цилиндрической поверхности 3 способствует более эффективному выправлению угловых погрещностей, но возникающие при этом усилия в условиях относительного вращения поверхностей могут вызвать их «прихватку. Для избежания этого цилиндрические поверхности 3 деталей 2 и 5 следует снабдить смазкой, например залудить.

Таким образом, в результате использования предлагаемых способа и устройства в машинах любой, даже пониженной, точности можно эффективно соединять окончательно механические обработанные детали с точностью, соответствующей уровню точности, механической обработки. Это открывает возможность для применения сварки трением на этапе финишной обработки широкого круга деталей.

Формула изобретения

1.Способ сварки трением деталей с окончательйой механической обработкой, например вала и шестерни с внешним зацеплением, заключающийся в нагреве и проковке при их относительном врашении и сжатии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности взаимного расположения свариваемых деталей, на валу предварительно выполняют хвостовик с цилиндрической переходящей в конус поверхностью, а в шестерне - соответствующее ему отверстие, причем высоту цилиндрической части хвостовика выполняют не менее величины осадки сваривае мых деталей при проковке.

2.Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее станину, рабочий шпиндель, зажимы деталей и упор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности взаимного расположения свариваемых деталей, зажим невращающейся детали выполнен в виде ограничителя ее поворота, например шестерни с внутренним зацеплением, а упор указанной детали выполнен в виде сферического и упорного подшипников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Билль В. И. Сварка металлов трением. М., «Машиностроение, 1970, с. 94.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 554116, кл. В 23 К 20/12, 1975 (прототип).