Способ соединения с натягом деталей типа вал-втулка

 

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)

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 23 Р 11 02 (21) 3672306/25-27 (22) 05.12.83 (46) 23.12.85. Бюл. № 47 (71) Дальневосточное высшее инженерное морское училище им. адм. Г. И. Невельского (72) В. М. Ходаковский и В. И. Седых (53) 621.757(088.8) (56) Орлов П. И. Основы конструирования.

М.: Машиностроение, 1977, т. 1, с. 482 — 484, 492 — 493. (54) (57) 1. СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛ вЂ” ВТУЛКА, включающий 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 со„„SU„„1199558 A единяемымн 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 изл чением плотностью мощности излучения 10 — 10 Вт/см, длительностью импульса 10 з — 10 с и диаметром пятна 3 фокусировка лазерного луча на поверхности детали 0,5 — 2 мм.

1199558

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 соединения.

Предложенный 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

IIëoIIIàäè 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 10 Вт/см2, начинается плавление материала. При повышении плотности световой мощности свыше 10 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

10 "— 10 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 поверхиосгью детали на величину 0,02—

0,2 мм.

На чертеже показана форма рельефа выполняемого на сопрягаемой поверхности детали.

На базовой посадочной поверхности выполнены выступы 2 и впадины 3.

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

1О

25 зо

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

Затем осуществляют тепловую сборку деталей.

Первоначальное контактирование соединяемых деталей в процессе тепловой сборки 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 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 сдвигаюшего 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 деталеи (0, †„, †„, Ц и др.) большие контактные давленйя на выступах и, вследствие этого, деформацию металла другой сопрягаемой детали в углубления, охватывающие эти выступы.

При возвышении выступов над базовой посадочной поверхностью на 0,02 — 0,2 мм достигается более чем десятикратное пре1199558 наибольший натяг, создаваемый посадкой, мкм; высота рельефа относительно базовой посадочной поверхности, мкм; минимальное допустимый зазор при сборке, мкм, равный наименьшему зазору посадки движения; коэффициент линейного расширения (сжатия) детали при нагреве (охлаждении) —,; номинальный диаметр соединения, мм; температура сборочного помещения, С. где Ннаиб—

Знаим

1сб—

Составитель A. Киселева

Редактор О. Юрковецкая Техред И. Верее Корректор М. Максимишинец

Заказ 7770/18 Тираж 1085 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вышение 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 выступающей части рельефа может быть установлена из формулы для определения температуры нагрева (охлаждения) одной из деталей при тепловой сборке

Т Н + 211+3 10

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 R,=0,8 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 1 мм друг от друга.

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

2,1) 0 Вт/см, длительность импульса излучения 4)(10 с; диаметр пятна фокусировки излучения на поверхности детали

0,5 мм.

15 Пример 2. Соединяют детали типа вал— втулка. Номинальный диаметр посадочных поверхностей деталей равен 60 мм. Посадочные места деталей обрабатывают шлифованием до окончательной шероховатости

R,=3 2 мкм и создают натяг, равный 40 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 наибольшим наружным диаметром, равным 1 мм. Выступы наносят на расстоянии 3 мм друг от друга по винтовой линии с шагом 4 мм. При этом отношение

30 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: плот35 ность мощности излучения 2,4к,1О Вт/см, длительность импульса излучения 4.10 з с; диаметр пятна фокусировки излучения на поверхности детали 1 мм.