Способ соединения с натягом деталей типа вал-втулка

(71) Дальневосточное высшее инженерноеморское училище им. адм. Г. И. Невельского(54) (57) 1. СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛ - ВТУЛКА,включающий предварительное выполнениена сопрягаемой поверхности одной из соединяемых деталей рельефа в виде выступовтвердостью, превышающей твердость материала другой соединяемой детали, и впадин,образование сборочного зазора между соединяемымн 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 излчением плотностью мощности излучения 10 - 10 Вт/см, длительностью импульса 10 з - 10с и диаметром пятна фокусировки лазерного луча на поверхности детали 0,5 - 2 мм.Изобретение относится к механосборочным работам и может быть использованов машиностроении и ремонтном производстве при создании и восстановлении неподвижных соединений типа вал - втулка.Целью изобретения является повышениекачества 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 осуществляютследующим образом.На сопрягаемой поверхности одной издеталей выполняют рельеф в виде выступов,твердостью большей твердости материаласопрягаемой детали, и впадин посредствомвысокоскоростного точечно-импульсного расплавления металла поверхности детали.Выступы выполняют в виде конусов, выступающих над базовой посадочной поверхностью, а впадины - в виде усеченноготора, охватывающего основание выступаи плавно в него переходящего, при этомплощади поверхностей выступов и впадинравны,Высокоскоростное точечно-импульсноерасплавление металла на поверхности детали, выполненной, например, из конструкционной стали, получают лазерным излучением, мощность которого ограничиваетсяфизическими процессами, возникающимив сталях конструкционного назначения привоздействии на их поверхность лазерногоизлучения с высокой плотностью мощности.Когда плотность мощности, возрастая, достигает значений 10 Вт/см 2, начинаетсяплавление материала. При повышении плотности световой мощности свыше 1 О Вт/смнаряду с плавлением происходит интенсивное испарение материала.Длительность импульса лазерного излучения ограничивается скоростью перемещения поверхности расплава в более глубокиеслои материала. При длительности импульса1 О " - 10с обеспечивается достаточноевремя для проникновения поверхности расплава в глубь металла при формированиирельефа на посадочной поверхности детали.Диаметр пятна фокусировки излученияна поверхности детали 0,5 - 2 мм обеспечивает получение рельефа заданной формыс выступающей частью в виде конуса надповерхиосгью детали на величину 0,02 -0,2 мм.На чертеже показана форма рельефавыполняемого на сопрягаемой поверхностидетали.На базовой посадочной поверхностивыполнены выступы 2 и впадины 3.Рельеф на поверхности детали ианосятс плотностью, при которой отношение суммарной площади поверхности, занятой рельефом, к всей посадочной поверхности равно 5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 0,01 - 0,2, Этот диапазон ограничивается;более 0,2 - условием пластического контактирования при внедрении рельефа в материал сопрягаемой детали; менее 0,01незначительным приращением прочности соединения.Затем осуществляют тепловую сборкудеталей.Первоначальное контактирование соединяемых деталей в процессе тепловой сборкипроисходит по выступающим над базовойпосадочной поверхностью выступам, металлкоторых приобрел в процессе высокоскоростного расплавления и охлаждения повышенные физико-механические свойства, вчастности 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 посадочнымповерхностям, происходит полное заполнениеуглублений металлом сопряженной деталии его обжатие. Вследствие этого повышаетсягерметичность соединения и, соответственно,его надежность в эксплуатации,Взаимное и локальное проникновениематериала сопрягаемых деталей увеличиваетпрочность соединения по всем направлениямсдвигающего усилия без резких концентраций напряжений в деталях, что делает предлагаемый способ неподвижного соединениядеталей пригодным при создании циклическинагруженных соединений.Вследствие самозакалки незначительныхлокальных объемов металла, формирующеговыступы и углубления, в процессе их образования достигается требуемое превышениетвердости рельефа над твердостью материала сопрягаемой детали без ее коробления,ухудшающего центровку деталей при их сборке. Хорошей центровке деталей в предлагаемом способе неподвижного соединенияспособствует и наличие базовой посадочнойповерхности, выполняемой с необходимойточностьюНанесение рельефа с плотностью, прикоторой 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, , , ,би др,) большие контактные давленйя на выступах и, вследствие этого, деформациюметалла другой сопрягаемой детали в углубления, охватывающие эти выступы.При возвышении выступов над базовойпосадочной поверхностью на 0,02 - 0,2 ммдостигается более чем десятикратное пре1199558 лений 3 в форме усеченного тора, охватывающего соответствующий выступ, с наибольшим наружным диаметром, равным 0,5 мм. Выступы наносят в шахматном порядке на расстоянии вмм 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 устанав ливают следующие параметры лазерногоизлучения: плотность мощности излучения 2,1)(0Вт/см, длительность импульса излучения 4)(10с; 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 К,=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, занятойрельефом, 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: плот ность мощности излучения 2,4 Х 10Вт/см,длительность импульса излучения 4.10 з с; диаметр пятна фокусировки излучения на поверхности детали 1 мм.+ссб наибольший натяг,посадкой, мкм;высота рельефа обазовой посадочноймкм;минимальное допуспри сборке, мкм,меньшему зазору пжения;коэффициент линейнрения (сжатия) детгреве (охлаждении)номинальный диамения, мм;температура сборочщения, С. здаваемыи где Ннаиб -тносительно поверхности,тимый зазор равный наиосадки двиЗнаим ого расшиали при на 1.уфтр соединеа ого пом Составители Л.Юрковецкая Техред И. Верее8 Тираж 1085ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж - 35, Раушилиал ППП Патент, г. Ужгор Редактор О. Заказ 7770/ комитета СССРи открытийская наб., д. 4/5од ул Проектная 4 вышение величины выступающей части конуса над шероховатостью (по Кк) 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 сборкеТ - Н +21+3 10 Пример 1. Соединяли детали типа вал - втулка. Вал изготовлен из стали 30, а втулка - из бронзы Бр. ОЦ 10-2. Номинальный диаметр посадочных поверхностей деталей равен 22 мм, Посадочные места деталей обрабатывают шлифованием до окончательной шероховатости К,=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 углуб. Киселева Корректор М. Максимпшинец Подписное