способ упрочнения или восстановления рабочих поверхностей шеек валов

Формула изобретения

Способ упрочнения или восстановления рабочих поверхностей шеек валов, включающий механическую обработку поверхности шейки вала, нанесение на нее соединяющего вещества, установку оболочки и прижатие ее к поверхности шейки вала, отличающийся тем, что оболочку выполняют биметаллической в виде втулки, наружную поверхность которой изготавливают из стали, а внутреннюю - из антифрикционного или износостойкого материала, затем оболочку нагревают не ниже температуры взаимодействия соединяющего вещества и устанавливают с натягом на поверхность шейки вала, а после остывания полученной сборки осуществляют удаление стальной наружной поверхности биметаллической оболочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам создания рабочих (антифрикционных или износостойких) поверхностей шеек валов или к способам восстановления таких поверхностей и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известен способ упрочнения или восстановления рабочих поверхностей наплавкой, включающий расплавление теплом сварочной дуги присадочного материала на поверхности наплавляемой детали с последующей кристаллизацией расплавленного металла (Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос, 1981, с.62-96).

Недостатком данного метода является трудоемкость, энергоемкость и большое термическое влияние на деталь, что снижает ее усталостную прочность вследствие возникновения больших деформаций и напряжений.

В качестве ближайшего аналога выбран способ восстановления изношенных шеек валов, включающий механическую обработку поверхности шейки, нанесение на нее соединяющего вещества, установку оболочки, прижатие ее к поверхности и термическую обработку в процессе взаимодействия соединяющего вещества с сопряженными поверхностями (а.с. №1734957, кл. В23Р 6/00, 1978).

Недостатком способа является сложность и трудоемкость изготовления оболочек, ограниченный перечень подходящих соединяющих веществ (клеев), а также недостаточная надежность клеевого соединения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является снижение трудоемкости, упрощение технологии изготовления оболочек, обеспечение возможности использования в рабочих слоев различных материалов (бронз, твердых сплавов), а также расширение номенклатуры соединяющих веществ, а следовательно, повышение надежности соединения оболочки с упрочняемой или восстанавливаемой поверхностью.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе упрочнения или восстановления рабочих поверхностей шеек валов, включающем механическую обработку поверхности шейки, нанесение на нее соединяющего вещества, установку оболочки и прижатие ее к поверхности, в отличие от прототипа оболочку выполняют биметаллической в виде втулки, наружную поверхность которой изготавливают из стали, а внутреннюю из антифрикционного или износостойкого материала, затем оболочку нагревают до температуры не ниже температуры взаимодействия соединяющего вещества и устанавливают с натягом на поверхность шейки, а после остывания сборки осуществляют удаление стальной основы биметаллической оболочки.

Предлагаемый способ значительно упрощает и снижает трудоемкость изготовления оболочек, т.к. изготовление биметаллических втулок, например, методом центробежной наплавки весьма эффективно. Метод позволяет с одной стороны получать биметаллические слои различного состава (бронзы, твердые сплавы, дисперсно-упрочненные материалы и т.п.), а с другой - обеспечивает высокое их качество по сравнению с другими литейными методами. При этом стальная основа, выполняемая, как правило, из дешевой малоуглеродистой стали, выполняет роль бандажа, оказывающего благоприятные сжимающие напряжения на рабочий (антифрикционный или износостойкий) слой после посадки на шейку вала и препятствует его разрушению. Это позволяет наносить на упрочняемые или восстанавливаемые поверхности рабочие слои малой толщины (до 0,5 мм), что обеспечивает экономию дефицитных материалов и повышает их работоспособность. Способ не ограничивает применение различных соединяющих веществ. Это могут быть различные клеевые композиции, как в прототипе, легкоплавкие припои с температурой плавления от 145 до 450°С (ГОСТ 19248-73), среднеплавкие припои с температурой плавления от 450 до 1100°С, материалы, применяемые для диффузионной сварки, и другие.

Способ осуществляется следующим способом.

Поверхность шейки вала перед упрочнением или восстановлением обрабатывают механическим способом (точением, шлифованием, зачисткой наждачной шкуркой и т.п.).

Изготавливают биметаллическую оболочку методом центробежной индукционной наплавки. Для упрочнения или восстановления шейки вала для получения рабочего слоя высокой износостойкости целесообразно использовать самофлюсующиеся порошки твердых сплавов (ГОСТ 28377-89), предназначенные для газотермического напыления и наплавки, с температурой плавления 850-1150°С. Для создания на шейке вала антифрикционной поверхности (реализация обратной пары трения) используют порошки свинцово-оловянистых бронз. Из стальной трубы точением изготавливают соответствующую заготовку, причем ее длина может быть взята с учетом получения сразу нескольких биметаллических оболочек. Внутрь заготовки помещают порошок или порошковую шихту (порошок, смешанный с флюсом, - для бронзы), герметизируют и устанавливают в центрах центробежной установки. Одновременно с вращением заготовки ее наружную поверхность нагревают высокочастотным генератором до температуры плавления порошка. Затем из биметаллической заготовки изготавливают оболочку требуемого размера и соответствующего натяга по отношению к шейке вала.

На поверхность шейки вала наносится соединяющее вещество, толщина слоя которого не должна превышать 0,03-0,04 мм. Лучшие результаты по качеству и прочности сдвига дает нанесение в качестве соединяющего вещества среднеплавких припоев контактным гальваническим методом (методом электронатирания). Он позволяет наносить размерное покрытие непосредственно на рабочую поверхность шейки с высокой скоростью осаждения. Например, для нанесения припоя из сплава олово-никель (70% Sn, 30% Ni) использовался электролит состава: хлористое олово - 40-50 г/л, хлористый никель - 250-300 г/л, хлористый аммоний - 100-200 г/л, фтористый алюминий - 60 г/л, температура электролита 50-60°С, катодная плотность тока 20-30 А/дм². Хорошие результаты дает также нанесение медных и латунных гальванических припоев. Прочность сдвига у таких среднеплавких припоев превышает 30 МПа.

Биметаллическую оболочку нагревают до температуры на 50-100°С выше температуры взаимодействия соединяющего вещества (в частности, расплавления припоя) и насаживают на шейку вала. После остывания сборки стальную основу биметаллической оболочки удаляют механическим способом, а рабочий слой обрабатывают под требуемый размер.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить и снизить трудоемкость изготовления оболочек, расширить номенклатуру материалов для упрочнения и восстановления шеек и соединяющих веществ, а также повысить надежность соединения и работоспособность рабочего слоя.