СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗЬБОКЛЕЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
METHOD TO PRODUCE THREADED BOND JOINT

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к сборке крепежных резьбообразующих деталей.
Известен способ клеевой фиксации резьбовой крепежной детали на основе двухкомпонентного клея (патент US №5452977, кл. F16B 39/02, 26.09.1995). Крепежная система состоит из крепежной детали с канавками на резьбовом стержне. Канавки могут располагаться параллельно продольной оси крепежной детали или по спирали. Перед сборкой канавки заполняют двухкомпонентным клеевым составом. В первой канавке находится основной компонент клея, во второй активирующее вещество, в третьей снова основной компонент и т.д. В процессе сборки компоненты клея перемешиваются и заполняют зазор между резьбой крепежной детали и сформированной резьбой основной (корпусной) детали.
Недостатком данного изобретения является снижение стопорящих свойств получаемого соединения при незначительных отклонениях геометрии крепежной детали. Например, увеличенная глубина канавок. При этом в процессе сборки компоненты клея могут быть смешаны не полном объеме. В результате в некоторых частях резьбы будет отсутствовать клеевая фиксация.
Кроме того, нанесение двухкомпонентного клеевого состава перед сборкой требует дополнительной ориентации крепежной детали, усложняя процесс сборки. Радиальное отклонение крепежной детали от заданного положения на ширину канавки приведет к тому, что компоненты клея не заполнят канавки.
Известен способ сборки и клеевой фиксации крепежной детали (патент US №6896462, кл. F16B 39/02, 24.05.2005). Составная крепежная деталь представляет собой два винта, вставленных один в другой. При этом между двумя винтами образуется внутренняя полость, которая заполняется клеевым составом. Резьба внутреннего винта совпадает с резьбой в полости наружного винта. Наружный винт является самосверлящим и самонарезающим. Винты жестко соединены между собой тонкостенным металлическим рукавом. При этом в процессе сборки крутящий момент передается приводом на внутренний винт, далее через соединительный рукав на наружный винт, который ввинчивается в листовую деталь, формируя резьбовой профиль. После завинчивания и стопорения наружного винта дальнейшее вращение привода деформирует соединительный рукав. Внутренний винт вворачивается в наружный винт и вытесняет клей через специальные пазы наружного винта. Клей заполняет зазоры в резьбовом профиле, а также зазор между скрепляемыми листовыми деталями. Деформированный рукав блокирует вытеснение клея наружу (в месте стыка двух винтов).
К недостаткам изобретения относится сложность изготовления и предварительной сборки крепежной детали, которая сопоставима со сложностью самого сборочного процесса. Использование составных элементов крепежной детали значительно увеличивает стоимость и время подготовительного этапа. Наружный винт является самосверлящим, а это ограничивает область применения изобретения сборкой листового материала из легких сплавов.
Передача крутящего момента через соединительный рукав может привести к его несвоевременной деформации. Причиной может быть увеличение крутящего момента в процессе сборки, вызванное, в свою очередь, отклонениями в геометрии самосверлящего винта, «закусыванием» винта в процессе сборки, перекосом крепежной детали. Все это может привести к деформации соединительного рукава до окончания завинчивания наружного винта в основную деталь и несвоевременному вытеснению клея из внутренней полости.
Также недостатком изобретения является невозможность многократной сборки и разборки резьбового соединения. Составная крепежная деталь с деформируемым рукавом может использоваться только однократно, что экономически нецелесообразно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения тугого резьбового соединения и крепежная деталь (патент РФ №2173416, кл. F16B 25/06, 10.09.2001). Резьбовое соединение получают завинчиванием крепежной детали в гладкое отверстие металлической корпусной детали. Резьба крепежной детали выполнена с фосфатным изоляционным покрытием. Данное покрытие электрически изолирует контакт крепежной деталью и корпусом. В процессе завинчивания изоляционное покрытие истирается на деформирующем участке крепежной детали, оголяя металлическую часть боковой поверхности резьбы. При этом используется нагрев зоны контакта крепежной и корпусной детали электрическим током, а величина плотности тока устанавливается достаточной для пластификации металла. Оставшееся изоляционное покрытие способствует снижению коэффициента трения и крутящего момента. Сборка осуществляется в масляной ванне.
В изобретении используется крепежная деталь с завышенным резьбовым профилем деформирующего участка. Такая геометрия обеспечивает наибольшие контактные давления на деформирующем участке резьбы и снижает коэффициент трения на остальной части резьбы в процессе завинчивания.
К недостаткам данного изобретения следует отнести сложность подготовки сборочного процесса. Изготовление фосфатного изоляционного покрытия, а также сборка резьбового соединения в масляной ванне усложняют технологический процесс и повышают его стоимость. Кроме того, достигаемое снижение коэффициента трения с помощью фосфатного покрытия приводит к снижению стопорящих свойств готового соединения.
Техническим результатом изобретения является повышение стопорящих свойств получаемого резьбового соединения, снижение коэффициента трения и крутящего момента в процессе сборки.
Сущность способа заключается в том, что изготовление резьбового соединения резьбовой крепежной детали с корпусной деталью, имеющей гладкое отверстие, выполняется с предварительным левым вращением прижатой к фаске отверстия крепежной детали и разогревом зоны резьбового контакта электрическим током силой
,
П
2
где j − плотность тока предварительного нагрева, А/мм;
d − наружный диаметр резьбы, мм;
o
d − диаметр отверстия, мм;
φ − угол фасок на торцах крепежной детали и отверстия, град,
а завинчивание выполняется при правом вращении крепежной детали и нагреве зоны резьбового контакта силой тока
,
I
где K − коэффициент силы тока (сила тока, приходящаяся на единицу окружной силы завинчивания, А/Н·с);
M − величина крутящего момента, Н·м,
отличается тем, что перед сборкой на резьбовую часть крепежной детали наносится анаэробный клей, электрически изолирующий направляющую часть резьбы от контакта с корпусной деталью и фиксирующий после сборки резьбовое соединение, при этом деформирующая и стопорящая части резьбы крепежного элемента выполнены с завышением профиля по наружному диаметру, а резьбовой профиль деформирующего участка в радиальном сечении имеет форму, отличную от стандартной окружности с целью уменьшения площади контакта и увеличения плотности тока в зоне контакта.
Выбор марки анаэробного клея зависит от требований к прочности соединяемых деталей и конкретных условий эксплуатации. Единственным требованием является диэлектрические свойства клея, данному требованию удовлетворяет большинство известных марок анаэробных клеев.
Направление вращения крепежной детали зависит от направления витков резьбы. В представленном способе описывается сборка стандартной «правой» резьбы.
1
На фиг.1 представлена схема сборочной машины. На схеме показаны резьбовое соединение, электросиловая установка с трансформатором Т и регулятором тока на симисторе VS, автоматика поддержания тока предварительного нагрева, рабочего тока, а также измерители тока и крутящего момента. Показано направление вращения крепежной детали при завинчивании.
н
c
На фиг.2 представлена крепежная деталь. Она содержит стержень с фаской и резьбовым профилем, разделенным на три части: деформирующую, направляющую и стопорящую. Показана область нанесения клея, а также конфигурация резьбового профиля. Деформирующая и стопорящая части резьбы выполнены с завышением профиля по наружному диаметру d>d и d>d.

На фиг.3 показаны примеры нестандартной конфигурации деформирующей части резьбы. Для уменьшения площади контакта и, соответственно, для увеличения плотности тока в зоне контакта, резьбовой профиль в радиальном сечении имеет форму, отличную от стандартной, например форму овала или треугольника со сглаженными вершинами (патентованный резьбовой профиль TAPTITE).
На фиг.4 схематично показан процесс образования резьбового соединения. Выделена зона нагрева электрическим током. При этом зазор между резьбой крепежной детали и образованной резьбой корпусной детали заполнен анаэробным клеем.
Способ получения резьбоклеевого соединения реализуется следующим образом.
1
1
Электрический ток вырабатывается силовым трансформатором T и регулируется симистром VS (фиг.1). Включение трансформатора производит контактная группа K. Управление током основного и предварительного нагрева реализуется по вертикальной схеме с помощью блоков:
- генератор опорного напряжения ГОН;
- усилитель сравнения УС;
- дифференциальный усилитель ДУ;
- формирователь управляющих импульсов ФИ.
2
Информацию о силе тока формирует цепочка - измерительный трансформатор T, преобразователь измерительного тока ПИТ и верхний вход дифференциального усилителя ДУ.
Информацию о крутящем моменте передает другая цепь - тензодатчик момента Д, тензоусилитель ТУ, микроамперметр mA и нижний вход ДУ.
Режим предварительного нагрева включается в следующей последовательности:
2
1. В ручном режиме с пульта управления контактор K переводится в положение 2.
2. Устанавливается образец детали, крепежная деталь устанавливается в патрон и прижимается к торцу отверстия детали.
1
1
с
3. Включается контактор K и подключает трансформатор T к сети с напряжением U.
3
э
д1
д2
4. Резистором R эталонное напряжение U, снятое с делителя R, R, подают на вход устройства сравнения УС, где формируется угол включения симистра VS.
3
5. Ток предварительного нагрева устанавливают визуально, вращая ручку резистора R по показаниям амперметра A.
Режим основного тока I устанавливают в другой последовательности:
1. Производят предварительную тарировку тензодатчика Д крутящего момента. При этом динамометр с датчиком нагружают через коромысло и тросовые тяги системой гирь.
2. Переключатель S устанавливают в положение 1. Показания о крутящем моменте снимают с микроамперметра mA и строят тарировочный график, который можно в дальнейшем использовать для любых резьб.
2
3. Переключатель S устанавливают в положение 2, а контактор K - в положение 1. Рассчитывают величину крутящего момента, соответствующего нужному типу резьбы. Расчет ведут либо по готовым экспериментальным формулам, либо по данным пробных завинчиваний.
1
4. В патрон машины и приспособление устанавливают образцы деталей для сборки. Резистором R по шкале микроамперметра устанавливают ток, соответствующий по тарировочному графику величине крутящего момента для нужной резьбы.
1
2
5. Включают трансформатор T и резистором R дифференциального усилителя ДУ устанавливают нужную силу тока электронагрева по шкале по шкале амперметра A.
1
6. Выключают трансформатор T, удаляют образец соединения, а переключатель S устанавливают в положение 1.
После этой подготовки машина готова для сборки соединений с нужной резьбой.
Перед завинчиванием на резьбовую часть крепежной детали наносится анаэробный клей, обладающий диэлектрическими свойствами. Область нанесения клея показана на фиг.2.
н
С целью уменьшения крутящего момента в процессе сборки и для обеспечения наибольшей плотности тока на деформирующем участке резьбы первые витки выполнены с завышением наружного диаметра резьбы d. Для увеличения стопорящих свойств соединения последние витки резьбы также выполнены с завышением наружного диаметра, которые не только увеличивают стопорящие свойства, но и блокируют клеевой состав в пределах резьбового зазора.
Для дополнительного увеличения плотности тока резьбовой профиль в радиальном сечении имеет нестандартный профиль. Например, на фиг.3 представлен радиальный профиль в виде овала или треугольника со сглаженными вершинами (фиг.3).
В известном способе применение фосфатного покрытия электрически изолирует направляющую часть резьбы и снижает коэффициент трения. Недостатками данного покрытия являются сложность его изготовления и снижение стопорящих свойств готового соединения. Использование клея устраняет данные недостатки.
Соединение крепежной детали с корпусной деталью выполняется при завинчивании крепежной детали (фиг.4). Нагрев зоны контакта происходит при прохождении электрического тока через стержень крепежной детали и через резьбу деформирующей части. Величина плотности тока устанавливается достаточной для пластификации металла. Температура нагрева при этом будет распределяться по длине резьбового контакта в форме, показанной на фиг.4.
Наибольший нагрев и наибольшие контактные давления будут действовать на деформирующую часть крепежной детали. При этом клей будет смещаться по виткам резьбы в направляющую часть крепежной детали, обнажая деформирующие витки для лучшего контакта с корпусной деталью. Клей одновременно электрически изолирует направляющую часть резьбы от корпуса и смазывает резьбовой профиль, особенно в зоне нагрева, где достигается его наибольшая пластификация. При этом кратковременный нагрев не снижает стопорящих свойств клея.
Последние витки резьбовой детали имеют завышенный диаметр и при завинчивании стопорят соединение. Кроме того, они надежно блокируют клей в резьбовом зазоре в направляющей части крепежного элемента.
После сборки происходит полимеризация клея, обеспечивая тем самым надежную фиксацию резьбового соединения.
Разборка соединения выполняется стандартными способами с учетом прочности клеевого соединения.