СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ НА ВАЛАХ
METHOD OF OBTAINING KEY CONNECTION ON SHAFTS

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к методам изготовления, восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин электромеханической обработкой, направлено на повышение долговечности шпоночных соединений на валах в условиях массового и ремонтного производства.
Плотные соединения (посадки) шпонок на валах обеспечиваются точным изготовлением стандартных размеров шпонок и шпоночных пазов на валах, зависящих от диаметра вала (см. Схиртладзе, А.Г.. Метрология, стандартизация и сертификация / А.Г. Схиртладзе, Я.М. Радкевич. - Старый Оскол: ТИТ, 2015. - 540 с). Для получения плотных соединений шпонка по ширине делается на десятки микрометров больше ширины шпоночного паза, что позволяет получить натяг при сборке шпонки с валом, как правило, с помощью пресса.
Недостатками таких технологий является необходимость закалки вала по шпоночному пазу до необходимой твердости. Процессы закалки отличаются сложностью и большими затратами энергии, большим термическим влиянием на деталь, что приводит к значительным деформациям изделий. Кроме того после закалки необходимо применять дополнительные методы финишной механической обработки для получения точных размеров шпоночного паза.
8
9
2
Известны способы электромеханической обработки деталей машин (Яковлев С.А. Влияние электрофизических параметров на электромеханическую обработку деталей машин: монография / С.А. Яковлев. -Ульяновск: УВАУ ГА (И), 2014.-129 с.) при которых через зону контакта деформирующего электрод-инструмента (ролика или пластины) и детали проходит ток большой плотности (10-10 А/м) и низкого (1-6 В) напряжения, вследствие чего на контактирующей поверхности изделия выделяется большое количество тепла, происходят высокоскоростной нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием и последующее интенсивное охлаждение за счет отвода тепла внутрь детали, что приводит к повышению твердости, прочности и износостойкости.
Однако данные способы не позволяют обеспечить нужное соединение шпонки на валу.
Известен способ восстановления изношенных боковых поверхностей шлицев, включающий их нагрев и раздачу (патент РФ №2611000 - принят за прототип), в котором нагрев и раздачу боковых поверхностей шлицев осуществляют посредством электрод-инструмента для электромеханической обработки, движущимся вдоль шлица по его поверхности, причем деформацию металла в сторону износа боковых поверхностей шлицев ограничивают калиброванной пластиной, выполненной с возможностью изменения своих размеров по ширине шлицевого паза.
При обработке по данному способу происходит восстановление износа боковых поверхностей шлицев за счет пластической деформации и перераспределения металла с одновременным их упрочнением твердостью до 9 ГПа.
Однако данный способ не применим для получения шпоночных соединений на валах.
Достигаемый технический результат по заявленному изобретению - это получение плотного шпоночного соединения на валах с одновременным упрочнением боковой поверхности шпоночного паза за счет перераспределения металла применением электромеханической обработки с использованием шпонки, установленной в шпоночный паз.
Указанный технический результат достигается за счет того, электрод-инструмент устанавливается вертикально и движется вдоль шпоночного паза по его поверхности на расстоянии 0,3…1,5 мм от края паза вызывая осадку и раздачу металла вала в сторону паза, причем раздача металла ограничивается наличием шпонки.
На фиг.1 представлена схема установки шпонки в шпоночном пазу. Шпонка 2 устанавливается на дно шпоночного паза вала 1 и прижимается к одной из боковых поверхностей шпоночного паза, образуя зазор. Величина зазора может составлять десятки микрометров, для изношенных шпоночных пазов величина зазора может достигать 0,5…1,5 мм.
На фиг. 2 схематично представлена схема получения шпоночного соединения на валах. Способ осуществляется следующим образом. На специальной оправке (не показана) крепится инструмент 5 для электромеханической обработки шпоночного паза. Инструмент прижимается сверху вертикально на расстоянии 0,3…1,5 мм от края шпоночного паза вала 1 с усилием Р и перемещается вдоль шпоночного паза со скоростью v.
Инструмент для электромеханической обработки 5 подсоединен с помощью токоподводящих кабелей 4 к источнику питания для ЭМО 3, образуя с деталью общую электрическую цепь. При замыкании электрической цепи происходит мгновенный нагрев (током до 5000 А) в месте контакта инструмента 5 с поверхностью шпоночного паза выше температуры выше фазовых превращений и механическое воздействие этим инструментом с усилием Р. Это позволяет инструменту 5 в горячем состоянии осаживать поверхность шпоночного паза с раздачей в сторону шпоночного паза. Деформация металла в сторону шпоночного паза ограничивается наличием шпонки.
При движении инструмента вдоль шпоночного паза со скоростью v источник термомеханического воздействия удаляется, что приводит к последующему охлаждению нагретых участков вглубь детали за счет ее массы, в результате чего происходит упрочнение поверхностного слоя боковой поверхности шпоночного паза.
Сила тока, усилие прижатия инструмента Р к детали, скорость v перемещения инструмента вдоль шпоночного паза, материал и форма инструмента принимаются исходя из задач и требований технологического процесса.
При обработке по данному способу происходит образование плотного соединения шпонки со шпоночным пазом за счет пластической деформации и перераспределения металла с одновременным упрочнением боковой поверхности шпоночного паза твердостью до 9 ГПа.