УПРОЧНЯЮЩАЯ НАКЛАДКА

Полезная модель относится к области упрочнения поверхностей металлических конструкций, работающих в условиях абразивного износа, и может быть использована при ремонте и изготовлении изделий, требующих повышенных прочностных и износостойких свойств на отдельных участках поверхности.
Проблема повышения прочностных и износостойких свойств поверхности изделий, испытывающих интенсивное внешнее воздействие, решается, как правило, за счет использования высокопрочных материалов, в частности твердосплавных материалов. Для получения надежного соединения между ремонтируемым изделием и накладкой из такого материала приходится использовать специальные методы в комплексе с соответствующим оборудованием, т.к. эти материалы не свариваются один с другим.
Так известно упрочнение поверхности путем крепления на ней твердосплавной пластинки-накладки, изготовленной, как правило, методом порошковой металлургии. Крепление таких пластин может осуществляться диффузионной сваркой или пайкой, для проведения которых требуется специализированное оборудование и заводские условия. Ремонт такими накладками невозможно осуществить в полевых условиях, т.е. там, где непосредственно используется подлежащее ремонту изделие (см. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. - М.: Машиностроение, 1976 г.).
Наиболее близкой по технической сущности, достигаемому результату и выбранной в качестве прототипа является накладка в виде пластины из твердого сплава с предварительно нанесенным на сопрягаемую с упрочняемой поверхностью слоя припоя с отступлением от краев пластины по периметру на 3,5-4 мм (см. п. РФ №2110375 по кл. В23К 1/00, В23К 9/04 заявл. 29.07.96, опубл. 10.05.98 «Способ упрочнения рабочих поверхностей деталей, подвергающихся абразивному износу, в частности поверхностей шнековых транспортеров»). При ремонте такую пластину приваривают к упрочняемой поверхности по граням пластины, обеспечивая полное расплавление слоя припоя теплом сварочной дуги.
Использование такой пластины дает возможность ремонта изделий не только в заводских, но и в полевых условиях, позволяя закрепить накладку посредством простой сварки. Однако при сварке в твердосплавном материале под действием высокой температуры происходят физико-химические изменения, резко ухудшающие прочностные и износостойкие свойства этого материала, в частности он приобретает
склонность к растрескиванию. Кроме того, при использовании накладки-прототипа возникает опасность неполной пропайки всей площади соединяемых поверхностей пластины и изделия. Неполная пропайка указанной площади может привести к выкрашиванию пластины. Фактором, ухудшающим качество сварного шва, может явиться и попадание припоя в сварочную ванну при приварке пластины к изделию.
Задачей настоящей полезной модели является повышение качества упрочнения поверхности изделия за счет упрощения процесса крепления накладки к изделию.
Техническим результатом, получаемым в результате реализации полезной модели, является обеспечение свариваемости упрочняющей накладки с упрочняемой поверхностью.
Указанная задача решается за счет того, что известная упрочняющая накладка, содержащая твердосплавный элемент, согласно полезной модели, дополнительно содержит выполненную из материала, обладающего свариваемостью с материалом упрочняемой поверхности, подложку, жестко соединенную с твердосплавным элементом.
Упрочняющая накладка может быть снабжена, по крайней мере, одним дополнительным твердосплавным элементом, жестко соединенным с подложкой.
Подложка может быть выполнена с углублением или углублениями, а твердосплавный элемент или элементы впаяны в эти углубления, по крайней мере, своим основанием.
Подложка может быть выполнена со сквозным отверстием или отверстиями, а твердосплавный элемент или элементы впаяны в эти отверстия своими боковыми поверхностями.
Твердосплавный элемент или элементы могут быть расположены относительно подложки так, что их верхние поверхности размещены заподлицо с верхней поверхностью подложки или выступают над ее поверхностью.
Твердосплавный элемент или элементы могут быть расположены относительно подложки так, что их основания размещены заподлицо с основанием подложки.
Твердосплавный элемент или элементы могут быть выполнены, по крайней мере, с одним углублением или со сквозным отверстием, которое заполнено материалом, выбранным из группы, включающей медь, алюминий, серебро, олово, свинец, сплавы на их основе, графит.
Упрочняющая накладка может дополнительно содержать впаянную в углубление подложки пяту, выполненную с углублением или сквозным отверстием, в которое впаян твердосплавный элемент или элементы.
Пята может быть выполнена из материала, выбранного из группы, включающей медь, алюминий, серебро, олово, свинец, сплавы на их основе.
Подложка может быть выполнена в виде бруска или валика, в тело которого продольно впаяны твердосплавные элементы.
Твердосплавные элементы могут быть размещены в подложке так, что в поперечном сечении подложки занимают симметричное или асимметричное положение.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемая накладка неизвестна, т.е. соответствует критерию новизна.
Накладка может быть изготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, и широко использована при ремонте и изготовлении изделий, требующих повышенных прочностных свойств на отдельных участках поверхности, т.е. является промышленно применимой.
Выполнение накладки в заявляемом виде позволяет заранее в стационарных заводских условиях с использованием специализируемого оборудования осуществить надежное высококачественное соединение между собой (например, пайкой, посадкой с натягом и т.д.) таких не обладающих свариваемостью материалов как твердосплавный элемент и подложка из материала, обладающего свойством свариваемости с материалом упрочняемой поверхности изделия. Затем такая накладка в полевых условиях может быть легко приварена к упрочняемой поверхности любым сварщиком, т.к. в данном случае сваривают уже материалы, обладающие свариваемостью между собой.
Выполнение подложки с углублением или сквозным отверстием и впаивание твердосплавного элемента в них позволяет увеличить прочность соединения этих элементов между собой. Расположение твердосплавного элемента с выступом над поверхностью подложки увеличивает степень защиты упрочняемой поверхности.
Выполнение твердосплавного элемента с углублением или сквозным отверстием, заполненным указанными мягкими материалами, позволяет при последующей эксплуатации упрочненного заявляемой накладкой изделия несколько снизить его абразивный износ. Это происходит за счет того, что указанный материал играет роль
смазки между абразивной средой, в которой работает изделие и самим изделием, попадая постепенно на поверхность изделия по мере износа твердосплавного элемента.
Снабжение накладки таким конструктивным дополнительным элементом, как пята, в которую впаивается твердосплавный элемент, позволяет повысить степень защиты места припайки твердосплавного элемента от абразивного износа при последующей эксплуатации изделия, упрочненного такой накладкой. Выполнение пяты из указанных мягких материалов позволяет обеспечить эффект смазки упрочненного изделия при взаимодействии с абразивной средой.
При выполнении накладки сразу с несколькими твердосплавными элементами, закрепленными на одной подложке, расширяются возможности ее применения. При выполнении накладки с увеличенной толщиной подложки (в виде бруска или цилиндра) возникает возможность приварки накладки к упрочняемой детали не только за счет наложения сварного шва по периметру подложки, но и за счет приварки подложки вдоль ее боковой поверхности, т.е. упрочняющая накладка может быть расположена как перпендикулярно, так и параллельно упрочняемой поверхности. Несимметричное расположение твердосплавных элементов в теле подложки позволяет развернуть упрочняющую накладку при использовании так, что наиболее насыщенная твердосплавными элементами ее часть оказывается обращенной в сторону наибольшего разрушающего воздействия.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 Вид сверху на заявляемую накладку.
Фиг.2 Разрез по А-А на фиг.1 (вариант выполнения накладки с подложкой без углубления).
Фиг.3 Разрез по А-А на фиг.1 (вариант выполнения накладки с углублением в подложке и твердосплавным элементом, выступающим над верхней поверхностью подложки).
Фиг.4 Разрез по А-А на фиг.1 (вариант выполнения накладки с углублением в подложке и твердосплавным элементом, расположенным заподлицо с верхней поверхностью подложки).
Фиг.5 Разрез по А-А на фиг.1 (вариант выполнения накладки со сквозным отверстием в подложке и твердосплавным элементом, расположенным заподлицо с верхней и нижней поверхностями подложки).
Фиг.6 Разрез по А-А на фиг.1 (вариант выполнения накладки с твердосплавным элементом, углубление в котором заполнено смазкой).
Фиг.7 Разрез по А-А на фиг.1 (вариант выполнения накладки с твердосплавным элементом, сквозное отверстие в котором заполнено смазкой).
Фиг.8 Вид сверху на заявляемую накладку (вариант выполнения накладки с пятой).
Фиг.9 Разрез по Б-Б на фиг.1 (вариант выполнения накладки с подложкой и пятой со сквозным отверстием и твердосплавным элементом, расположенным заподлицо с верхней и нижней поверхностями пяты).
Фиг.10 Разрез по Б-Б на фиг.1 (вариант выполнения накладки с подложкой, пятой со сквозным отверстием и твердосплавным элементом, расположенным заподлицо с верхней и нижней поверхностями пяты, в котором выполнено отверстие, заполненное смазкой).
Фиг.11 Вид сверху на заявляемую накладку (вариант выполнения накладки с симметричным расположением твердосплавных элементов в теле подложки).
Фиг.12 Вид сверху на заявляемую накладку (вариант выполнения накладки с асимметричным расположением твердосплавных элементов в теле подложки).
Фиг.13 Разрез по В-В на фиг.11 и 12.
Накладка содержит твердосплавный элемент 1 и стальную подложку 2, соединенные между собой посредством пайки. Место пайки на чертежах обозначено цифрой 3. Подложка 2 может представлять собой пластину, например квадратной, прямоугольной, круглой, овальной и т.д. формы или быть выполненной в виде объемного тела - бруска, валика, поперечное сечение которых может представлять собой многоугольник, круг, овал и т.д. Подложка 2 может быть выполнена с углублением, со сквозным отверстием или гладкой. Форма полученного методом спекания твердосплавного элемента 1 может представлять собой призму, цилиндр, конус, пирамиду, форму зубила и т.д. В зависимости от условий в которых будет эксплуатироваться упрочняемое изделие. Твердосплавный элемент 1 может быть закреплен относительно подложки 2 так, что он располагается на верхней поверхности подложки, либо утоплен в тело подложки полностью или частично выступает над верхней поверхностью подложки 2. Накладка может быть изготовлена с таким дополнительным элементом как пята 4. Пята 4 может быть выполнена либо с углублением, либо со сквозным отверстием, в которые впаян твердосплавный элемент 1. При этом сама пята 4 впаяна своим основанием или основанием и боковыми поверхностями в подложку 2. Твердосплавный элемент 1 может быть выполнен с углублением или сквозным отверстием, заполненными смазкой 5, т.е. мягким
материалом, способным уменьшить абразивный износ упрочняемого изделия. Из подобного мягкого материала может быть выполнена и пята 4. Количество закрепленных на одной подложке 2 твердосплавных элементов 1 выбирается в соответствии с предполагаемым назначением накладки. Геометрические размеры накладки могут быть подобраны из условий соответствия форме исправляемого дефекта поверхности ремонтируемого изделия или накладка может быть выполнена как модульный элемент со стандартными геометрическими размерами, при этом исправляемый дефект заполняется некоторым количеством небольших по размеру модулей, привариваемых по месту. Модульный элемент может быть изготовлен, например, с квадратной в плане подложкой размером 2-4 см, в которую впаян твердосплавный элемент с диаметром 1-2 см.
Изготовление накладки в заводских условиях производится с использованием стандартного оборудования для впаивания твердосплавных элементов. При изготовлении накладки со смазкой 5 в твердосплавном элементе 1 материал, заполняющий углубление или отверстие в твердосплавном элементе 1, впаивается в углубление при впаивании твердосплавного элемента 1 в подложку 2. Приварка же накладки к упрочняемому изделию уже может быть осуществлена в полевых условиях без привлечения высококвалифицированных сварщиков с использованием простейшего сварочного оборудования любым из известных методов, обеспечивающих получение сварного шва между материалом подложки и материалом упрочняемой поверхности.
Таким образом, заявляемая накладка обеспечивает повышение качества упрочнения поверхности изделия, упрощая процесс крепления накладки к изделию, за счет достижения свариваемости упрочняющей накладки с упрочняемой поверхностью.
Следует отметить также, что наряду с повышением качества крепления, заявляемая накладка позволяет с помощью отдельных небольших по размеру модулей стандартного размера закрыть любой по форме и размеру участок упрочняемой поверхности. Кроме того, заявляемая накладка позволяет добиться снижения стоимости ремонта за счет меньшего использования дорогостоящего твердосплавного материла, позволяя располагать твердосплавные элементы не как сплошное покрытие, а дискретно, используя свойство твердосплавного элемента защищать от износа не только поверхность изделия, расположенную непосредственно под ним, но и на некотором расстоянии вокруг него.