СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ СО ШПОНОЧНЫМ ПАЗОМ
MANUFACTURING METHOD OF DETAIL WITH KEY GROOVE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении шпоночных пазов на наружных и внутренних поверхностях деталей машин.
Известны способы изготовления шпоночных пазов на деталях, формируемых методами резания, с последующими способами термической или химико-термической обработки [Поляк М.С. Технология упрочнения. - М.: Машиностроение, Л.В.М.-СКРИПТ, 1995].
Однако при объемных способах термической или химико-термической обработки термическому воздействию подвергается вся поверхность шпоночного паза, в том числе и зона концентрации напряжений у основания, что приводит к появлению или развитию микротрещин и снижает качество деталей в условиях эксплуатации.
Известен способ электроконтактной обработки [SU 361207 А, C21D 1/06, 07.12.1972] поверхности отверстия детали.
Однако указанный способ не позволяет повысить качество шпоночного паза, что в условиях эксплуатации приводит к износу его боковых поверхностей и усталостным разрушениям валов.
Задачей изобретения является повышение качества шпоночных пазов при их изготовлении с закалкой боковых поверхностей электроконтактным способом.
Поставленная задача достигается тем, что изготавливают технологическую шпонку, в сборе производят предварительную механическую обработку детали и технологической шпонки по диаметру с сохранением припуска под последующую обработку, выполняют электроконтактную упрочняющую обработку поверхности детали и технологической шпонки, окончательную механическую обработку соединения, удаляют технологическую шпонку из шпоночного паза, причем глубину шпоночного паза на детали выполняют больше номинальной на величину половины припуска поверхности детали по обрабатываемому диаметру.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
На валах и втулках, изготовленных из стали 45 ГОСТ 1050-94, методом резания (фрезерованием, долблением или протягиванием) изготовлены шпоночные пазы. Сопряжение вал-втулка работает в условиях знакопеременных нагрузок. Требования по твердости деталей установлены в пределах 42…48 HRC, что предусматривает закалку и последующий средний отпуск.
При образовании шпоночного паза на деталях в силу технологических факторов возможно образование микротрещин в зоне основания, особенно в радиусной части. Закалка и последующий отпуск приводят к появлению в опасных сечениях паза микротрещин термического характера, а также способствуют развитию микротрещин, полученных на стадии формообразования шпоночных пазов. Кроме того, при объемной термической обработке постоянно происходят явления окисления и обезуглероживания поверхностного слоя. В условиях эксплуатации это приводит к аварийному разрушению вала в зоне шпоночного паза. Кроме того, ввиду недостаточной прочности паза происходит его износ по боковым поверхностям, особенно в верхней части на границе соединения шпоночного паза и диаметра детали. Условия эксплуатации соединения нарушаются и требуется остановка машины на ремонтные воздействия.
На тихоходном вале диаметром 75,5 мм силового редуктора Ц2-300 фрезерованием образован шпоночный паз шириной 20 мм, глубиной 8,15 мм. Изготовлена технологическая шпонка шириной 20 мм, высотой 8,3 мм. Шпонка установлена в шпоночный паз вала с натягом. На токарно-винторезном станке 16К20 произведено точение вала с установленной в пазу технологической шпонкой до диаметра 75,2 мм.
Для повышения качества деталей со шпоночными пазами произведена их электроконтактная обработка с обеспечением эффекта закалки исполнительных поверхностей, без воздействия на зону концентраторов напряжения у основания. Электроконтактная обработка производится на этом же токарно-винторезном станке, без изменения базирования вала. От источника электрического тока промышленной частоты 50 Гц, через токоподводящие шины ток подводится к инструментальным роликам. Обеспечив надежный контакт в соединении "инструмент-поверхность", производится включение источника электрического тока и задается перемещение инструментам и вращение детали. При обработке зона электроконтактного воздействия распространяется на боковые поверхности шпоночного паза и на прилегающие к нему диаметральные участки вала (втулки), без термического воздействия на зону основания. В результате обработки твердость поверхностей шпоночного паза и поверхностного слоя по диаметру вала возрастает до 56…60 (сталь 45, 40Х) при глубине упрочнения до 3 мм. Структура поверхностного слоя представляет мелкодисперсный мартенсит при наличии аустенита остаточного. Выполнив электроконтактную обработку вала по диаметру 75,2 мм, производим окончательную механическую обработку (точение, шлифование) до номинального диаметра вала 75k6. Глубина шпоночного паза на вале составила 8 мм. Обработав вал и шпоночный паз, технологическая шпонка удаляется и заменяется на стандартную.
Получение закаленного поверхностного слоя по наружной или внутренней обрабатываемой поверхности при сохранении исходной структуры и свойств нижележащих слоев металла позволит повысить качество изготовления деталей со шпоночными пазами и продлить срок службы машин.