Способ нанесения абразивного материала на вал при формировании соединения вал-втулка с гарантированным натягом
METHOD FOR APPLICATION OF ABRASIVE MATERIAL TO SHAFT DURING FORMATION OF SHAFT-SLEEVE CONNECTION WITH GUARANTEED TENSION

Изобретение относится к области прессовых соединений, формируемых горячим способом с гарантированным натягом при создании на контактной поверхности вал-втулка шероховатой поверхности с коэффициентом трения близким или равным единице.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении настоящего изобретения, является повышение усталостной прочности вала прессовых соединений. Дополнительным техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности прессовых соединений.
Указанный технический результат достигается тем, что осуществление заявленного способа формирования  прессового соединения включает в себя создание шероховатости на посадочном или принимающем элементе, нагрев посадочного элемента, последующую его посадку на принимающий элемент, а полученное соединение при этом прочнее, чем таковое при использовании мощных механических средств для запрессовки.
Патентный поиск выявил патент [1], защищающий способ сборки колесной пары локомотива и направленный на снижение трудозатрат при установке, например, подшипника с помощью съемного элемента и не может служить аналогом заявляемого способа.
Источник [2] защищает способ соединения деталей в холодном состоянии и последующей пластической деформации, чем значительно отличается от заявляемого. Более того, нагрев до температур осуществления пластической деформации приведет к значительному снижению прочностных свойств металла, так называемому отпуску.
Еще один аналог [3]  предполагает создание неподвижного соединения деталей типа вал-втулка в результате горячей пилигримовой прокатки - прокатки труб в валках с переменным калибром - для «заполнения металлом втулки впадин неровностей наружной поверхности вала». Совершенно очевидно при этом снижение прочности соединяемых деталей.
Некоторым приближением к заявляемому способу с точки зрения нанесения материала на «посадочные места вала» может служить патент [4], защищающий способ закрепления деталей на валу. Заявленный способ включает в себя нанесение слоя функционального «материала, обладающего эффектом памяти формы», при этом полученный «материал покрытия и материал вала не смешиваются». Соединению деталей предшествуют вакуумный отжиг, охлаждение жидким азотом, последующую обкатку. Сложно, затратно, требует сложного оборудования.
В этом же ряду аналогов – не являющихся близким заявляемому способу – находится [5], защищающего технологию неподвижного соединения деталей созданием неровностей 40-160мкм с последующим горячим деформированием.
°
А.с. [6] выбрано заявителем  в качестве аналога. Действительно, способ соединения с натягом деталей типа вал-втулка аналогичен заявляемому способу – создание рельефов на сопрягаемых поверхностях. Заявленную [1] технологию осуществляют нанесением лазерным способом гребней высотой 1мм. Но при этом необходимо нагреть деталь до температуры выше 600С [7], что значительно выше температуры отпуска всех конструкционных сталей. Учитывая значительную высоту гребней (1мм) технологически сложно нанести упомянутые неровности  равномерно. Соединение потребует дополнительной предварительной механической обработки (и термообработки для обеспечения прочностных характеристик) и все равно финишная операция напрессовки не обеспечит достаточной прочности соединения.
какой
калиброванной шероховатости
Прототипом заявляемого «Способа нанесения абразивного материала на вал при формировании соединения вал-втулка с гарантированным натягом является «Способ формирования прессовых соединений» [8], защищающий порядок формирования соединений, заключающийся в нагреве посадочного элемента, создание шероховатости, посадку нагретого посадочного элемента на принимающий элемент. Для осуществления заявленного «Способа формирования прессовых соединений» [8] специалисту сведений недостаточно: до  «необходимой» (так в формуле [8]) температуры производят нагрев посадочного элемента; какова гарантия создания ; если электроискровым способом, то каковы режимы, в каком оборудовании, до или после нагрева; если накаткой, то каким инструментом, в каком режиме; нанесением абразивного порошка, то как сохранить слой абразивного материала на гладкой цилиндрической поверхности посадочного элемента; какой величины абразивное зерно и т.д.
Заявляемый  «Способ нанесения абразивного материала на вал при формировании соединения вал-втулка с гарантированным натягом» лишен недостатков, неясностей технологии, приведенных выше.
Опытным путем получены варианты  технологичного нанесения слоя абразивного порошка на рабочую поверхность посадочного элемента для создания калиброванной шероховатости.
В основу заявляемого «Способа нанесения абразивного материала на вал при формировании соединения вал-втулка с гарантированным натягом» положена задача создания надежного контакта сопрягаемых деталей.
Как указано выше - техническим результатом, достигаемым при осуществлении настоящего изобретения, является повышение усталостной прочности вала прессовых соединений и повышение надежности прессовых соединений.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования прессовых соединений, включающем в себя нагрев посадочного элемента с последующей посадкой нагретого посадочного элемента на принимающий элемент. Перед нагревом посадочного элемента, создают шероховатость на контактирующей поверхности посадочного или принимающего элемента.
Осуществление заявленного способа
°
На предварительно обезжиренную поверхность вала в месте посадки втулки (колеса) наносят слой клейкого полимеризующегося вещества, например, БФ-2 [9], причем нанесение слоя не нуждается в отдельной детализации и не представляет трудностей – вручную, механически и т.д. После этого сразу же наносят путем напыления или насыпи при вращении вала абразивный материал с зерном размером 10-40мкм [10]. В этом случае абразивный материал прилипает равномерно в один слой на поверхности вала и после полимеризации (читай: загустевании) клея в течение 1-5 мин. на вал горячим способом насаживают  втулку, в частности, железнодорожное колесо, нагретое до температуры 200-300С. Учитывая, что абразивный материал имеет строго калиброванный размер [10] (ГОСТ !), вал под посадку втулки, в частности, железнодорожного колеса, будет идеально геометрически отцентрован.  И эта операция будет финишной в формировании соединения с гарантированным натягом.
Нагретая втулка, в частности, железнодорожное колесо,  насаженное на ось, при остывании, сжимает упомянутую ось в радиальном направлении, а также за счет созданной шероховатости на контактной поверхности, сжимает ось и в осевом направлении.
Таким образом, сжатие оси втулкой, в частности, железнодорожным колесом, создаёт на оси остаточные напряжения сжатия в осевом и радиальном направлениях, обеспечивающие повышение усталостной прочности вала и надежности созданного прессового соединения.
Стоит отметить, что данное сочленение приобретает прочность монолитной конструкции, что исключает возможность схода колеса с оси во время эксплуатации.
Способ нанесения абразивного материала на вал при формировании соединения вал-втулка с гарантированным натягом может быть широко применен при формировании колесных пар в вагоностроении, машиностроении соединений вал-шестерня, вал-втулка. Способ характеризуется последовательностью действий, направленных на повышение усталостной прочности вала прессовых соединений и надежности прессовых соединений.
Заявителю и автору неизвестен подобный способ осуществления соединений, являющийся технологичным и промышленно применимым.
Список литературных источников.
1. Бардышова Л.П. и др. Способ сборки колесной пары локомотива. А.с.1129047. Приоритет от 30.07.1982г. МПК В 23Р 19/02. Производственное объединение «Ворошиловградский тепловозостроительный завод им.Октябрьской революции». Ворошиловград (ныне - Луганск), Украина.
2. Орро П.И. и др. Способ соединения деталей. А.с.206537. Приоритет от 04.03.1966г. МПК В 21D. Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности. Москва.
3. Козловский А.И. и др. Способ неподвижного соединения деталей типа вал-втулка. А.с. 1792818. Приоритет от 12.05.1991г. МПК В23Р 11/02. Нижнеднепровский трубопрокатный завод им.Карла Либкнехта. Днепропетровск (ныне -Днепр), Украина.
4. Бледнова Ж.М. и др. Патент 2393370. Способ закрепления на валу сопрягаемых цилиндрических деталей. Приоритет от 04.08.2008г. МПК F16C 3/02, C23C 4/08, C23C 4/12. Кубанский гос.технологический универститет. Краснодар.
5. Шевченко А.И. и др. Патент UA 19861. Способ неподвижного соединения деталей типа вал-втулка. Приоритет от 25.12.1997г. МПК В23Р 11/02. Нижнеднепровский трубопрокатный завод им.Карла Либкнехта. Днепропетровск (ныне – Днепр), Украина.
6. Ходаковский В.М. и др. Способ соединения с натягом деталей типа вал-втулка. А.с. 1199558. Приоритет от 05.12.1983г. МПК В 23Р 11/02.
Дальневосточное высшее инженерное училище им.адм.Г.И.Невельского. Владивосток.
7. Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник, т.I. М., Машиностроение, 1968г. С.71, табл.1.
8. Постовалов В.П. Способ формирования прессовых соединений. Патент № 2751724, приоритет от 06.11.2020г. МПК В23Р 11/02, F16C 3/02. Опубл. 16.07.2021, бюлл.№ 20. Патентообладатель ООО «Финансовое партнерство», г.Екатеринбург.
9. ГОСТ 12172-74. Клеи феноло-поливинил-ацетальные. Издательство стандартов. М., 2003г.
10. ГОСТ Р 52381-2005г. Материалы абразивные. Стандартинформ. М., 2020г.