PL230502B1 - Sposob regeneracji elementow obrotowo-symetrycznych, zwlaszcza zebnikow i kol zebatych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób regeneracji elementów obrotowo-symetrycznych, zwłaszcza zębników i kół zębatych, znajdującym zastosowanie zwłaszcza w przemyśle maszynowym.

Stawiane nowoczesnym konstrukcjom wysokie wymagania oraz szczególne warunki ich eksploatacji, są obecnie podstawowym powodem poszukiwań, przez inżynierów, nowoczesnych technologii ich wytwarzania oraz regeneracji [1,2].

Technologia zgrzewania tarciowego jest powszechnie stosowaną w przemyśle technologią łączenia elementów maszyn, przy czym dzięki wysokiej jakości uzyskiwanych połączeń stanowi atrakcyjną propozycję w przypadku wytwarzania nowych, regeneracji zużytych bądź uszkodzonych elementów maszyn. Technika zgrzewania tarciowego stosowana jest najczęściej w przypadku wykonywania złączy doczołowych. Wykorzystanie ciepła powstającego w wyniku tarcia na powierzchniach styku elementów łączonych przy działaniu reakcji docisku tych powierzchni powoduje ich równomierne nagrzewanie, umożliwia bardzo precyzyjne kontrolowanie ilości wprowadzonego ciepła oraz przebiegu cyklu chłodzenia. Z istoty procesu zgrzewania wynika, że tworzywo łączonych elementów z początkowego obszaru styku, w wyniku nagrzewania się oraz przyłożonej siły docisku, transportowane jest z obszaru zgrzewania do tzw. wypływki, powoduje to, że wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia powierzchni elementów transferowane są do wypływki, a w końcowej fazie procesu zgrzewania udział biorą wyłącznie czyste metaliczne powierzchnie styku. Taki przebieg procesu, przy ścisłej kontroli parametrów cyklu cieplnego powoduje, że właściwości uzyskiwanych złączy są bardzo wysokie [2,3,4].

Proces zgrzewania tarciowego, ze względnym ruchem obrotowym łączonych elementów, może być realizowany na dwa sposoby ze stałą bądź zmienną prędkością obrotową. Biorąc pod uwagę zarówno kryteria ekonomiczności procesu oraz jakościowe, obecnie w praktyce przemysłowej stosowane są prawie wyłącznie zgrzewarki pracujące ze stałą prędkością obrotową, czyli z ciągłym napędem wrzeciona.

Do podstawowych parametrów procesu zgrzewania należą: (a) prędkość obrotowa wirującego elementu, (b) siła docisku fazy tarcia, (c) czas trwania fazy tarcia (ewentualnie naddatek na tarcie), (d) siła docisku fazy spęczania, (e) czas spęczania (ewentualnie naddatek na spęczanie). Precyzyjne sterowanie parametrami procesu zgrzewania pozwala na sterowanie sposobem nagrzewania się elementów łączonych oraz dokładne sterowanie własnościami uzyskanego połączenia. Ponadto duża różnorodność zjawisk występujących w procesie zgrzewania tarciowego powoduje trudności w prawidłowym opisie tegoż procesu. Z tego względu parametry technologiczne zgrzewania tarciowego ustala się najczęściej doświadczalnie.

Przeprowadzona analiza literaturowa zagadnienia, wiedza oraz doświadczenie zawodowe autorów, pozwala twierdzić, że dotychczas brak jest rozwiązań podobnych czy też zbliżonych do rozwiązania będącego przedmiotem zgłoszenia.

Celem wynalazku jest zastosowanie nieruchomej tulei zgrzewanej z obracającym się czopem elementu regenerowanego, obróbka mechaniczna frezowaniem szczeliny tulei w obszarze powierzchni styku tuleja - regenerowany element, w celu usunięcia powstałej w procesie zgrzewania wypływki oraz wypełnienie szczeliny z zastosowaniem operacji spawania.

Sposób regeneracji elementów obrotowo-symetrycznych według wynalazku polega na tym, że uzębienie wału poddaje się obróbce toczeniem, następnie na wał nakłada się tuleję, którą blokuje się za pomocą wpustu z luzem co najmniej 0,1 mm, mocowanego w uchwycie, po czym poddaje się ją procesowi zgrzewania tarciowego poprzez docisk za pomocą szczęk kształtowych do regenerowanej powierzchni wału, następnie przeprowadza się proces kształtowania i wykończenia wieńca.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia redukcję kosztów regeneracji elementów maszyn przy zagwarantowaniu zbliżonej jednorodności strukturalnej tworzywa regenerowanego elementu zarówno w przekroju poprzecznym jak i wzdłużnym. Proces regeneracji elementów maszyn może być prowadzony z zastosowaniem specjalnego stanowiska realizującego proces zgrzewania elementów walcowych. Projekt oraz wykonanie stanowiska nie przewiduje konieczności stosowania specjalistycznego oprzyrządowania przedmiotowego, co więcej jego prostota pozwoli zapewnić możliwie najniższe koszty jego wdrożenia poprzez adaptację istniejących stanowisk. Przeprowadzenie wymaganych badań pozwoli na określenie maksymalnej granicznej liczby cykli regeneracji z zastosowaniem prezentowanego rozwiązania. Proces regeneracji metodą objętą treścią wynalazku może być prowadzony w ramach procesu technologicznego, procesów naprawy i remontów maszyn.

PL 230 502 B1

Potencjalnym obszarem zastosowania wynalazku jest ogólnie rozumiany przemysł maszynowy, a jego zastosowanie umożliwi poprawę jakości regenerowanych elementów maszyn, w porównaniu do obecnie stosowanych metod, w skutek uzyskania prawidłowej postaci geometrycznej (zgodnej z pierwotną konstrukcją eksploatowanego elementu), prawidłowego układu wymiarów, właściwego stanu warstwy wierzchniej, chropowatości powierzchni oraz odpowiednich własności wytrzymałościowych zbliżonych do tych po pierwotnym procesie wytwarzania.

Przedmiot wynalazku został pokazany na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat urządzenia do regeneracji uzębień technologią zgrzewania tulejowego z szczękami kształtowymi, a Fig. 2 przedstawia schemat urządzenia do regeneracji uzębień technologią zgrzewania tulejowego mechanizmem regulowanego wielopunktowego docisku.

P r z y k ł a d 1

Sposób regeneracji przedstawiony na fig. 1. Na wał 1 nakłada się tuleję 2 (rozciętą wzdłuż tworzącej z jednej strony), zabezpieczoną przed obrotem względem czopu regenerowanego elementu wału 1 za pomocą osadzonego wpustu 3 z luzem wynoszącym min. 0,1 mm, mocowanego w uchwycie 6, przy czym pozycję uchwytu 6 ustala się w korpusie urządzenia przy pomocy kołków ustalających 5. Tuleję 2 w procesie zgrzewania dociska się do regenerowanej powierzchni wału 1 z zastosowaniem zespołu szczęk kształtowych 4 zbudowanych z korpusu szczęki 4 ze stali, żeliwa lub staliwa oraz wykładki szczęki 7 wykonanej z materiału elastycznego odpornego na działanie wysokich temperatur.

P r z y k ł a d 2

Sposób regeneracji przedstawiony na fig. 2. Na wał 1 nakłada się tuleję 2 (rozciętą wzdłuż tworzącej obustronnie), zabezpieczoną przed obrotem względem czopu regenerowanego wału 1 za pomocą dwóch osadzonych wpustów 3 z luzem wynoszącym min. 0,1 mm, mocowanych w uchwycie 6, przy czym pozycję uchwytu 6 ustala się w korpusie urządzenia przy pomocy kołków ustalających 5. Tuleję 2 w procesie zgrzewania dociska się do regenerowanej powierzchni wału 1 z zastosowaniem zespołu szczęk kształtowych 4 z mechanizmem mimośrodowym.

W obydwu przykładach wykonania szczeliny konstrukcyjno-technologiczne w tulei 2 są wypełniane w operacji spawania szwu (szew pojedynczy - rozwiązanie przestawione na fig. 1 oraz podwójny lub wielokrotny - rozwiązanie przedstawione na fig. 2). W przypadku elementów typu koło zębate dodatkowo wykonywane są operacje nacięcia oraz obróbki wykańczającej uzębienia. Zaleca się przeprowadzenie operacji regeneracji kół zębatych i zębników parami kół współpracujących.

Proces zgrzewania tarciowego projektowany był z myślą wykonywania złączy doczołowych, nie mniej jednak, korzystając z podstaw fizycznych procesu tj. wykorzystania siły tarcia powstającej pomiędzy poruszającymi się dociskanymi elementami, możliwe jest opracowanie nowych technik wykonywania złączy w innych konfiguracjach przestrzennych, w tym w szczególności zgrzewania obwodowego.

W przypadku zgrzewania obwodowego, elementami łączonymi mogą być różnego rodzaju tuleje wprowadzane w ruch obrotowy jak również wałki przy nieruchomo zamocowanych tulejach. Pojawia się wtedy jedynie problem tzw. „zamknięcia przekroju” łączonych elementów, ponieważ z punktu widzenia technologii wykonania złącza, tuleja musi być elementem dzielonym tak, aby możliwe było jej zgrzewan ie z czopem wału.

Operacji zamknięcia przekroju można dokonać za pomocą spawania laserowego bądź wiązką elektronów, możliwe jest również zastosowanie techniki spawania plazmowego z zastosowaniem materiału dodatkowym w postaci drutu.

Literatura

1. V.N. Malyshev, Tribological aspects in friction stir welding and processing, Advances in Friction-Stir Welding and Processing, 2014, Pages 329-386.

2. T. Zappia, C. Smith, K. Colligan, H. Ostersehlte, S.W. Kallee, Friction stir welding equipment, Friction Stir Welding, 2010, Pages 73-117.

3. Nuno Mendes, Pedro Neto, Altino Loureiro, António Paulo Moreira, Machines and control systems for friction stir welding: A review, Materials & Design, Volume 90, 15 January 2016, Pages 256-265.

4. H. Su, C.S. Wu, A. Pittner, M. Rethmeier, Simultaneous measurement of tool torque, traverse force and axial force in friction stir welding, Journal of Manufacturing Processes, Volume 15, Issue 4, October 2013, Pages 495-500.

Claims (1)

1. Sposób regeneracji elementów obrotowo-symetrycznych, zwłaszcza zębników i kół zębatych, znamienny tym, że uzębienie wału 1 poddaje się obróbce toczeniem, następnie na wał 1. nakłada się tuleję 2, którą blokuje się za pomocą wpustu 3 z luzem wynoszącym co najmniej 0,1 mm, mocowanego w uchwycie 6, po czym poddaje się ją procesowi zgrzewania tarciowego poprzez docisk za pomocą szczęk kształtowych 4 do regenerowanej powierzchni wału 1, następnie przeprowadza się proces kształtowania i wykończenia wieńca.