RU2316417C1

RU2316417C1 - Shaft journal surfaces strengthening or restoring method

Info

Publication number: RU2316417C1
Application number: RU2006110777/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Вашковец (RU); Виктор Владимирович Вашковец
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2008-02-10
Also published as: RU2006110777A

Abstract

FIELD: processes for strengthening or restoring surfaces of shaft journals.

SUBSTANCE: method comprises steps of mechanically working surface of shaft journal and applying onto it bonding matter; forming bimetallic envelope in the form of sleeve whose outer surface is made of steel and inner surface is made of antifriction or wear-resistant material; heating bimetallic envelope till temperature no less than that of interaction of said bonding matter with joined surfaces and placing it by tight fit onto shaft journal surface; after cooling of prepared assembled unit removing steel outer surface of bimetallic envelope.

EFFECT: lowered labor consumption, enlarged assortment of bonding matters used according to invention.

Description

Изобретение относится к способам создания рабочих (антифрикционных или износостойких) поверхностей шеек валов или к способам восстановления таких поверхностей и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.The invention relates to methods for creating working (anti-friction or wear-resistant) surfaces of the necks of shafts or to methods for restoring such surfaces and can be used in various branches of engineering.

Известен способ упрочнения или восстановления рабочих поверхностей наплавкой, включающий расплавление теплом сварочной дуги присадочного материала на поверхности наплавляемой детали с последующей кристаллизацией расплавленного металла (Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос, 1981, с.62-96).A known method of hardening or restoration of working surfaces by surfacing, including melting heat of the welding arc of the filler material on the surface of the deposited part, followed by crystallization of the molten metal (EL Volovik, Handbook for the restoration of parts. M .: Kolos, 1981, p. 62-96).

Недостатком данного метода является трудоемкость, энергоемкость и большое термическое влияние на деталь, что снижает ее усталостную прочность вследствие возникновения больших деформаций и напряжений.The disadvantage of this method is the complexity, energy intensity and a large thermal effect on the part, which reduces its fatigue strength due to the occurrence of large deformations and stresses.

В качестве ближайшего аналога выбран способ восстановления изношенных шеек валов, включающий механическую обработку поверхности шейки, нанесение на нее соединяющего вещества, установку оболочки, прижатие ее к поверхности и термическую обработку в процессе взаимодействия соединяющего вещества с сопряженными поверхностями (а.с. №1734957, кл. В23Р 6/00, 1978).As the closest analogue, the method of restoring worn neck of the shafts was selected, including machining the surface of the neck, applying a connecting substance to it, installing a shell, pressing it to the surface and heat treatment during the interaction of the connecting substance with the mating surfaces (AS No. 1734957, class B23P 6/00, 1978).

Недостатком способа является сложность и трудоемкость изготовления оболочек, ограниченный перечень подходящих соединяющих веществ (клеев), а также недостаточная надежность клеевого соединения.The disadvantage of this method is the complexity and complexity of the manufacture of shells, a limited list of suitable bonding agents (adhesives), as well as insufficient reliability of the adhesive bonding.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является снижение трудоемкости, упрощение технологии изготовления оболочек, обеспечение возможности использования в рабочих слоев различных материалов (бронз, твердых сплавов), а также расширение номенклатуры соединяющих веществ, а следовательно, повышение надежности соединения оболочки с упрочняемой или восстанавливаемой поверхностью.The technical problem to which the claimed technical solution is directed is to reduce the complexity, simplify the technology of manufacturing shells, provide the possibility of using various materials (bronzes, hard alloys) in the working layers, as well as expand the range of connecting substances, and therefore, increase the reliability of the connection of the shell with hardened or restored surface.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе упрочнения или восстановления рабочих поверхностей шеек валов, включающем механическую обработку поверхности шейки, нанесение на нее соединяющего вещества, установку оболочки и прижатие ее к поверхности, в отличие от прототипа оболочку выполняют биметаллической в виде втулки, наружную поверхность которой изготавливают из стали, а внутреннюю из антифрикционного или износостойкого материала, затем оболочку нагревают до температуры не ниже температуры взаимодействия соединяющего вещества и устанавливают с натягом на поверхность шейки, а после остывания сборки осуществляют удаление стальной основы биметаллической оболочки.The specified technical problem is solved in that in the method of hardening or restoration of the working surfaces of the journal of the shafts, including machining the surface of the journal, applying a bonding substance to it, installing the shell and pressing it to the surface, in contrast to the prototype, the shell is made bimetallic in the form of a sleeve, the outer surface which is made of steel, and the inside of an antifriction or wear-resistant material, then the shell is heated to a temperature not lower than the interaction temperature of the connecting about the substance and set with an interference fit on the surface of the neck, and after the assembly cools down, the steel base of the bimetallic shell is removed.

Предлагаемый способ значительно упрощает и снижает трудоемкость изготовления оболочек, т.к. изготовление биметаллических втулок, например, методом центробежной наплавки весьма эффективно. Метод позволяет с одной стороны получать биметаллические слои различного состава (бронзы, твердые сплавы, дисперсно-упрочненные материалы и т.п.), а с другой - обеспечивает высокое их качество по сравнению с другими литейными методами. При этом стальная основа, выполняемая, как правило, из дешевой малоуглеродистой стали, выполняет роль бандажа, оказывающего благоприятные сжимающие напряжения на рабочий (антифрикционный или износостойкий) слой после посадки на шейку вала и препятствует его разрушению. Это позволяет наносить на упрочняемые или восстанавливаемые поверхности рабочие слои малой толщины (до 0,5 мм), что обеспечивает экономию дефицитных материалов и повышает их работоспособность. Способ не ограничивает применение различных соединяющих веществ. Это могут быть различные клеевые композиции, как в прототипе, легкоплавкие припои с температурой плавления от 145 до 450°С (ГОСТ 19248-73), среднеплавкие припои с температурой плавления от 450 до 1100°С, материалы, применяемые для диффузионной сварки, и другие.The proposed method greatly simplifies and reduces the complexity of manufacturing shells, because the manufacture of bimetallic bushings, for example, by centrifugal surfacing, is very effective. The method allows on the one hand to obtain bimetallic layers of various compositions (bronzes, hard alloys, dispersion hardened materials, etc.), and on the other hand, provides their high quality compared to other casting methods. In this case, the steel base, which is usually made of cheap mild steel, acts as a bandage that exerts favorable compressive stresses on the working (antifriction or wear-resistant) layer after landing on the shaft neck and prevents its destruction. This makes it possible to apply working layers of small thickness (up to 0.5 mm) on hardened or restored surfaces, which saves scarce materials and increases their performance. The method does not limit the use of various binders. It can be various adhesive compositions, as in the prototype, low-melting solders with a melting point from 145 to 450 ° C (GOST 19248-73), medium-hot solders with a melting point from 450 to 1100 ° C, materials used for diffusion welding, and others .

Способ осуществляется следующим способом.The method is carried out in the following way.

Поверхность шейки вала перед упрочнением или восстановлением обрабатывают механическим способом (точением, шлифованием, зачисткой наждачной шкуркой и т.п.).The surface of the shaft neck before hardening or restoration is treated mechanically (turning, grinding, sanding with sandpaper, etc.).

Изготавливают биметаллическую оболочку методом центробежной индукционной наплавки. Для упрочнения или восстановления шейки вала для получения рабочего слоя высокой износостойкости целесообразно использовать самофлюсующиеся порошки твердых сплавов (ГОСТ 28377-89), предназначенные для газотермического напыления и наплавки, с температурой плавления 850-1150°С. Для создания на шейке вала антифрикционной поверхности (реализация обратной пары трения) используют порошки свинцово-оловянистых бронз. Из стальной трубы точением изготавливают соответствующую заготовку, причем ее длина может быть взята с учетом получения сразу нескольких биметаллических оболочек. Внутрь заготовки помещают порошок или порошковую шихту (порошок, смешанный с флюсом, - для бронзы), герметизируют и устанавливают в центрах центробежной установки. Одновременно с вращением заготовки ее наружную поверхность нагревают высокочастотным генератором до температуры плавления порошка. Затем из биметаллической заготовки изготавливают оболочку требуемого размера и соответствующего натяга по отношению к шейке вала.A bimetallic shell is made by centrifugal induction surfacing. For hardening or restoration of the shaft neck to obtain a working layer of high wear resistance, it is advisable to use self-fluxing powders of hard alloys (GOST 28377-89), designed for thermal spraying and surfacing, with a melting point of 850-1150 ° C. To create an antifriction surface on the neck of the shaft (realization of the reverse friction pair), powders of lead-tin bronzes are used. The corresponding preform is made from a steel pipe by turning, and its length can be taken taking into account the receipt of several bimetallic shells at once. A powder or powder mixture (powder mixed with flux for bronze) is placed inside the preform, sealed and installed in the centers of a centrifugal installation. Simultaneously with the rotation of the workpiece, its outer surface is heated by a high-frequency generator to the melting temperature of the powder. Then, from the bimetallic billet, a shell of the required size and the corresponding interference with respect to the neck of the shaft are made.

На поверхность шейки вала наносится соединяющее вещество, толщина слоя которого не должна превышать 0,03-0,04 мм. Лучшие результаты по качеству и прочности сдвига дает нанесение в качестве соединяющего вещества среднеплавких припоев контактным гальваническим методом (методом электронатирания). Он позволяет наносить размерное покрытие непосредственно на рабочую поверхность шейки с высокой скоростью осаждения. Например, для нанесения припоя из сплава олово-никель (70% Sn, 30% Ni) использовался электролит состава: хлористое олово - 40-50 г/л, хлористый никель - 250-300 г/л, хлористый аммоний - 100-200 г/л, фтористый алюминий - 60 г/л, температура электролита 50-60°С, катодная плотность тока 20-30 А/дм². Хорошие результаты дает также нанесение медных и латунных гальванических припоев. Прочность сдвига у таких среднеплавких припоев превышает 30 МПа.A connecting substance is applied to the surface of the shaft neck, the layer thickness of which should not exceed 0.03-0.04 mm. The best results in terms of quality and shear strength are obtained by applying medium melting solders as a bonding agent by the contact galvanic method (by the method of electrostoring). It allows you to apply a dimensional coating directly on the working surface of the neck with a high deposition rate. For example, to apply tin-nickel alloy solder (70% Sn, 30% Ni), an electrolyte of the composition was used: tin chloride - 40-50 g / l, nickel chloride - 250-300 g / l, ammonium chloride - 100-200 g / l, aluminum fluoride - 60 g / l, electrolyte temperature 50-60 ° C, cathodic current density of 20-30 A / dm ² . The application of copper and brass galvanic solders also gives good results. The shear strength of such medium-melting solders exceeds 30 MPa.

Биметаллическую оболочку нагревают до температуры на 50-100°С выше температуры взаимодействия соединяющего вещества (в частности, расплавления припоя) и насаживают на шейку вала. После остывания сборки стальную основу биметаллической оболочки удаляют механическим способом, а рабочий слой обрабатывают под требуемый размер.The bimetallic shell is heated to a temperature of 50-100 ° C above the temperature of the interaction of the connecting substance (in particular, the melting of the solder) and put on the shaft neck. After the assembly cools down, the steel base of the bimetallic shell is removed mechanically, and the working layer is processed to the required size.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить и снизить трудоемкость изготовления оболочек, расширить номенклатуру материалов для упрочнения и восстановления шеек и соединяющих веществ, а также повысить надежность соединения и работоспособность рабочего слоя.Thus, the proposed method allows to simplify and reduce the complexity of the manufacture of shells, to expand the range of materials for hardening and restoration of the necks and connecting substances, as well as to increase the reliability of the connection and the efficiency of the working layer.

Claims

A method of hardening or restoring the working surfaces of the neck of the shafts, including machining the surface of the neck of the shaft, applying a bonding agent to it, installing the sheath and pressing it to the surface of the neck of the shaft, characterized in that the sheath is made bimetallic in the form of a sleeve, the outer surface of which is made of steel, and the inner one is made of antifriction or wear-resistant material, then the shell is heated not lower than the temperature of the interaction of the connecting substance and installed with an interference fit on the surface shaft necks, and after cooling the resulting assembly, the steel outer surface of the bimetallic shell is removed.