Техника - молодёжи 1982-03, страница 29

КАК СКЛЕИТЬ КОЛЕНВАЛ?

ВЛАДИМИР ГОЛОВАЧЕВ, кандидат технических наук, Ленинград

Коленчатый вал — важная деталь многих механизмов и машин. Обычно его изготавливают из цилиндрической стальной заготовки горячей ковкой с помощью кузнеч-но-прессового оборудования. Однако этот технологический процесс сложен и длителен. И чем крупнее вал, тем сложнее работа над ним, тем мощнее требуется прессовое оборудование и комплект ковочных штампов.

А что, если, исключив ковку, делать вал составным, из деталей, выполненных отдельно? Но тогда возникает проблема надежного соединения составных частей. Пайка не гарантирует высокой прочности крупногабаритных валов при больших нагрузках. Неприемлема для этой цели и сварка плавлением: при нарушении структуры материала в районе шва опять-таки понижается прочность соединяемых частей. Кстати, по этой причине зачастую невозможно восстановить поломанные валы, особенно если трещина арошла вблизи колена.

И все же, как выяснилось, есть способ надежно соединить пять (и даже более) заготовок в единое и очень прочное целое. Две из них, из легированной стали, предназначаются для колен, испытывающих при работе особо сильную нагрузку. Эти заготовки имеют прямоугольное сечение. Цилиндрические части — левую и правую концевые и основную среднюю — делают из обычной конструкционной стали.

Прочное соединение достигается благодаря сплавам, обеспечивающим взаимную диффузию атомов их компонентов и соединенных частей. На это способны сплавы ГПФ, ГФ, ГФК — они названы по первым буквам фамилий авторов — А. Го-

вернисаж изобретений

ловачева, Н. Петропавловского, М. Фоминского и Н. Комарова. Такие сплавы применяют в промышленности при изготовлении составного режущего инструмента.

Прежде чем приступить к сборке вала, на его левой и правой концевых и с двух сторон основной средней части вытачивают посадочные цилиндрические поверхности. В заготовках коленных частей высверливают сквозные отверстия такого же диаметра, которые затем растачивают. В полученные таким образом внутренние полости (камеры) помещают соединительный сплав. В центре камеры с одной стороны просверливают тонкое вентиляционное отверстие, необходимое для выхода газов во время нагрева.

Сборка одного колена вала представлена на рисунке 1. В отверстие заготовки коленной части, расположенной горизонтально, вставляют левую концевую часть и фиксируют это положение цилиндрическим штифтом. В камеру вводят сплав в виде смеси стружки с бурой из расчета 0,3 г на 1 см² соединяемой поверхности. Избыток сплава при нагреве выйдет наружу и покроет поверхность цилиндрических частей. Затем в заготовку с другой стороны вставляют среднюю цилиндрическую часть вала и также фиксируют ее штифтом. Сборка окончена. Деталь вентиляционным отверстием кверху помещают в печь и нагревают до 1100° С.

Обладающий хорошей текучестью сплав проникает во все точки соединения, а при достижении определенной температуры начинается интенсивная диффузия его компонентов в соединяемые металлы. А в зоне шва происходит даже растворение стали в жидком сплаве, что приводит к дополнительному ее легированию.

При последующей механической обработке удаляют лишний металл, включая и то место, где находилась камера со сплавом, — она свое назначение выполнила.

Как видим, диффузионное соединение сплавом обходится без внешнего давления на контактирующие поверхности, без вакуума или газозащитной среды, не нужны и ковочные штампы. В результате сокращения срока работы и экономии легированной стали стоимость сборных биметаллических валов по сравнению с цельноковаными уменьшается в 2,6 раза. С учетом изготовления комплекта штампов кованый вал делают 4 месяца, а два биметаллических с диаметром рабочей шейки 110 мм — всего за семь дней!

Таким же способом можно изготовлять и чинить более сложные коленчатые валы с несколькими ра-» бочими шейками.

СБОРКА УЗАА КОЛЕННОГО ДАЛА ПЕРЕД ПАЙК01

Фото в заголовке:

Поломанный двухколенчатый вал гильотинных пресс-ножниц. Длина вала 3 м, диаметр рабочей шейки 105 мм. Рядом — тот же вал, восстановленный из отдельных частей с помощью соединительного сплава.

Рис. 1. Изготовление колена с двумя рабочими шейками. Цифрами обозначены: 1 — концевая цилиндрическая часть, 2 — заготовка коленной части из легированной стали, 3 -— посадочное отверстие, 4—отверстие Для посадочного штифн та, 5 — камера для сплава, 6 — фиксирующий штифт, 7 — вентиляционное отверстие.

Рис. 2. Операция нагрева узла в печи.

Рис. 3. Коленная часть вала после механической обработки. Внешне не отличается от выполненной методом ковки.

Два биметаллических вала длиной 4,5 м, весом 0,5 т каждый и диаметром рабочей шейки 110 мм после сборки (фото внизу).