Методы соединения деталей

Соединения бывают неподвижные и подвижные, разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения могут быть разобраны без повреждения сопряженных элементов или крепежных деталей.

Разборка неразъемных соединений вызывает повреждение сопряженных элементов или разрушение крепежных деталей или скрепляющего шва, поэтому она при эксплуатации не предусмотрена. Неподвижные разъемные соединения включают резьбовые, шпоночные и шлицевые, часто выполняемые в сочетании с переходными посадками (глухой, тугой, напряженной, плотной) и с посадкой на конус.

В резьбовых соединениях применяют шпильку, болты, гайку и винты.

Резьбовыми шпильками соединяют две плоские сопрягающиеся поверхности или как непосредственно, так и через прокладки. Сначала ввертывают шпильки в корпусную деталь, причем для ответственных соединений – с гарантированным натягом.

Для ввертывания шпилек при захвате их за резьбовую или гладкую цилиндрическую поверхность применяют ручные ключи (в единичном или серийном производстве) или электро- или пневмошпильковертами с самораскрывающимися головками, а также специальные многошпиндельные установки в массовом производстве. Шпильки должны иметь заданную высоту над плоскостью сопряжения и быть ей перпендикулярны.

В резьбовых соединениях производят предварительную затяжку крепежных деталей, которая должна противодействовать силам, нагружающим соединение. Для ответственных резьбовых соединений задаются предельные значения осевой силы или момента затяжки Для затяжки с заданным моментом применяют как предельные ключи, выключающиеся при достижении заданного момента затяжки, так и динамометрические ключи с указателем момента затяжки.

Гайки и винты при сборке нужно затягивать в определенной последовательности постепенно в два-три приема. Например, гайки, расположенные по окружности, следует затягивать крест-накрест, если их затягивать в произвольном порядке, то может возникнуть коробление или перекос закрепляемой детали.

Для снижения трудоемкости сборки болтовых и винтовых соединений в единичном и мелкосерийном производстве применяют усовершенствованные гаечные ключи: торцовый коловоротный ключ, торцовый ключ, применяемый для работы на открытых участках, торцовый шарнирный ключ и другие.

Для обеспечения заданного момента затяжки гаек применяют тарированные (предельные) и динамометрические ключи.

Для механизации сборки резьбовых соединений в условиях массового и серийного производства применяют электрические ипневматические многошпиндельные инструменты.

Шпоночные соединения бывают с призматическими, сегментными и клиновыми шпонки. Между призматическими или сегментными шпонками, запрессованными в паз вала, и дном паза, охватывающей детали оставляют зазор для обеспечения центрирования охватывающей детали.

Неподвижные шлицевые соединения бывают туго-разъемные и легкоразъемные в зависимости от применяемой посадки центрирующих элементов. Для получения тугоразъемных соединенияй необходимо нагревать охватывающую деталь до 80–120°С, а после напрессовки проверять её биение в контрольном приспособлении. Для получения легкоразъемных соединений осуществляют небольшой натяг охватывающей детали под действием небольшой силы с последующим контролем биения и её посадки на валу.

Неподвижные конические соединения обеспечивают хорошее центрирование, поэтому часто применяются вместо цилиндрических. Плотность посадки осуществляют затяжкой или напрессовкой охватывающей детали на охватываемую. Для сборки соединения необходимо подобрать охватывающую деталь по конусу вала. Проверяют качество соединения по отсутствию зазора по краске, а также глубине посадки охватывающего конуса.

В штифтовых соединениях применяют конические и цилиндрические штифты в качестве установочного и соединительного элемента, координирующего взаимное положение сопрягаемых деталей. Сверление и развертывание отверстия под конический штифт следует производить при сборке соединения.

Неподвижные неразъемные соединения включают соединения, выполненные с гарантированным натягом, развальцовкой, клепкой, сваркой, пайкой и склеиванием.

Соединения с гарантированным натягом осуществляют путем теплового воздействия на сопрягаемые детали или на прессах. Натяг в прессовых соединениях определяет силу запрессовки и способность выдерживать передаваемые нагрузки. Для обеспечения хорошего натяга шероховатость поса­дочных поверхностей сопрягаемых деталей рекомендуется назначать в пределах Ra = 2, 5¸ 0, 63 мкм. При посадке небольших штифтов, клиньев, шпонок и заглушек запрессовку деталей производят ударами ручника. При большей силе запрессовки применяют разнообразные прессы: реечно-рычажные (усилием 1000–1500 кгс), винтовые ручные (усилием 2000 кгс), пневматические (усилием 3000–5000 кгс) и другие.

Контроль качества соединений с гарантированным натягом производят по силе запрессовки.

Так как микронеровности не сглаживаются, то при сборке с тепловым воздействием прочность соединения повышается в 1, 5–2, 5 раза по сравнению со сборкой на прессе. Тепловые посадки целесообразно применять для тонкостенных охлаждаемых деталей, а также при больших диаметрах и незначительной длине сопряжения (бандажи колес, зубчатые венцы). Нагрев деталей небольших и средних размеров производят в масляных или водяных ваннах. А у крупногабаритных деталей (станины, щиты электродвигателей) нагревают только участок, примыкающий к посадочному отверстию индуктором ТВЧ и газовым пламенем. В зависимости от требуемого натяга температура нагрева колеблется в пределах 75–400°С. Интенсивность нагрева и время устанавливают опытным путем.

Охлаждение применяют для крупногабаритных охватываемых деталей, т.к. нагрев в этих случаях затруднен. Охлаждение не изменяет исходную структуру и механические свойства металла. Охлаждение производят в ванне, содержащей денатурированный спирт и сухой лед (температура –78, 5°С) или в жидком азоте (температура –195, 8°С)

Развальцовыванием осуществляют сборку герметичных неразъемных соединений путем увеличения диаметра полой охватываемой детали, на которую воздействует действие давления, создаваемое вращающимся роликовым инструментом. Развальцовывание производят на специальных станках и установках, токарно-револьверных и станках сверлильных, а также вручную со скоростью 15–20 м/мин.

С помощью отбортовки – получают неразъемное прочное соединение деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям. Выступающий торец охватываемой детали отбортовывают в радиальном направлении специальной вращающейся вальцовкой или на прессе.

Клепка применяется для прочного и герметичного соединения при сборке деталей из разнородных материалов (сталь — чугун, металл — пластмасса), сварка и пайка которых затруднена, а склеивание не обеспечивает нужной прочности, а также когда нагрев соединяемых деталей нежелателен. В клепиных соединениях применяют стандартные заклепки с головками различного вида и специальные (пустотелые, трубчатые). Клепку выполняют в горячем и холодном состояниях ударами пневматическими клепальными молотками или под прессом.

Сварка подробно изучается для инженеров-менеджеров и бакалавров по управлению качеством в дисциплине «Средства технологического оснащения» и «Физико-химические основы технологических процессов производства изделий», а для экономистов-менеджеров и бакалавров производственного менеджмента в машиностроении в дисциплине «Технология машиностроения». Сборка под сварку предусматривают правильное положение соединяемых деталей, контролируемое выверкой или установкой в приспособлении и их временное скрепление.

Здесь рассмотрены следующие виды сварки: плазменная, диффузная.

Плазменную сварку выполняют сварочной головкой-плазматроном, которая может быть применена и для резки. Эта сварка может производиться дистанционно и без вакуума и по качеству не уступает электронно-лучевой.

Диффузионная сварка в вакууме позволяет соединять не только металлы, но и металлы с керамикой, а также керамические материалы. Ее преимуществами являются небольшая сила прижатия соединяемых деталей низкая, температура, а также отсутствие их окисления.

При соединении металлических деталей пайкой в зазор между нагретыми элементами вводят расплавленный припой, который смачивает их поверхности и скрепляет соединяемые элементы после охлаждения и затвердевания.

Для пайки применяют твердые (на серебряной, медной и никелевой основах) и мягкие (оловянно-свинцовистые) припои. Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 400°С, а твердые выше 550°С.

При пайке используют различные флюсы, состав которых зависит от материала соединяемых деталей, припоя и метода пайки.

В единичном и мелкосерийном производстве нагрев при пайке осуществляют термическим контактом (паяльником) и газовой горелкой; в крупносерийном и массовом производстве – в ваннах, газовых и электропечах.

Склеиванием соединяют детали из разнородных материалов, обеспечивают герметичность и коррозионную стойкость деталей в местах соединения, уменьшают массу изделий, снижают себестоимость изделий.

В клеевых соединениях по сравнению со сварными, паяными и клепаными соединениями напряжения распределены равномерно и не вызывают их коробления. Клеевые соединения хорошо работают на равномерный отрыв, сдвиг и переносят динамические и переменные нагрузки. Основные недостатки клеевых соединений: склонность к ползучести при длительном действии больших статических нагрузок, их незначительная тепловая стойкость (для большинства клеев она не превышает 100°С), а также длительная выдержка при полимеризации.

Можно выделить четыре основные группы клеев.

1. С помощью к леев на основе эпоксидных смол холодные и горячие соединения керамики, металлов, пластмасс, древесины и других материалов. Для получения клеев для холодного отверждения применяют смолы ЭД5 или ЭД6 (100 вес. ч.) и отвердитель полиэтиленполиамида (8–10 вес. ч.) или кубовый остаток гексаметилендиамина (20 вес. ч.). Так как жизнестойкость этих клеев составляет 30–40 мин, то их приготавливают перед употреблением.

В клеях горячего отверждения к смоле добавляют отвердитель – малеиновый ангидрид (40 вес. ч.). Клеи горячего отверждения отверждения в отличие от клеев холодного отвердения можно хранить длительное время в закрытой посуде.

2. Клеи на основе фенольных смол модифицируют различными составами. Клеи типа БФ поставляют в готовом виде без последующего введения отвердителя.

Клеи на основе фенольных смол, модифицированные органическими полимерами и кремнийорганическими соединениями и фенольнокаучуковые клеи отличаются высокой теплостойкостью. Полиуретановые клеи имеют высокую теплостойкость и такую же прочность, как и у клеев БФ.

4. Специальные клеи обладают повышенной теплостойкостью и прочностью.

При склеивании сопрягаемые поверхности деталей очищают, обезжиривают и когда обрабатывают для получения шероховатости, обеспечивающей лучшее удержание клея. Кроме клеевых соединений применяют комбинированные соединения: клеесварные и клеезаклепочные.

 

Контрольные вопросы

1. Каковы общие рекомендации по выбору метода получения заготовок?

2. Как выбрать метод получения отливок?

3. Как выбрать метод получения поковок?

4. Как выбрать методы получения заготовок из прока, из гнутых профилей и комбинированных заготовок?

5. Какие вы знаете методы получения металлокерамических деталей?

6. Какие вы знаете методы получения пластмассовых деталей?

7. Охарактеризуйте методы предварительной обработки заготовок.

8. Какие вы знаете методы обработки заготовок поверхностным пластическим деформированием?

9. Какие вы знаете методы черновой обработки наружных цилиндрических поверхностей?

10. Какие вы знаете методы чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей?

11. Какие вы знаете методы отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей?

12. Какие вы знаете методы черновой обработки внутренних цилиндрических поверхностей?

13. Какие вы знаете методы чистовой обработки внутренних цилиндрических поверхностей?

14. Какие вы знаете методы отделочной обработки внутренних цилиндрических поверхностей?

15. Какие вы знаете черновые методы обработки плоскостей?

16. Какие вы знаете чистовые методы обработки плоскостей?

17. Какие вы знаете отделочные методы обработки плоскостей?

18. Какие вы знаете методы получения фасонных поверхностей копированием режущей кромки инструмента?

19. Какие вы знаете методы получения фасонных поверхностей перемещением инструмента по сложной траектории?

20. Какие вы знаете методы обработки резьбовых поверхностей лезвийным инструментом?

21. Какие вы знаете методы обработки резьбовых поверхностей абразивным инструментом?

22. Какие вы знаете методы обработки резьбовых поверхностей методами ХППД?

23. Какие вы знаете методы обработки шпоночных пазов?

24. Какие вы знаете методы обработки шлицевых поверхностей?

25. Какие вы знаете методы обработки цилиндрических зубчатых поверхностей методом копирования?

26. Какие вы знаете методы обработки цилиндрических зубчатых поверхностей методом обкатки?

27. Какие вы знаете методы нанесения лакокрасочных покрытий?

28. Какие вы знаете методы нанесения покрытий гальваническим и другими способами?

29. Какие вы знаете методы получения покрытий металлизацией, пластмассами и консервацией?

30. Какие вы знаете методы пригонки деталей при сборке?

31. Какие вы знаете методы получения резьбовых соединений деталей?

32. Какие вы знаете методы получения шпоночных, шлицевых, штифтовых, неподвижных конических соединений и соединений с гарантированным натягом?

33. Какие вы знаете методы получения соединения деталей развальцовыванием, отбортовкой?

34. Какие вы знаете методы получения соединений деталей сваркой, пайкой и склеиванием?