Способ получения составных изделий

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11)

\ (s()s В 22 F 3/14, 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КО)1ИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР е л

Т 1

4« т; кк1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731427/02 (22} 16.06.89 (46) 23.11.91. Бюл. N 43 (71) Белорусское республиканское научно"производственное объединение порошковой металлургии (72) Е.С.Севастьянов, В.И.Мехед. П.Н.Киреев, И.А.Белько, Е.Д.Авербух, К.И.Масалбв, . С.П.Горбач i7i Ю.С.Нистратов (53) 621.762. 8(088. 8) (56) Патент США N. 4539197, кл. В 22 F 3/00, 1985, Авторское свидетельство СССР

N. 1407675, кл. B 22 F 3/00, 1987, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОСТАВНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

{57) Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в автомобильной и тракторной промышленности при изготовлении составных изделий типа вал-шестерня. Цель — стабилизация размеров зубчатого венца и увеличение прочности на сдвиг соединяемых деталей составного изделия. Изобретение осущестИзобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в автомобильной и тракторной промышленности при изготовлении составных изделий типа вал-шестерня.

Цель изобретения — стабилизация размеров зубчатого венца и увеличение прочности на сдвиг соединяемых частей составного изделия. . Ha чертеже изображена схема повторного прессования ео второй пресс-форме. вляют следующим образом. Смешивают шихту, содержащую 0,3% карандашного графита ГК-2, 0,5% стеарита цинка, низколегированный железный порошок ПЖН

4Д2М вЂ” остальное, и прессуют в первой пресс-форме зубчатый венец при давлении

500 МПа. Получают заготовку плотностью

85%. Зазормежду венцом и валом получают

3а счет изменения внутреннего диаметра венца при его прессовании. Собирают составное изделие из венца и вала, выполненного из материала сталь 45 с нанесенным на его поверхности сетчатым рифлением по мосту соединения с венцом; помещают его во вторую пресс-форму, допрессовывают при давлении 950 — 1050 МПа, а затем спекают. Расчет минимальной величины зазора между венцом и валом перед повторным прессованием ведут по формуле Ь= О/4{1- ехрг-(0,05-0,06)j), где Р— внутренний диаметр отверстия венца s сопряжении с валом. 1 ил., 1 табл.

Сущность изобретения заключается в следующем. На компактный вал по месту будущего соединения механическим спосо- © бом на токарном станке наносят сетчатое рифлеиие 1,0 (ГОСТ 21474-751. к1з порошке- ) вой смеси прессуют заготовку зубчатого ь венца 1. Собирают вал и венец с определенным зазором и помещают их во вторую пресс-форму, Вал с сетчатым рифлением 2 по месту будущего соединения cny:;êèò центральным стержнем 8 процессе доуплотнения, что явr

Х

1692738

/ ляется гарантией соосности двух частей композиционного изделия.

При деформации такой заготовки внутренняя цилиндрическая поверхность венца из-за наличия зазора свободна, а торцовые поверхности вследствие соприкасания с рабочим инструментом 3 испытыва1от тормо зящее действие сил контактного трения, из-за чего деформация зубчатого венца происходит неравномерно. В процессе свободной осадки цилиндрическая внутренняя поверхность прессовки принимает бочкообразную форму и материал прессовки",встречается" с валом сначала в средней части накатанной поверхности, заполняя при этом впадины сетчатого рифления. В процессе дальнейшего доуплотнения зона контакта расширяется в обе стороны до тех пор, пока в контакт с валом не вступит вся внутренняя поверхность прессовки зубчатого венца. В результате получают механическое соединение между венцом и валом, которое . осуществляется посредством выступов на валу и соответствующих впадин.в отверстии венца.

После выпрессовки композиционного изделия из пресс-формы в результате упругого последействия материал венца в отличие от вала расширяется как в поперечном, так и в осевом направлениях. При этом возникает некоторое рассогласование в "ша. гах (параметрах рифления на вале и венце), а результате чего венец заклинивается на вале и сохраняет соосность с ним s течение всего процесса спекания.

Давление прессования во второй прессформе должно быть в пределах 950 — 1050

МПа.

При более низких давлениях не происходит полного заполнения впадин сетчатого рифления, что снижает прочность соединения вала и венца. Кроме того, при давлении ниже 950 МПа не достигается максимально возможная технологическая плотность венца, что впоследствии при спекании даст больший процентусадки, а значит, не будет обеспечена необходимая точность изделия.

Превышение давления сверх 1050 МПа (при этом заполнены уже все впадины на валу и венец деформируется в условиях двухстороннего сжатия) работа прессования расходуется в основном на преодоление сил трения с боковой поверхностью матрицы, центрального стержня и на работу упругой реформации, поэтому повышать давление выше 1050 МПа не имеет смысла.

Величину зазора между прессовкой и валом рассчитывают по уравнению. полученному эмпирически;-1 путем:

55 (= — (1 - ехр(- (0,05-0,0б) ) ) ()

D где D — внутренний диаметр отверстия венца.

Если зазор между прессоякой и валом выбирается меньше значения, вычисленного из уравнения (1), то при нагружении еще на стадии упругой деформации за счет поперечного упругого расширения прессовки этот зазор "выбирается" и прессовка еще до начала пластического течения заклинивается между пресс-формой и валом по всей высоте прессовки, На следующей — пластической стадии деформирования — силы контактного трения, возникающие между валом с сетчатым рифлением и прессовкой будут тормозить течение материала, препятствовать уплотнению материала прессовки у вала и заполнению впадин сетчатого рифления, что приводит к снижению прочности соеди не н ия на сдвиг.

Если зазор больше значения, полученного по уравнению (1), то вследствие разрушения прессовки в процессе ее свободной осадки и разуплотнения конечная плотность изделий уменьшается, в процессе спекания возможно нарушение соосности вала и венца. что в результате дает уменьшение aces. и снижение точности получаемого изделия.

Способ осуществляют следующим обра-. зом.

-Из приготовленной шихты прессуют порошковые заготовки зубчатого венца плотностью 85, на аал из стального проката на токарном станке наносят сетчатое рифление. собирают композиционное иэделие из порошкового венца и вала, во второй прессформе дополнительно уплотняют порошковый венец давлением 950 — 1050 МПа, спекают в дис.аммиаке при 1140 С в течение 2 ч.

Пример. Изготовление детали шестерня ведомая для гидронасоса НШ32У.

Смешивали шихту из порошков карандашнога графита ГК-2 — 0,3, стеррата цинка — 0,5%. низколегированный железный порошок ПНЖ 4Д2М вЂ” остальное, прессовали в первой пресс-форме зубчатые венцы при давлении 500 МПа (85% плотности).

Различную величину зазора между венцом и валам получали за счет разного внутреннего диаметра венца путем прессования с центральными стержнями различного диаметра в первой пресс-форме. Собирали композиционное изделие из порошкового венца и вала (сталь 45) с сетчатым рифлением по месту будущего соединения, помещали его ео вторую пресс-форму и

1692738

Величина

Точность размеров композиционного изделия

Способ получе иия

Удельное усилие сдвига, МПа авление овторног рессования, МПа зазора

Г,мм

Степень точности зменение лины сбей норман, мм

Осево бие ни

Тор цо вое биение венца, мм венца, мм

1 (из- . вестный)

2. 800

3 950

4 JOC0

5, 1050

6 1150

7 looo

8 1000

9 - 1000

10 1000

0,30 о,28

0 05

0,05

0,05

0,05 о,15

0,о6

0,05

0,25

0,10

0,о8

О, 05

0,03

0,03

0,05

0,08

0,05

0,05

0,10

0,15

О,10

0,07

o,î7

0,07

0,07

0,10

0,07

0,07

0 135

11

9 ,. 9

9

11 . 9

11

0,07

0 35 о 35

0,35

0 35

0 35

0,20

0,30

0,40

0,50,1 20

38о

386

Зь5

232

282

364

180 допрессовывали при различных давлениях (800, 950, 1000, 1050, 1150 МПа). Полученные таким образом композиционные иэделия спекали в диссоциированном аммиаке при 1140 С в течение 2 ч.

Проведенные технологические режимы по предлагаемому и известному способам, а также полученные результаты представлены в таблице.

Из данных этой таблицы видно, что 9 классу точности соответствуют композиционные изделия, полученные по режимам 3— б и 9, (Рпр = 950-1050 МПа, д= 0,30-0,40 мм), при этом они имеют самую высокую прочность соединения. осдв = 380 — 386 МПа. Как показал металлографический анализ притаких условиях доуплотнения, когда сопрягаемые части детали находятся в очень близком контакте в процессе спекания, происходит активное диффузионное взаимодействие материала венца и вала, образуется диффузионная эона. Наличие механического зацепления и диффузионного взаимодействия двух составных частей детали дает значительное повышение прочности на сдвиг по сравнению с известным способом.

По сравнению с шестерней, изготовленной по известному способу, у которой осевое биение равно 0,15 мм(это соответствует

11 классу точности), изменение длины общей нормали в два раза превышает допуск на этот размер по чертежу (0,15 мм) и (Услв. = 120 МПа, предлагаемый способ позволяет получать детали 9 степени точно5 сти и увеличить предел прочности на сдвиг в 3,2 раза.

Кроме того, предлагаемый способ прост в исполнении, гарантирует 100;4 точность готовых деталей после спекания, применим

10 для материалов с различной степенью усадки, а также для материалов различного состава.

Формула изобретения

Способ получения составных изделий, 15 преимущественно типа вал-шестерня с зубчатым венцом из порошкового материала, включающий приготовление шихты, прессование охватывающей детали, сборку охватывающей и охватываемой деталей с

20 зазором и последующее спекание, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью стабилизации размеров зубчатого венца и увеличения прочности на сдвиг соединяемых деталей, зазор рассчитывают по фор25 муле д= О/4 {1 - expt- (0,05 — 0,06))}. где 0 — внутренний диаметр отверстия венца, на сопрягаемую поверхность вала наносят сетчатое рифление, а перед спеканием проводят повторное прессование зубча30 того венца давлением 950 — 1050 МПа.

1692738

Составитель Н. Тумин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор 3.Лончакова

Редактор E. Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4036 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5