Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к области соединения металлических деталей и может быть использовано в авиастроении, судостроении и других отраслях машиностроения.

Известен способ получения соединения деталей, из которых одна является базовой, а вторая - сопрягаемой деталью с предварительно сформированным отверстием, включающий образование соединения базовой и сопрягаемой деталей с помощью стержня заклепки, получаемого путем заполнения отверстия сопрягаемой детали расплавленным присадочным металлом. Стержень заклепки имеет замыкающую головку в виде наплыва присадочного металла, сплавленного с поверхностью металла над отверстием детали (см. патент РФ №2375161, МПК B23K 9/173).

Способ имеет ограниченное применение из-за высокой трудоемкости и возможности получения качественного соединения деталей только из однородных металлов, так как заполнение отверстия сопрягаемой детали осуществляют присадочным металлом в расплавленном состоянии.

Известен способ получения соединения деталей, при котором для крепления сопрягаемой детали с отверстием в базовой детали также формируют отверстие, в котором размещают стержень заклепки и приваривают его к базовой детали, затем на стержне монтируют сопрягаемую деталь с отверстием (см. заявка ФРГ №4125748, МПК В23K 9/20).

Недостатками известного способа являются: ограниченность применения и высокая трудоемкость изготовления. Ограниченность применения связана с тем, что при образовании сварного соединения с жесткой деталью возникают дефекты в виде трещин. Этот способ можно применять только для малоответственных конструкций.

Технической задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей способа и снижение трудоемкости изготовления соединения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения соединения деталей, одна из которых является базовой, а вторая - сопрягаемой деталью с предварительно сформированным отверстием, включающем образование жесткого соединения одной из деталей со стержнем заклепки, монтаж на нем второй детали с отверстием и формирование на стержне замыкающей головки, первоначально из базовой детали образуют стержень путем локального фрикционного нагрева поверхностного слоя с помощью вращающегося инструмента с обеспечением генерирования тепла трения и создания пластифицированной зоны, перемещение пластифицированного металла во внутреннюю полость инструмента, затем на образованный стержень, устанавливают сопрягаемую деталь и на выступающей части стержня формируют замыкающую головку воздействием вращающегося инструмента на него до образования пластифицированной зоны, после чего вращение прекращают, увеличивают давление и осуществляют осадку.

При осуществлении способа используется инструмент из термостойкого материала, например твердого сплава или керамики. Инструмент выполнен в виде втулки, соотношение наружного D и внутреннего d диаметров которой определяется из соотношения: (8-12)≥D/d≥(Н/h_m+1)^0,5, где H - высота стержня; h_m - максимально допустимая глубина выдавливаемого поверхностного слоя.

Параметры инструмента обеспечивают течение металла в его центральную полость и не вызывают недопустимого ослабления базовой детали. Слишком большое отношение D/d (более 8-12) вызывает увеличение сопротивлению течению металла в центральную зону и снижает стойкость инструмента. Максимально допустимая глубина выдавливаемого поверхностного слоя зависит от механических свойств материала и толщины базовой детали и определяется из условия прочности. Для деталей средней толщины из конструкционной стали:

h_m(0,1…0,2)δ,

где δ - толщина базовой детали.

Применение инструмента при соотношении наружного и внутреннего диаметров более 8-12 создает значительное сопротивление при выдавливании пластифицированного металла в центральное отверстие и не обеспечивает формирование стержня. Применение инструмента при соотношении наружного и внутреннего диаметров менее (Н/h_m+1)^0,5 (где H - высота стержня; h_m - максимально допустимая глубина выдавливаемого поверхностного слоя) приводит к недопустимому ослаблению базовой детали.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана стадия фрикционного нагрева поверхностного слоя базовой детали; на фиг.2 - заключительная стадия образования соединения после установки сопрягаемой детали.

Способ осуществляется в следующей последовательности: к поверхности базовой детали 1 (фиг.1) подводят вращающийся инструмент 2 с центральным отверстием 3 и создают контактное давление, которое обеспечивает интенсивный нагрев поверхностного слоя базовой детали до температуры размягчения, перемещение пластифицированного металла в центральную полость инструмента 3 и формирование в ней путем обратного выдавливания стержня заклепки 4, на который затем (фиг.2) устанавливают сопрягаемую деталь 5 и формируют замыкающую головку 6. При этом осуществляют фрикционный нагрев концевой части стержня вращающимся инструментом 7, затем вращение инструмента прекращают, а осевое давление увеличивают и путем осадки формируют замыкающую головку.

Режимы формирования обеспечивают эффективный локальный нагрев металла.

Пример реализации. Базовая деталь изготавливалась из рельсовой стали толщиной 20 мм, вторая деталь толщиной 6 мм с отверстием 11 мм была изготовлена из стали 20. Инструмент выполнен в виде втулки при соотношении наружного и внутреннего диаметров 2,5. Угловая скорость инструмента составила 234 с¹, контактное давление 24 МПа. Диаметр и высота стержня составляли 10 мм, а толщина выдавливаемого слоя около 2 мм. Затем на стержне устанавливали деталь с отверстием и при угловой скорости около 300 с¹ производили фрикционный нагрев и последующее формирование замыкающей головки. Дефекты в полученном соединении отсутствовали.

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет уменьшить трудоемкость и исключить дефекты, которые имеют место в зоне сварного соединения. Формирование стержня из материала базовой детали позволяет исключить сверление отверстий в базовой детали, изготовление и крепление дополнительных крепежных элементов. Это позволяет повысить надежность и снизить затраты на выполнение соединения.