В ПГУ нашли новый способ герметизации соединяемых деталей для машиностроения
Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета нашли новое техническое решение по герметизации неразъемных соединений. Разработка может быть использована предприятиями машиностроения, приборостроения, авиационной промышленностью. Предложение усовершенствует узлы гидроаппаратуры, входящие в состав датчиков измерения давления, заклепочные соединения в авиации, направляющие втулки двигателей внутреннего сгорания и другие. В разработке заинтересован крупный машиностроительный завод Пензы. Ноу-хау позволит упростить технологии сборки деталей, особенно при автоматической. Кроме того, снизит их себестоимость и упростит производство некоторых составляющих. Об этом сообщило ТАСС.
В различных отраслях машиностроении повсеместно используются неподвижные соединения. Они обеспечивают неизменное положение собираемых деталей и узлов друг относительно друга.
Один из разработчиков способа Николай Курносов пояснил, такие соединения видел каждый, использовал их, не задумываясь о их получении.
Это неразъемные соединения, которые можно разобрать только после их полного или частичного разрушения. К ним относятся заклепочные, сварные, клеевые, а также неразъемные соединения с натягом. Например, соединение оси с колесами железнодорожного транспорта.
«Такой тип соединения широко используется абсолютно во всех сферах, начиная с соединения водопроводных труб и заканчивая заклепочными соединениями в авиастроении. Основное требование к неподвижным соединениям — прочность крепления», — поделился Николай Курносов.
Он добавил, в автомобильной промышленности, авиастроении зачастую к таким соединениям предъявляется дополнительное требование — герметичность. Это, к примеру, необходимо в различных узлах, входящих в состав датчиков измерения давления, направляющих втулок блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания и других.
«В таких конструкциях прибегают к соединению с натягом. Применение других видов соединений неприемлемо», — сказал Николай Курносов.
Поясним. Соединение с натягом — это особый вид соединения деталей между собой с натягом (диаметр вала больше диаметра втулки).
«Втулка расширяется, а вал сжимается, создавая давление. После сборки вала и отверстия благодаря упругим и пластическим деформациям получается неподвижное соединение. Простыми словами говоря, вал сжимается, отверстие растягивается. Сила упругости скрепляет детали», — рассказал Николай Курносов.
В настоящее время такие соединения собирают несколькими способами: прессованием, нагревом и охлаждением. Они имеют свои недостатки. При нагреве для сборки деталей требуется большой расход электроэнергии. Это накладывает на производителя дополнительные расходы. И в итоге сказывается на цене конечного продукта. Кроме того, в процессе нагрева и охлаждения существует риск получения производственных травм у работников.
«При охлаждении приходится работать с азотом. Всем известно, его температура при разных состояниях опускается до критически низких показателей», — добавил Курносов.
При сборке под воздействием пресса, по словам ученого, не всегда удается достичь нужной герметичности. Это накладывает другие трудности — усложняется технология, используются дополнительные элементы.
Научный коллектив ПГУ — д-р техн. наук, профессор кафедры «Транспортные машины» Николай Курносов, старший преподаватель кафедры «Транспортные машины» Юлия Накашидзе, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Теоретическая и прикладная механика и графика» Александр Муйземнек, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технологии и оборудование машиностроения» Сергей Нестеров, студент Политехнического института Алексей Федоренко — предложил новый способ запрессовки таких деталей. Он упростит технологию сборки соединения, снизит его себестоимость и повысит их герметичность.
Ученые предлагают на финишной обработке вала срезать материал по всей поверхности, оставляя по три полукруглых выступа с каждой стороны. Способ можно реализовать с помощью станка с ЧПУ.
«Мы незначительно изменяем поверхность вала. Делаем на ней определенные выступы. Опытным путем установили их параметры, шесть выступов — по три с каждой стороны», — рассказала Юлия Накашидзе.
Деталь собирается под действием пресса. Благодаря пластической деформации выступов поверхностный слой изменяется и заполняет пустоты. Так удается достичь и прочность соединения, и его герметичность.
В ПГУ вывели зависимость, по которой для используемого материала можно рассчитать оптимальную высоту выступов, их количество и расстояние между ними. Это делает разработку универсальной.
«Натяг между соединяемыми деталями составляет считанные микрометры. Поэтому разница между диаметрами вала и втулки не должна быть ни большой, ни маленькой. Иначе их просто нельзя будет собрать. Вал или выпадает, или „не помещается”. Диаметры можно увеличить только в определенных пределах», — добавила Юлия Никашидзе.
Такое предложение сэкономит на производстве деталей с соединением с натягом. Не нужно прибегать к дополнительным манипуляциям для обеспечения герметичности. Например, использовать клеи, компаунды, силиконовые герметики. Это лишние траты на расходный материал, сложность технологического процесса.
«Будущую герметичность мы закладываем во время изготовления детали, то есть осуществляем формообразование. Мы обеспечим герметичность. И для этого не нужно автоматизации и больших усилий для запрессовки», — добавила Юлия Накашидзе.
По словам ученых, инновационный способ найдет свое применение в различных отраслях машиностроения.
В Пензе готовы предложить российской промышленности выигрышное предложение. На базе лаборатории «Транспортные машины» ПГУ создали стенд и проверили более 30 образцов из стали, чугуна разных марок, бронзы. Их финишная обработка выполнена по предлагаемому техническому решению. Все экземпляры выдержали давление воздуха в 10 атмосфер — стандарт ГОСТа по герметичности.
В настоящее время исследователи сотрудничают с крупным пензенским предприятием. Предполагается, что в ближайшее время по новой технологии будут собираться направляющие втулки блоков цилиндров внутреннего сгорания.
«Наше техническое решение можно использовать в различных отраслях: для производства датчиков измерения, заклепочных соединений, направляющих втулок, гидрораспределителей», — уверен Николай Курносов.
Исследование продолжается. Способ запатентован и готов к внедрению в промышленный сектор России.