Что такое неразъемные соединения
Виды соединений деталей. Резьбы, допуски и посадки
Виды соединений деталей
За долгие века своего развития человечество придумало множество способов соединения деталей. Деталью договоримся называть некий материальный объект, входящий в соединение, который не может быть разделен на более мелкие объекты. Соединение нескольких деталей условимся называть узлом, а совокупность узлов, способных при соединении выполнять определенные действия – механизмом.
Принято различать соединения деталей подвижные и неподвижные, В подвижных соединениях детали движутся друг относительно друга, а в неподвижных жестко скреплены друг с другом. Каждый из этих двух типов соединений подразделяют на две основные группы: разъемные и неразъемные.
Разъемными называются такие соединения, которые позволяют производить многократную сборку и разборку сборочной единицы без повреждения деталей. К разъемным неподвижным соединениям относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, профильные, клеммовые.
Неразъемными называются такие соединения, которые могут быть разобраны лишь путем разрушения. Неразъемные неподвижные соединения осуществляются механическим путем (запрессовкой, склепыванием, загибкой, кернением и чеканкой), с помощью сил физико-химического сцепления (сваркой, пайкой и склеиванием) и путем погружения деталей в расплавленный материал (заформовка в литейные формы, в пресс-формы и т. п.)
Подвижные неразъемные соединения собирают с применением развальцовки, свободной обжимки. В основном это соединения, заменяющие целую деталь, если изготовление ее из одной заготовки технологически невозможно или затруднительно и неэкономично.
Резьбовые соединения деталей являются наиболее распространенным видом разъемных соединений. Резьба – выступы, образованные на основной поверхности винтов и гаек и расположенные по винтовой линии. Несмотря на кажущуюся простоту резьбовые соединения весьма разнообразны. Поэтому в рамках текущего курса мы рассмотрим те из них, которые широко встречаются в нашем ассортименте. Но сперва дадим общую классификацию.
Р езьбы, допуски и посадки
По форме основной поверхности различают цилиндрические и конические резьбы. Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническую резьбу применяют для уплотняющихся и герметичных соединений труб, масленок, пробок и т.п.
По профилю резьбы различают треугольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и другие резьбы.
По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой – справа налево и вверх. Наиболее распространена правая резьба.
По числу заходов – однозаходная и многозаходная резьбы. Наиболее распространена однозаходная резьба.
Резьбу получают (формируют) несколькими способами:
Наиболее распространённым и универсальным способом получения резьб является лезвийная обработка. К ней относятся:
нарезание наружных резьб плашками
нарезание внутренних резьб метчиками
точение наружных и внутренних резьб специальными резцами и гребенками
резьбофрезерование наружных и внутренних резьб дисковыми и червячными фрезами
нарезание наружных и внутренних резьб резьбонарезными головками
Накатывание является наиболее производительным способом обработки резьб, обеспечивающим высокое качество получаемой резьбы. К накатыванию резьб относятся:
накатывание наружных резьб двумя или тремя роликами с радиальной, осевой или тангенциальной подачей
накатывание наружных и внутренних резьб резьбонакатными головками
накатывание наружных резьб плоскими плашками;
накатывание наружных резьб инструментом ролик-сегмент
накатывание (выдавливание) внутренних резьб бесстружечными метчиками
К абразивной обработке резьб относится шлифование однониточными и многониточными кругами. Применяется для получения точных, в основном ходовых резьб.
Выдавливание прессованием применяется для получения резьб из пластмасс и цветных сплавов. Не нашло широкого применения в промышленности.
Литьё (обычно под давлением) применяется для получения резьб невысокой точности из пластмасс и цветных сплавов.
Электрофизическая и электрохимическая обработка (например, электроэрозионная, электрогидравлическая) применяется для получения резьб на деталях из материалов с высокой твердостью и хрупких материалов, например твёрдых сплавов, керамики и т. п.
Рассмотрим теперь основные геометрические параметры цилиндрических резьб. Они включают: наружный d, средний d2 и внутренний d1 диаметры резьбы, шаг резьбы р, угол профиля α.
Метрическая резьба ISO – основной вид резьбы крепежных деталей с углом профиля α = 600. Широко употребима в Европе и Азии. Профиль – равносторонний треугольник со срезанными вершинами. Размеры указываются в миллиметрах.
Метрическая резьба бывает с крупным и мелкими шагами. Чаще всего, наиболее износостойкую и технологичную резьбу выполняют с крупным шагом. Резьбы с мелким шагом используются реже. Ниже приводится таблица, составленная на основании ГОСТ 8724-81 «Резьба метрическая. Диаметры и шаги».
Шаг резьбы для крупной и мелкой резьбы (однозаходной)
(Размеры в скобках действительны для новых стандартов ISO)
Неразъемные соединения: технологический процесс и классификация
Стыковку элементов и конструкций можно разделить на две основные группы: разъемные и неразъемные соединения. К первым относят те, которые можно разобрать без нарушения целостности скрепляющих элементов. Это крепления с помощью гаек, болтов, шпилек, винтов, все соединения с резьбой и без нее. Неразъемными считаются такие, при разборке которых придется нарушить элементы крепления.
К ним относят: сварные, клееные, заклепочные, сшивные и паяные. Разъемные и неразъемные соединения широко используются в определенных областях промышленности. Ниже мы рассмотрим каждый из видов более подробно.
Их исполнение состоит в высверливании отверстий немного большего диаметра, чем крепежный элемент (винт или болт). Делается это для того, чтобы в обеих скрепляемых деталях были точные отверстия. Погрешность в долю миллиметра компенсируется, в особенности для элементов с большим количеством креплений. При использовании болтов и винтов для надежности стыка на них надевают гайку и шайбу.
Первую подкладывают под вторую для неподвижности соединения, она не дает деталям вращаться. Существует еще пружинное кольцо, которое имеет два острых зуба. Ими она упирается в заготовку и деталь, тем самым препятствует самопроизвольному раскручиванию гайки.
Шурупы стягивают детали, нарезая резьбу самостоятельно. При их применении гайки и шайбы не нужны. Шпильки используются, если к массивной детали крепится другая. Она имеет резьбу на обоих концах, под нее в заготовке сверлят отверстие больше длины резьбы шпильки.
Такие виды неразъемных соединений нашли применение в отдельных областях производства. Рассмотрим каждый из них по отдельности.
Соединение, усыновленное путем межатомных связей между частями деталей при нагревании, называют сварным.
Неразъемные соединения, сварка которых была правильно выполнена, достигают необходимой прочности, снижения себестоимости, а также массы детали. Источниками нагрева элементов могут быть:
Металл, который подлежит сварке, называют основным. А тот, что используется в ванне – присадочным.
Участок, прихваченный подобным способом, называется сварным швом. Получение неразъемных соединений таким образом может быть следующих видов:
автоматическая под флюсом и полуавтоматическая;
Шов также подразделяется на:
Любой из них может быть как односторонним, так и двухсторонним.
Они делятся на прерывные и беспрерывные. Также есть различия в форме поперечного сечения: нормальный шов, выпуклый или вогнутый.
Низкая стоимость на такие неразъемные соединения, за счет простоты шва и малой затрате трудоемкости.
Относительно небольшая масса, по сравнению с другими методами работ.
Нет необходимости делать отверстия в детали, что придает прочность в ее сечении.
Автоматизация сварочного процесса подразумевает его герметичность.
Появление деформации и коробления после произведенных работ, а также возникновение остаточных напряжений.
Выдерживает несильную вибрацию и удары.
Сложность в проверке качества.
Рабочие, осуществляющие неразъемные соединения деталей сваркой, в обязательном порядке должны пройти обучение и подтверждать свою квалификацию.
Детали в методе пайки скрепляются введением дополнительного металла припоя. Причем температура плавления припоя должна быть меньше, чем у соединяемых деталей. По данному критерию припои различают:
особолегкоплавкие. Необходимая температура их плавления составляет всего 145 градусов;
мягкие или легкоплавкие. Рабочий нагрев не выше 450 градусов Цельсия;
твердые или среднеплавкие. Температура их плавления находится в диапазоне от 450 до 600 градусов; высокотемпературные или высокоплавкие. Такие металлы плавятся при температуре свыше 600 градусов Цельсия.
В зависимости от компонента они делятся на:
медно-цинковые (ПМЦ, латунные).
Большинство работ по припою производят с применением оловянно-свинцового материала марки ПОС. Как правило, их выпускают в виде проволоки, лент или прутиков.
Перед припоем поверхности хорошо очищают. Чтобы они не окислились, применяют специальный паяльный флюс. Это вещество не дает образовываться оксидам и очищает от них поверхности деталей, способствует лучшему растеканию припоя. Определенный вид флюса подходит под конкретную температуру, свыше которой он перестает работать и сгорает.
Это соединения, которые создают с применением специальной детали – заклепки. Она имеет стержень и головку. Процесс получения неразъемных соединений происходит за счет образования на другом конце детали замыкающей головки, она получается путем сжатия конца стержня. Такая конструкция вовсе неподвижная и при этом неразъемная. В ней отсутствует возможность смещения деталей относительно друг друга.
Используют такое крепление для деталей небольшой толщины в основном листовых материалов или там, где применение высоких температур недопустимо из-за возможной деформации деталей. Когда заклепки стоят рядом, они образуют заклепочный шов.
Материал элементов должен соответствовать материалу скрепляемых деталей, иначе может возникнуть электрохимическая коррозия из-за разности коэффициентов температурного расширения. Головки заклепок бывают круглые, потаенные, полупотаенные и плоские.
Преимущества данного соединения:
Применение возможно в материалах, которые не свариваются или этот процесс очень долог.
Нет применения высоких температур при соединении.
Среди них можно отметить следующие моменты:
Большой расход металла на произведенную работу.
Увеличение веса конструкции.
Технологичность процесса невысокая.
Чтобы получить прочные неразъемные соединения, достаточно соединить детали с помощью клеевого состава. Действие происходит путем образования связей на межмолекулярном уровне поверхности склеиваемой детали и пленкой клея.
Применение такого способа можно встретить в конструкциях из различных материалов. Крепление на основе клея применяют даже в мостостроении и авиации. Долговечность такого соединения и его качество будет зависеть от подготовки поверхностей деталей и вида нагрузки, которая будет на них воздействовать. Нужно провести очищение поверхностей от ржавчины и жировых пятен, после обработать места наждачной бумагой.
Склеивать детали, на которые будет действовать нагрузка на сдвиг или поворот, при маленькой площади стыка не следует. Это приведет к потере прочности. Склеивать лучше те части, которые подвержены смещению относительно друг друга или нагрузке растяжения.
Преимущества клеевого способа:
Соединить таким образом можно любые заготовки и конструкции, независимо от их формы, массы или материалов.
Высокая устойчивость к коррозии.
Герметичность, что позволяет производить работу с трубопроводами.
Не вызывает деформацию деталей.
Не создается концентрация напряжений.
Надежность работы в условиях вибрационных нагрузок.
Низкая стоимость расходного материала.
Клеевые неразъемные соединения не утяжеляют конструкцию.
Низкая прочность, особенно при нагрузке на отрыв.
Недолговечность, некоторые виды клея могут стареть.
Низкая устойчивость к тепловой нагрузке.
Многие соединения должны пройти длительную выдержку пред эксплуатацией.
Обязательное соблюдение мер безопасности.
Неразъемное соединение полиэтилен-сталь
Широкое применение для стыковки труб стальных и современных полиэтиленовых получило неразъемное соединение полиэтилен-сталь.
Оно позволяет надежно скрепить между собой пластиковые и металлические трубы, а также установить необходимую арматуру для запоров. Чтобы изготовить неразрывную конструкцию, применяют трубы из полиэтилена, изготовленные по определенному стандарту.
Получают неразъемное соединение сталь (переходник ПЭ-сталь) путем сварки патрубка металлического участка с полиэтиленовым. Применять этот метод можно в качестве заглушек на газо- и водопроводах магистральных сетей.
Такие неразъемные соединения труб монтируются к газопроводам жилых домов. Часто можно встретить их в котельных установках. Применение стальных трубопроводов в наше время все чаще вытесняется аналогом полиэтиленовым. Связано это с очевидным преимуществом пластиковых труб над металлическими. Поэтому они используются все чаще. Неразъемное соединение полиэтилен-сталь настолько надежно, что не требует особого обслуживания.
Его установка происходит напрямую в грунт без использования колодцев. Монтаж осуществляют с помощью сварки встык или терморезисторной. Неразъемное соединение полиэтилен-сталь может быть с усиливающей муфтой или без нее. Данная деталь придает переходнику способность выдерживать большое давление и непрерывную нагрузку 1 Мпа. Переходник без муфты может выдержать нагрузку не больше 0,6 Мпа. Соединение металла с полиэтиленом может происходить при помощи резьбы или с применением различных фланцев. Итак, мы рассмотрели основные виды соединений, их преимущества и недостатки.
Советуем подписаться на наши страницы в социальных сетях: Facebook | Вконтакте | Twitter | Google+ | Одноклассники
89. Неразъемные соединения
Неразъемные соединения получили широкое распространение в машиностроении. К ним относятся соединения сварные, заклепочные, паяные, клеевые. Сюда относятся также соединения, полученные оп-рессовкой, заливкой, развальцовкой (или завальцовкой), кернением, сшиванием, посадкой с натягом и др.
Сварные соединения получают с помощью сварки. Сваркой называют процесс получения неразъемного соединения твердых предметов, состоящих из металлов, пластмасс или других материалов, путем местного их нагревания до расплавленного или пластического состояния без применения или с применением механических усилий.
Сварным соединением называется совокупность изделий, соединенных с помощью сварки.
Сварным швом называется затвердевший после расплавления материал. Металлический сварной шов отличается по своей структуре от структуры металла свариваемых металлических деталей.
По способу взаимного расположения свариваемых деталей различают соединения стыковые (рис. 242, а), угловые (рис. 242, б), тавровые (рис. 242, в) и внахлестку (рис. 242, г). Вид соединения определяет вид сварного шва. Сварные швы подразделяются на: стыковые, угловые (для угловых, тавровых соединений и соединений внахлестку), точечные (для соединений внахлестку, сваркой точками).
По своей протяженности сварные швы могут быть: непрерывными по замкнутому контуру (рис. 243, а) и по незамкнутому контуру (рис. 243, б) и прерывистыми (рис. 243, в). Прерывистые швы имеют равные по длине проваренные участки с равными промежутками между ними. При двусторонней сварке, если заваренные участки расположены друг против друга, такой шов называется цепным (рис. 244, а), если же участки чередуются, то шов называется шахматным (рис. 244, б).
Тонколистовые конструкции можно сваривать без предварительной подготовки свариваемых кромок. Форма подготовки кромок зависит от толщины свариваемых деталей, положения шва в пространстве и других данных.
Термины и определения, относящиеся к сварке, установлены ГОСТ 2.601—68. Самым распространенным видом сварки является электросварка, которая может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.
Способы сварки, типы и конструктивные элементы сварных швов определяются соответствующими стандартами. Условные изображения и обозначение швов сварных соединений выполняются в соответствии с ГОСТ 2.312—72. Сварные швы изображают сплошными основными линиями, если шов видимый, и штриховыми, если шов невидимый (рис. 245). От изображения шва проводят одностороннюю стрелку с линией-выноской. Условное обозначение сварного шва пишут над полкой линии-выноски, если шов видимый, т. е. показана лицевая сторона шва (рис. 246, а, 6), и под полкой линией-выноской, если шов невидимый, т. е. показана оборотная сторона шва (рис. 246, в, г).
Структура условного обозначения сварного шва приведена на рис. 247, где:
1 — вспомогательные знаки, О — шов по замкнутому контуру, | — монтажный шов;
2 — обозначение стандарта на тип и конструктивные элементы шва;
3 — буквенно-цифровое обозначение шва по этому стандарту;
4 — условное обозначение способа сварки по стандарту на данный шов;
5 — вспомогательный знак А — треугольник и размер катета шва;
6 — размеры в мм прерывистого шва со знаками: / — для цепного шва и Z — для шахматного шва или ] — знак незамкнутого контура сварки;
7 — вспомогательные знаки (Q или со) обработки шва;
8 — обозначение шероховатости механически обработанного шва (см. §94);
9 — указание о контроле шва.
Примеры условного обозначения сварных швов:
ГОСТ 14806—80 = Т5 — РиЗ = 1 6—50 Z 100 — шов выполняется электродуговой сваркой алюминия, соединение тавровое Т5, сварка ручная в среде защитных газов РиЗ, катет шва 6 мм А6, шов шахматный, длина провариваемого участка 50 мм, шаг — 100 мм (50 Z 100).
ГОСТ 5264—80—С18 — шов выполняется ручной электродуговой сваркой при монтаже 1, шов стыковой (С 18) по незамкнутому контуру.
При наличии на чертеже нескольких одинаковых швов обозначение наносят только одного шва, и поэтому шву присваивают порядковый номер с указанием количества этих швов у линии-выноски. Все остальные швы этого типа имеют на полке линии-выноски обозначение порядкового номера шва (рис. 248), если указана лицевая сторона шва, и под полкой линии-выноски, если указана оборотная сторона шва. На рис. 248 обозначение № 1 два угловых шва, выполненные ручной электродуговой сваркой, с лицевой стороны усиление шва нужно снять Q механической обработкой, после чего шероховатость шва должна соответствовать шестому классу (Ra = 2,5 мкм).
Пять швов № 2 выполняются как швы односторонние тавровые Tic катетом 5 мм А5, ручной электродуговой сваркой.
Если все швы на чертеже выполняются по одному стандарту, то его номер не вводят в обозначение шва, а записывают в технических требованиях на поле чертежа по типу «Сварные швы по ГОСТ. ».
Если все швы на чертеже одинаковы, то условное обозначение швов можно не наносить на изображениях, а сделать одну запись условного обозначения шва технических требований, например: «Сварные швы по ГОСТ 5264—80—У5—А4».
Клепаные соединения применяются в конструкциях, подверженных действию высокой температуры, коррозии, вибрации, а также в соединениях из плохо сваривающихся металлов или в соединениях металлов с неметаллическими частями. Такие соединения нашли широкое применение в котлах, железнодорожных мостах, некоторых авиационных конструкциях и в отраслях легкой промышленности.
В то же время в ряде отраслей промышленности с усовершенствованием технологии сварного производства объем применения заклепочных соединений постепенно сокращается.
Основным скрепляющим элементом заклепочных соединений является заклепка. Она представляет собой короткий цилиндрический стержень круглого сечения, на одном конце которого находится головка (рис. 249). Головки заклепок могут иметь сферическую, кониче-
скую или коническо-сферическую форму. В зависимости от этого различают головки полукруглые (рис. 249, а), потайные (рис. 249, б), полупотайные (рис. 249, в), плоские (рис. 249, г).
На сборочных чертежах головки заклепок изображают не по их действительным размерам, а по относительным размерам, в зависимости от диаметра стержня заклепки d.
Технология выполнения заклепочного соединения следующая. В соединяемых деталях выполняют отверстия сверлением или другим способом. В сквозное отверстие соединяемых деталей вставляют до упора головной стержень заклепки. Причем заклепка может быть в горячем или холодном виде. Свободный конец заклепки выходит за пределы детали примерно на 1,5d. Его заклепывают ударами или сильным давлением и создают вторую головку (рис. 250).
Диаметр стержней заклепок выбирают по специальным таблицам. Ориентировочно он принимается равным толщине соединяемых деталей. Длину стержня заклепки принимают также с учетом толщины соединяемых деталей и припуска. Ориентировочно она составляет 1,5d.
Заклепочные швы могут быть однорядными и многорядными. Заклепки обычно располагаются в ряду на одинаковом расстоянии. Расположение заклепок в шве может быть рядовым и шахматным. Соединяемые детали в заклепочных соединениях могут быть выполнены внахлестку или встык с накладками.
На чертежах указывают все конструктивные размеры швов клепаного соединения. При этом не вычерчивают все заклепки соединения. Обычно показывают одну-две из них, а место расположения остальных обозначают пересечением осей (рис. 251).
Заклепочные швы имеют свои обозначения, которые наносятся на чертежах. В обозначении указывают диаметр (d) и длину (/) стержня заклепки, группу металла и номер ГОСТ, определяющего форму головки и покрытие.
Например, заклепка, имеющая полукруглую головку, длину d=25 мм, диаметр стержня d = 10 мм, изготовленная из металла группы ОО, без покрытия имеет обозначение: Заклепка 10×25 ГОСТ 10299—80.
Соединения деталей пайкой находят широкое применение в приборостроении, электротехнике. При впайке соединяемые детали нагреваются до температуры, не приводящей к их расплавлению. Зазор между соединяемыми деталями заполняется расплавленным припоем. Припой имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые пайкой материалы. Для пайки используют мягкие припои ПОС — оловянно-свинцовые по ГОСТ 21930—76 и ГОСТ 21931—76 и твердые припои Пер — серебряные по ГОСТ 19738—74.
Припой на видах и разрезах изображают сплошной линией толщиной 2S. Для обозначения пайки используют условный знак (рис. 252, а)— дуга выпуклостью к стрелке, который чертят на линии-выноске, указывающей паяный шов. Если шов выполняется по периметру, то линию-выноску заканчивают окружностью. Номер швов указывают на линии-выноске (рис. 252, б).
Марка припоя записывается или в технических требованиях, или в спецификации в разделе «Материалы» (см. § 101).
Клеевые соединения позволяют соединять разнообразные материалы. Клеевой шов, как и паяный, согласно изображается сплошной линией толщиной 25. На линии-выноске чертят условный знак (рис. 253, а), напоминающий букву К. Если шов выполняется по периметру, то линию-выноску заканчивают окружностью (рис. 253, б). Марка клея записывается или в технических требованиях, или в спецификации в разделе «Материалы».
Опрессовка (армирование) защищает соединяемые элементы от коррозии и химического воздействия вредной среды, выполняет изолирующие функции, позволяет уменьшить массу изделия (рис. 254), экономить материалы.
Вальцовка и кернение осуществляется деформацией соединяемых деталей (рис. 255, а, б). Сшивание нитками, металлическими скобками применяется для соединения бумажных листов, картона, различных тканей.
ГОСТ 2.313—82 устанавливают условные обозначения и изображения швов неразъемных соединений, получаемых пайкой, склеиванием, сшиванием.
Соединение деталей путем посадки с натягом обеспечивается системой допусков и посадок определенным температурным режимом перед сваркой деталей.