ТрА1 – 2.3.1 Види спрацювання та відновлення деталей машин.06.02.2023. Заняття №18. Способи відновлення деталей.
1.Опрацювати заняття та законспектувати в зошит.
1. Способи відновлення деталей. Загальні відомості.
Відновлення повної працездатності зношених деталей повинне вестися з доданням їм початкових розмірів, правильної геометричної форми і поверхневих властивостей, перш за все твердості, оскільки всі властивості серцевини, як правило, зберігаються, якщо не вважати окремих випадків зародження втомних тріщин в процесі зношування. За цих умов взаємозамінність деталей і посадка сполучень відновлюються повністю.
Існують такі методи відновлення деталей:
* ручне зварювання- електро-дугове- газове- аргонновібро-дугове
*наплавлення- під флюсом- вібро-дугове- в СО2
* електролітичне покриття- хромування- осталювання
* пластичне деформування
* обробка під ремонтний розмір
* постановка додаткової деталі
2. Відновлення деталей під ремонтний розмір.
Суть способу: найбільш складна і дорога деталь (колінчастий вал) обробляється в ремонтний розмір, а друга (вкладиш) замінюється новою або відновлюється під ремонтний розмір.
Цим способом відновлюють:
- геометричну форму;
- необхідну шорсткість;
- міцнісні параметри зношених поверхонь.
Ремонтні розміри поділяються на регламентовані - розміри та допуски встановлює виробник, деталі з регламентними розмірами випускає промисловість (поршні, поршневі кільця і т.д.); ремонтні підприємства обробляють під ці розміри сполучені деталі (циліндри блоку, шийки коленвала і т.д.) ; регламентуються - це розміри, встановлені в урахуванням припуску на пригону деталі за місцем.
Переваги:
1. Простота тех. процесу і устаткування
2. Висока економічна ефективність
3. Збереження взаємозамінності деталей в межах ремонтних розмірів.
Недоліки:
1. Збільшення номенклатури запасних частин
2. Ускладнення організації процесів комплектування деталей, складання та зберігання деталей на складі.
3. Відновлення блоків та агрегатів за допомогою додаткових деталей
Постановкою додаткових деталей називається постановка на зношеній поверхні спеціально виготовлених додаткових деталей.
Відновлення зношених поверхонь деталей постановкою додаткових деталей, компенсуючих знос, широко застосовується за відновлення гільз циліндрів, гнізд клапанів, посадкових отворів під підшипники в картерах агрегатів, гнізд під вкладки корінних підшипників в блоках циліндрів і різьбових отворів.
Широке поширення авторемонтному виробництві отримав спосіб відновлення різьбових отворів спіральними різьбовими вставками.
До додаткових ремонтних деталей відносять гільзи (чавунні, сталеві, із кольорових металів), пластини, спіральні різьбові вставки.
Ремонт зварюванням і наплавленням - найбільш поширені способи відновлення деталей складної форми, що мають великий знос і різноманітні дефекти: тріщини, пробоїни, розриви, розколи, облом і так далі. Зварку і наплавлення широко використовують на ремонтних підприємствах і при ремонті у виробничих умовах. Найширше застосовують наступні види зварки і наплавлення: ручну зварку електродуги і наплавлення, газову зварку і наплавлення, автоматичне наплавлення під флюсом, зварку і наплавлення в середовищі захисних газів, електроімпульсне наплавлення.
Ручну - електродугову зварку і наплавлення виконують постійним струмом (від зварювального агрегату) і змінним (від зварювального трансформатора). При постійному струмі зварювальний процес стійкіший і забезпечує кращу якість, але при змінному використовують простіше і дешевше устаткування, вище ККД і нижчі експлуатаційні витрати.
При газовій зварці і наплавленні газове середовище захищає метал від вигорання і насичення його киснем і азотом, забезпечуючи вищу якість зварки і наплавлення в порівнянні з процесами електродуг. При газовій зварці можна в широкому діапазоні регулювати температуру нагріву деталі, нагрівати незалежно від неї присадний матеріал, регулювати металургійний процес. Тому газова зварка отримала широке застосування при ремонті відповідальних деталей, а також при наплавленні твердими сплавами. Широко застосовують при ремонті і газову зварку. Ці методи мають і свої недоліки: застосування дефіцитних газів (кисню і ацетилену); значно велика зона термічного впливу, ніж при зварці електродуги; вища кваліфікація зварювальника. Ремонт при газовій зварці дорожчий, ніж при електродузі.
Ручні процеси наплавлення електродуги і газової наплавки не забезпечують високої продуктивності і стабільної якості, оскільки залежать від кваліфікації зварювальника. Тому при централізованому ремонті ширше застосовують автоматичні наплавлювальні процеси: автоматичне наплавлення під флюсом, електроімпульсне наплавлення і так далі.
При автоматичній зварці і наплавленні під флюсом (див. рис.) електрична дуга і рідкий метал захищені від доступу повітря еластичною кіркою розплавленого флюсу і наплавлений метал містить у декілька разів менше кисню і азоту, чим при дуговому і газовому наплавленні електродами з високоякісною обмазкою. Цей процес придатний для зварки і наплавлення плоских і циліндричних деталей. Автоматичне наплавлення забезпечує вищу якість і у декілька разів велику продуктивність в порівнянні з ручними способами наплавлення електродуги і газової.
Автоматичне електроімпульсне наплавлення, зване вібродуговим і віброконтактним, полягає в нарощуванні металу вібруючим електродом в середовиші електроліту або під шаром флюсу (рис. 5.15). Електрод, пропущений через вібруючий мундштук, здійснює разом з ним коливання щодо деталі, що наплавляється, з частотою 100 с-1. При зіткненні його з деталлю через зону контакту проходять могутні імпульси струму короткого замикання, під дією яких до деталі, що наплавляється, приварюються частинки металу (контактна зварка) і одночасно в котушці самоіндукції накопичується енергія магнітного поля. При відриві електроду відбувається розплавлення металу під дією імпульсних розрядів зникаючого магнітного поля (дугове наплавлення). Електроліт забезпечує захист металу, що наплавляється, від кисню і азоту повітря, а також інтенсивне відведення тепла, завдяки чому цей процес характеризується відносно малим термічним впливом в порівнянні з іншими, що важливе для деталей, що не допускають викривлення (довгі вали і осі, штоки поршнів, гальмівні шківи і ін.).
Індукційне (високочастотне) наплавлення (рис. 5.16) відрізняється тим, що для розплавлення матеріалу (шихти) використовують струми високої частоти, що пропускаються по провідникові-індуктору, що охоплює деталь, яка нагрівається. При цьому на її поверхні збуджується індукований (вихровий) струм, що нагріває її і що викликає розплавлення шихти, у якої температура плавлення нижча, ніж у сталі. Індукційне наплавлення використовують для зміцнення як циліндрових, так і плоских поверхонь. Зокрема, цим методом наплавляють нові жолоби (решітки) скребкових конвеєрів вугільних шахт, а також ремонтують їх.
Контактне наплавлення зносостійкою стрічкою - процес при якому поверхню, що зношується, покривають зносостійкою стрічкою.
Плазмове наплавлення заснована на використанні, як джерела тепла плазмового струменя, що утворюється при пропусканні через канал з електричною дугою плазмоутворюючого газу, що горить (аргон, гелій). Плазмовий струмінь застосовують також для зварки, різки, паяння, нанесення покриттів і термічної обробки.
Електрошлакове наплавлення використовують при наплавленні великих мас металу [29]. Його заздалегідь розплавляють у ванні флюсу (шлаку), а потім заливають на поверхню деталі.
При ремонті деталей машин застосовують різноманітні наплавлювальні матеріали і флюси. При ручній зварці і наплавленні використовують стрижньові і трубчасті електроди. Для підвищення твердості і зносостійкості деталей в спеціалізованому ремонтному виробництві застосовують електроди з легуванням наплавлюючого металу через стрижень або обмазку. При легуванні через стрижень в його склад входять марганець, кремній, хром, титан, ванадій, а також підвищена кількість вуглецю (в окремих випадках до 5%), а обмазка служить тільки для підвищення стійкості (іонізації) зварювальної дуги і захисту наплавляючого металу від зовнішнього окислювального середовища. При легуванні через обмазку в її склад входять легуючі добавки (ферохром, фероборхром, феромолібден, феромарганець і ін.), а стрижень виготовляють з вуглецевого дроту.
Ефективні товстошарі трубчасті електроди зовнішню оболонку яких виконують у вигляді вальцьованої трубки з низьковуглецевої сталевої стрічки, а внутрішню порожнину заповнюють при вальцюванні легованою шихтою для отримання твердого зносостійкого наплавленого шару металу. Температура плавлення шихти нижча, ніж зовнішньої металевої оболонки. Тому оболонка захищає порошок від окислювальної дії повітря, забезпечуючи повніше використання легуючих елементів.
Ремонт металізацією полягає в розплавленні металу і розпилюванні його стислим повітрям на дрібні частинки, які, рухаючись в повітряному струмені з великою швидкістю (150-300 м/с), потрапляють на заздалегідь підготовлену шорстку поверхню ремонтованої деталі, зчіплюються з нею і один з одним, утворюючи покриття.
Метал, що розплавляється, зазвичай використовується у вигляді дроту, розплавлення проводять електричною дугою (металізація електродуги), в ацетиленокисневому полум'ї (високочастотна металізація), плазмовим струменем (плазмова металізація).
Підготовка ремонтованої поверхні включає: а) - очищення від жирів, оксидів, іржі, вологи, грязі; б) додання їй правильної геометричної форми (циліндр, плоскість і т. так.); в) підвищення шорсткості для поліпшення зчеплення з покриттям; г) ізоляцію місць, що не підлягають покриттю. Необхідність підготовки поверхні обумовлена тим, що розплавлені частинки металу при металізації не зварюються з основним металом і один з одним, а зчіплюються механічно. З гладкою шліфованою поверхнею покриття не зчіплюється. Переваги металізації: висока твердість покриття, обумовлена нагрівом і швидким охолоджуванням частинок і їх наклепування; можливість отримання великих шарів (до 10 мм), незначний нагрів ремонтованої деталі (до 70 °С), здатність шару покриття, завдяки його пористості, поглинати і утримувати масло, що підвищує зносостійкість; можливість нанесення покриттів з будь-якого металу па деталі з різних матеріалів (сталь, чавун, алюміній, бронза і ін.) при будь-яких розмірах і конфігураціях поверхні, можливість отримання псевдосплавів (алюмінію і свинцю, міді і свинцю) шляхом одночасного розплавлення дроту з рівних металів. Її недоліки: низька зносостійкість покриття при терті без мастила; низькі механічні властивості покриття; низька міцність зчеплення шару з основним металом (5-40 МПа), великі втрати металу при металізації дрібних деталей.
Підвищення міцності зчеплення покриття з ремонтованою поверхнею забезпечує напилення з подальшим наплавленням , при якому відпадає необхідність в спеціальних заходах по підвищенню шорсткості поверхні.
Металізацію застосовують: для ремонту сильно зношених сталевих валів і місць під нерухомі посадки; закладення тріщин в ненавантажених елементах чавунних деталей; усунення пористості в чорному і кольоровому литві; для захисту від цементації місць, що не підлягають дифузійному насиченню вуглецем і отримання псевдосплавів, які перевершують по властивостях.
Ремонт електролітичним нарощуванням заснований на використанні процесу електролітичної дисоціації, суть якого полягає в тому, що при пропусканні електричного струму через розчин електроліту (водний розчин солей і кислот) він дисоціює, тобто розпадається на протилежно заряджені іони, при цьому іони з позитивним зарядом (катіони) у вигляді атомів металу і водню прямують до катода, а негативно заряджені (аніони) - до анода. Досягнувши катода, іони металу віддають свій заряд і осідають на ньому у вигляді нейтральних атомів. Якщо в якості катода використовувати ремонтовану деталь, то атоми металу осідають на ній, створюючи шар покриття.
Для отримання покриття певним видом металу (хром, залізо, мідь, цинк) необхідно, щоб електроліт містив його сіль або з нього був виготовлений анод.
Розрізняють наступні види ремонту електролітичним нарощуванням: хромування, хімічне нікелювання, міднення і цинкування.
При ремонті застосовують тверде гладке і пористе хромування деталей. Обидва ці процеси забезпечують високу твердість і зносостійкість покриття, хорошу зчіплюваність його з основним металом, стійкість в корозійному середовищі, відсутність нагріву і структурних змін матеріалу, можливість відновлення деталей з металів різного хімічного складу (сталь, чавун). Твердість покриття зростає із збільшенням щільності струму і температури електроліту та досягає максимумупри щільності струму 60-70 А/дм2 і температурі електроліту 55-65 °С.
Технологічний процес гладкого хромування складається з трьох етапів: підготовка деталі (механічна обробка для надання правильної форми, навішування і захист необроблюваних поверхонь - екранування, знежирення, промивка в гарячій, а потім в холодній проточній воді, декапірування - очищення зворотним струмом; хромування (основний процес за часом); обробка після нарощування (послідовні промивання в дистильованій воді - для збору хромового ангідриду; холодній проточній і гарячій проточній воді, сушка і розбирання підвісок, термічна і механічна обробка - шліфування м'якими кругами).
Недолік гладкого хромування - погана змочуваність покриття змащувальними маслами. Її підвищують збільшенням пористості (шорсткості) покриття шляхом розтравлення мікроскопічних тріщин в гладкому хромі, що утворилися при електролізі. Травлення для отримання пористості здійснюють струмом зворотного напряму в кінці процесу осадження гладкого хромового покриття.
Такий процес називають пористим хромуванням. Канали і пори, що утворюються при цьому, краще утримують мастило, що сприяє підвищенню зносостійкості (термін служби поршневих кілець збільшується в 3 рази).
Ремонт деталей хромуванням дорогий із-за використання дефіцитних матеріалів, великої енергоємності і тривалості процесу (10-20 год) при відносно малій товщині покриття (0,05-0,5 мм). Більш продуктивніший і економічніший ремонт залізненням. Його можна застосовувати для відновлення деталей з великим зносом (до 10 мм). Електролітами при цьому служать розчини хлористого заліза, а аноди виготовляють з маловуглецевої сталі марок 10 і 20. Окрім сталі, для анодів використовують соляну кислоту, сталеву стружку і куховарну сіль. Ці матеріали дешеві і недефіцитні, а енергетичні характеристики процесу (q і с по таблиці 5.1) сприятливіші, ніж при хромуванні. Цим обумовлена менша енергоємність і тривалість даного процесу. Технологічний процес залізнення аналогічний процесу хромування, але замість декапірування при ньому застосовують анодне протравлення, що має те ж призначення - забезпечити осадження перших атомів заліза на абсолютно чисту поверхню деталі, що необхідне для отримання міцного зчеплення. Залізненням наносять покриття різної твердості, м’які (НВ 200) і тверді (НВ 5500-6000).М'якими нарощують невідповідальні деталі і бронзові втулки, а також деталі, що підлягають подальшій хіміко-термічній обробці, твердими - шийки валів, гнізда підшипників і інші деталі.
Вибір способу відновлення деталі і визначення доцільності ремонту. Питання про вибір способу ремонту деталі або про її заміну новою деталлю вирішують з урахуванням конкретних умов досвіду ремонтного підприємства, його оснащеність ремонтною технікою, можливі терміни ремонту і виготовлення нової деталі (з урахуванням втрат від простоїв) і т. д. Вибір способу ремонту здійснюють в два етапи. На першому етапі проводять попередній вибір технологічних варіантів ремонту, що забезпечують повне відновлення експлуатаційних властивостей деталі, керуючись технологічними можливостями підприємства. На другому - вибирають з цих варіантів один, найбільш економічний.
