Способ восстановления деталей не тягового подвижного состава под ремонтный размер
5.2. Восстановление изношенных поверхностей деталей
Для восстановления изношенных поверхностей деталей широкое распространение получили электродуговая или газовая наплавки, металлизация, электроискровая обработка, обработка давлением, гальваническое покрытие и нанесение пленок из полимерных материалов. Иногда применяется метод ремонтных втулок, когда изношенную поверхность валика обтачивают или растачивают отверстия и ставят с натягом втулки при последующей обработке под номинальный размер.
При восстановительной наплавке масса наносимого металла составляет всего 0,5 – 6 % от массы ремонтируемой детали, а расход металла в 20 – 30 раз меньше, чем при изготовлении детали. ВНИИЖТом совместно со специализированными организациями разработаны для наплавки электроды марки АНП-13, проволока Св-08ХГ2СМФ, ПП-АН180М, керамический наплавочный флюс марки ФКН, порошок для газопорошковой наплавки деталей и рельсов.
Колесные пары локомотивов являются металлоемкими узлами, а к наиболее часто сменяемым деталям относятся бандажи колесных пар. В процессе эксплуатации имеет место износ бандажей по кругу катания, подрез гребней, выщербины и раковины на поверхности катания бандажей, ослабление посадки бандажа на колесном центре, ослабление бандажного кольца в пазу бандажа, трещины и излом бандажей. От данных дорогостоящих деталей зачастую зависит безопасность движения поездов. Для восстановления изношенных поверхностей бандажа разработано несколько технических решений. Восстановлением изношенных гребней бандажа увеличивается срок службы колесных пар подвижного состава.
Установка для восстановления гребней электродуговой наплавкой металла на изношенную поверхность бандажа содержит механизм базирования колесной пары, сварочные полуавтоматы, привод вращения колесной пары, пневмоцилиндры. Колесную пару, поверхность катания и гребень очищают, колесную пару закрепляют в центрах боковых стоек подвижной рамы. Непосредственно перед наплавкой подогревают обод колеса до температуры 160 – 180 о С в течение одного часа. Сварочный полуавтомат с электродом из проволоки марки Св-08-А устанавливают у основания гребня. В зону наплавки подают флюс, зажигают электрическую дугу и включают электропривод вращения колесной пары с помощью роликовых опор. На изношенную поверхность наплавляют последовательно кольцевые валики от основания гребня к его вершине. После наплавки 25% металла на бандаже одного колеса выполняют наплавку на изношенную поверхность другого колеса. Технология обеспечивает получение сорбитной структуры металла, исключающей образование трещин и обладающей высокой износостойкостью за счет равномерных температурных условий наплавки и снижения концентрации температурных напряжений. В зависимости от степени износа гребня восстановление выполняется за 6 – 10 проходов. Напряжение электрической дуги поддерживается автоматически на уровне 28 – 30 В при сварочном токе 330 – 350 А. путем автоматической подачи электродной проволоки к поверхности наплавки. Установка оборудована основанием с шарнирно закрепленной подвижной рамой и стойками, обеспечивающими установку колесной пары в положение для базирования в процессе наплавки и ее выкатки в исходное положение с помощью пневмоцилиндров. После наплавки колесная пара охлаждается в теплоизолированной камере до температуры окружающей среды, затем наплавленная поверхность механически обрабатывается до получения рабочего профиля по шаблону и выполняется контроль качества восстановления изношенной поверхности. Обычные способы электродуговой наплавки применяют при значительных износах трущихся поверхностей.
Автоматизированной вибродуговой наплавкой обеспечивается постоянная вибрация электрода около изношенной поверхности во время наплавки металла. Возможность точного наплавления тонких слоев валиков металла на изношенную поверхность является важным достоинством вибродуговой наплавки. За счет вибрации электрода выполняется уверенное зажигание дуги и достигается устойчивость процесса наплавки. Толщина слоя наплавки регулируется в пределах от 0,5 мм до 2 мм на одну поверхность. В ходе наплавки металла деталь нагревается мало, что способствует незначительной ее деформации, а на участках, вблизи места наплавки, термическая обработка детали не нарушается. После наплавки выполняется термическая обработка детали, так как процесс наплавки с использованием охлаждающей жидкости сопровождается закалкой наплавленного слоя.
Металлизация дает возможность нанесения слоя металла толщиной от 0,03 мм до 1,5 мм на любой материал с нагревом детали до температуры не более 70 о С. В процессе металлизации на обрабатываемую поверхность воздушной струей наносятся мельчайшие частицы расплавленной проволоки в газовом пламени. На обработанной поверхности создается пористое покрытие повышенной прочности, которое увеличивает прочностные и противоизносные характеристики контактирующих поверхностей, на такой поверхности хорошо удерживается смазка. Сцепление напыленных частиц металла с основным металлом детали невысокое, поэтому металлизацией обрабатываются места прессовой посадки различных элементов колесных пар, буксовых шеек осей, валы водяных насосов, гидроприводов, редукторов, промежуточных опор и других узлов. Пористый напыленный слой, выполняя роль демпфера, повышает контактно-усталостную прочность в прессовом соединении элементов детали и дольше сохраняется натяг в этих соединениях за счет гашения вибраций и пиков динамических нагрузок. Во время работы осей колесных пар подвижного состава в напыленном металле, имеющем меньший модуль упругости, чем основной металл детали, возникают напряжения от динамических нагрузок на стыках рельсов, которые в несколько раз меньше, чем в основном металле оси. Газотермическим напылением восстанавливаются буксовые шейки колесных осей с дефектами глубиной 0,7 – 1,5 мм на сторону. Износостойкость и контактно-усталостная прочность восстановленных осей на 15 – 20 % выше, чем у накатанных новых осей колесных пар. Стоимость восстановления двух буксовых шеек составляет 5% от стоимости изготовления новой оси. Выполняются работы по восстановлению локомотивных колесных пар электродуговой металлизацией напылением участков осей под напрессованными колесными центрами и шеек осей моторно-осевых подшипников.
Электродуговая металлизация обеспечивает стальное покрытие изношенных поверхностей, не приваривая его к основному металлу, что исключает отрицательное термическое воздействие процесса напыления на усталостную прочность деталей, которые несут циклические нагрузки. Данное напыление можно отнести к «холодному» типу покрытий, так как температура детали в процессе восстановления изношенной поверхности не превышает 100 о С. Прочность соединения напыленного слоя с основой обеспечивается за счет сцепляемости покрытия со специально подготовленной шероховатой поверхностью детали и сжимающих сил при усадке покрытия после остывания. Нагрузки, возникающие при последующей токарной обработке и шлифовании, статические и динамические циклические нагрузки в процессе эксплуатации деталей и холоднопрессовых соединений с натягом до 400 мкм, напыленное покрытие выдерживает. Электродуговая металлизация применяется при ремонте деталей локомотивов, электропоездов, вагонов, путевой техники.
Электроискровая (электроэрозионная) обработка выполняется за счет электрической энергии источника постоянного тока. С вибрирующего электрода, который является анодом, частицы во время короткого мощного электрического разряда электрическим полем переносятся на обрабатываемую поверхность детали, которая является катодом, и привариваются к поверхности детали. В зависимости от величины тока импульсного разряда на обрабатываемую поверхность наносится металлическое покрытие толщиной от 0,05 мм до 0,5 мм. Чистота покрытия зависит от величины тока и повышается с уменьшением анодного тока. Способ электроискровой обработки можно применять для замедления процесса изнашивания поверхностей трения и его высокая эффективность проявляется при восстановлении натягов в прессовых и шпоночных соединениях.
Электролитическое покрытие основано на явлении электролиза, который возникает при прохождении постоянного тока через электролит между электродами, металл с анода осаждается на катод. Твердые электролитические покрытия с использованием хрома, никеля, стали обеспечивают достаточно износостойкое покрытие толщиной 0,1 – 0,3 мм. Различают гладкие и пористые гальванические покрытия. Гладкие хромированные и никилированные покрытия применяются для неподвижных посадок элементов на детали, для восстановления цилиндровых гильз, поршневых колец двигателей внутреннего сгорания. Осталивание позволяет получить твердый слой, наращиваемый до 2.5 – 4 мм без последующей термообработки. Пористые гальванические покрытия применяются для подвижных соединений. Мягкие электролитические покрытия выполняются цинком, медью, оловом, латунью. Цинкование используют для восстановления изношенных посадочных мест подшипников качения с толщиной покрытия до 0,5 мм, для защитного покрытия металла, подверженного коррозии. Гальваническим оловянистым лужением восстанавливают изношенные поверхности поршней дизелей. Электролитические покрытия используют для восстановления изношенных трущихся поверхностей подшипников скольжения и вкладышей, для придания эстетического вида аппаратам, приборам и элементам интерьера в жилых и административных помещениях.
Полимерные покрытия выполняются с использованием пластмасс и в композициях с различными смолами. Полимерные покрытия применяют для повышения износостойкости подвижных сопрягающих поверхностей деталей и для создания натяга в неподвижных соединениях.
В 50-ых годах 20 века профессорами Д.Н. Гаркуновым и М.В. Крагельским открыто физическое явление «избирательного переноса». Частицами синтезированного вещества заполняются дефектные места детали, где в атомах металла содержится наибольшее количество нескомпенсированных связей. В ходе кристаллизации вещества связи между атомами металла в зоне дефекта восстанавливаются, а наращивание покрытия в этом месте прекращается. К настоящему времени разработаны, апробированы и внедрены фрикционно-регенерирующие составы (ФРС), которые позволяют при возникновении трения в соответствующих узлах образовывать защитное покрытие, с восстановлением изношенной поверхности. ФРС − это структурированная ультрадисперсная металло-органо-керамическая система, содержащая соединения алюминия, олова, дисульфида молибдена, цинка, графита, углерода, серпентита в связующем соединении, обработанная гиперчастотными электромагнитными полями специального назначения. Связующее вещество − это комплексные металло-органические соединения на основе солей поливалентных металлов (цинк, олово, алюминий, сурьма) и органических веществ. Впервые удалось трение перевести из разрушительного процесса в созидательный процесс.
Технологии ревитализации («возвращение жизни») подшипников основаны на введении в зону интенсивного износа трущихся поверхностей специально синтезированных веществ. Промывка узлов подшипника производится при температуре моющего раствора 20 − 30 о С, состоящем на 50 − 70% из воды, 30 − 50% керосина, 0,5% − технического моющего средства «Эльва». Сушка деталей подшипника производится путем протирки салфеткой или обдувом сухим горячим воздухом. Измерять детали подшипниковых узлов промытых в моечной машине, а также собирать их разрешается только после остывания до температуры окружающего воздуха, но не ранее чем через восемь часов после промывки подшипников качения. После зачистки контактной коррозии на кольцах подшипника в обязательном порядке производится дополнительная промывка в таком же моющем растворе. После промывки все детали подшипниковых узлов подвергаются осмотру и дефектовке. Выбираются подшипники для восстановления по следующим признакам: осевой зазор подшипника не соответствует нормам; неплавный ход; тугое вращение; повышенный шум и толчки во время проверки на легкость вращения при условии отсутствия механических повреждений (трещин, задиров более 0,05 мм и других дефектов). Порошок фрикционно-регенерирующего состава засыпается в емкость с маслом компрессорным КБ-1В типа ХФ-12-16 (допускается любое другое масло), из расчета 50 грамм порошка на 1 л масла, и тщательно перемешивается до полного растворения. Восстанавливаемый подшипник устанавливается в капсулу на столе специального стенда. Подшипник опирается в капсулу наружной обоймой, устанавливается горизонтально и включается двигатель стенда для придания вращения одной из обойм подшипника. С помощью нажимного устройства прикладывается усилие конуса стенда на подвижную обойму подшипника с давлением 0,5 − 1 кгс/см 2 . В процессе вращения обоймы подшипника в межкольцевую область (на шарики) подается приготовленный масляный фрикционно-регенерирующий состав ФРС, трущиеся поверхности подшипника должны быть постоянно покрытыми составом ФРС. Через 5 минут меняют направление вращения вала двигателя стенда. По истечению 5 минут, подшипник переворачивают в капсуле с повторным проведением операций по восстановлению. Годными считают подшипники, имеющие ровный без заеданий и толчков ход и нормированный зазор. Для восстановления подшипников качения синтезированная паста наносится на поверхности качения шариков, роликов, внутренней и внешней обоймы в процессе вращения одной из обойм подшипника до получения зазоров в местах сопряжения, которые установлены заводом-изготовителем. Процесс восстановления изношенных поверхностей подшипника занимает в среднем 0,5 часа, расход фрикционно-регенерирующего порошка составляет 15 гр. на один шариковый подшипник.
Данная технология и применяемые составы позволяют повысить надежность работы машин и механизмов со значительным снижением потерь на трение, что позволяет увеличить сроки службы трущихся деталей и смазочных материалов, восстанавливать изношенные пары трения без их разборки в процессе эксплуатации. Многочисленными испытаниями доказано, что обработка подшипников и других механизмов фрикционно-регенерирующим составом позволяет увеличить ресурс различных механизмов, снизить затраты на запчасти и обслуживание в 2 − 5 раз. Технология позволяет восстановить технические параметры изношенных на 75% механизмов до номинальных параметров. Наблюдения в течение нескольких лет показали, что восстановлению подлежат 70% от отбракованных шариковых подшипников и случаев выхода из строя восстановленных подшипников в депо не наблюдается. Долговременный эффект от восстановления подшипников технологией ревитализации заключается в увеличении ресурса подшипников в среднем до 200-300 тыс. км пробега электровозов, участвующих в поездном движении.
Для безразборной технологии восстановления компрессии и давления компрессоров электровозов за счет устранения износа компрессионных и маслосъемных колец применяется триботехнические составы «ХАДО» и «НИОД-5» [22]. На молекулярном уровне оксиды кремния, магния, никеля и других элементов позволяют восстановить кристаллическую решетку на обрабатываемых сопряженных поверхностях, нарастить изношенные поверхности и упрочнить их металлокерамическим покрытием. Технология ревитализации применяется для сокращения износа элементов кривошипно-шатунных механизмов и вкладышей подшипников.
Источник
Классификация методов и способов восстановления деталей подвижного состава
Восстановление детали — комплекс технологических операций по устранению дефектов детали, обеспечивающих возобновление ее работоспособности и геометрических параметров, установленных нормативно-технической документацией.
Дефект — каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.
Дефектная деталь — деталь, показатели качества которой имеют недопустимые отклонения от требований нормативно-технической документации по ремонту.
Устранить одни и те же дефекты возможно различными способами, например изношенные места могут быть отремонтированы хромированием, металлизацией, наплавкой, механической обработкой и другими способами, и наоборот, — один и тот же способ ремонта может быть применен для устранения разных дефектов. Например, сварка применима для восстановления изношенных участков детали, заварки трещин, наплавки резьбы и др.
Способы механической обработки:
— под новый размер (отличный от номинального): индивидуальный (подгонкой); ремонтный;
— под номинальный (первоначальный) размер: добавочными ремонтными деталями (ДР); заменой части детали; смещением осей обрабатываемых поверхностей в новое положение.
Способы слесарно-механической обработки припиловкой, притиркой, шабровкой, постановкой заплат, штифтовкой и склеиванием.
Способы ремонта деталей давлением: раздачей, осадкой, обжатием, вдавливанием, правкой и накаткой.
Наплавка и сварка (газовой, электродуговой при постоянном и переменном токе, автоматической под слоем флюса, электроимпульсной наплавкой и пайкой).
Металлизация (газовая, электрометаллизация высокочастотная плазменная).
Способы электролитического наращивания (хромированием, осталиванием, меднением, химическим никелированием).
Перезаливка антифрикционными сплавами (баббитом и свинцовистой бронзой).
Наиболее широкое применение при восстановлении деталей получили различные виды слесарно-механической обработки. К ним относятся собственно слесарная обработка, механическая обработка, связанная с подготовкой деталей к нанесению покрытий и обработкой после их нанесения, обработка деталей под ремонтный размер, постановка дополнительных ремонтных деталей.
Пластическое деформирование — как способ восстановления основан на использовании пластических свойств материала деталей. Этим способом восстанавливают не только размеры деталей, но также их форму и физико-механические свойства. В зависимости от конструкции деталей применяют такие виды пластической деформации, как осадку, раздачу, обжатие, вытяжку, накатку, правку и др.
Сварка и наплавка — являются самыми распространенными способа восстановления деталей. Сварку применяют при устранении механических повреждений на деталях(трещины, пробоины т. п.), а наплавку — для нанесения покрытий с целью компенсации износа рабочих поверхностей.
Пайка — авторемонтном производстве широко применяется при восстановлении герметичности в полых деталях, при устранении механических повреждений, а также как способ компенсации износа деталей.
Напыление — как способ восстановления деталей основано на нанесении распыленного металла на изношенные поверхности деталей. В зависимости от способа расплавления металла различают виды напыления: электродуговое, газопламенное, высокочастотное, плазменное, детонационное и ионноплазменное.
Восстановление деталей нанесением гальванических и химических покрытий —основано на осаждении металла на поверхности деталей из растворов солей гальваническим или химическим методом. Гальванические и химические процессы применяют при восстановлении изношенных поверхностей деталей, а также для защиты их от коррозии. В целях компенсации износа деталей наиболее часто применяют хромирование, железнение и химическое никелирование. Для защиты: деталей от коррозии применяют гальванические процессы: хромирование, никелирование, цинкование, кадмирование.
Классификация способов восстановления деталей.
Сваркой и наплавкой:
— ручной покрытыми электродами;
— в среде углекислого газа;
— неплавящимся электродом (вольфрамовым) в среде аргона;
— электроконтактной приваркой ленты (проволоки).
Источник
