Способы восстановления деталей оборудования

Способы восстановления деталей

В ремонтной практике применяются следующие основные способы восстановления изношенных деталей: механическая и слесарная обработка, сварка, наплавка, металлизация, хромирование, никелирование, осталивание, склеивание, упрочнение поверхности деталей и восстановление их формы под давлением. Как правило, после восстановления детали одним из способов ее подвергают механической или слесарной обработке, что необходимо для восстановления посадок сопряженных деталей, устранения овальности или конусности их поверхностей, обеспечения требуемой чистоты обработки.

Механической и слесарной обработкой восстанавливают детали с плоскими сопрягаемыми поверхностями (направляющие станин, планки, клинья). При износе направляющих до 0,2 мм их восстанавливают шабрением, при износе до 0,5 мм — шлифованием, а при износе более 0,5 мм — строганием с последующим шлифованием или шабрением.

При ремонте валов, осей, винтов и т. п. в первую очередь проверяют и восстанавливают их центровые отверстия. После этого поверхности, имеющие незначительный износ (царапины, риски, овальность до 0,02 мм), шлифуют, а при более значительных износах наращивают, обтачивают и шлифуют до ремонтного размера.

При ремонте изношенных деталей нередко возникают трудности при выборе способа базирования детали для обработки в связи с изменением основной установочной базы изношенной детали. В таких случаях ориентируются не на основные установочные, а на вспомогательные базы, и от них ведут обработку рабочих поверхностей. Наряду с восстановлением деталей механической обработкой при ремонте негодную часть детали иногда заменяют новой.

Применение компенсаторов износа. Чтобы восстановить первоначальные посадки сопряженных деталей, при их значительном износе применяют детали-компенсаторы. Одну из сопрягаемых деталей обрабатывают до ближайшего ремонтного размера и во вторую вставляют промежуточную деталь-компенсатор. Детали-компенсаторы могут быть сменными и подвижными. Сменные компенсаторы устанавливают в сопряжении, в котором износ появился к моменту ремонта. Подвижные компенсаторы устанавливают тогда, когда можно, не производя ремонта, соответствующим перемещением компенсатора относительно основных деталей устранить зазор, образующийся вследствие износа деталей. Сменными компенсаторами для цилиндрических деталей служат втулки и кольца, а для плоских— планки. Для наиболее распространенных узлов станков сменные детали-компенсаторы целесообразно заготавливать заранее в соответствии со шкалой ремонтных размеров.

Типовые случаи применения деталей-компенсаторов, используемых для устранения износа сопряжений, показаны на рис.2. При износе наружной цилиндрической поверхности вала на него напрессовывают или сажают на клей втулку (рис. 2, а). На износившуюся шейку коленчатого вала устанавливают полувтулку (рис. 2, б). Если в отверстии «разработалась» резьба, то в него ввертывают дополнительную втулку (ввертыш) с вновь нарезанной резьбой (рис. 2,в). При износе внутренней цилиндрической или конусной поверхности в деталь также вставляют втулку (рис. 2,г). Износ плоскостей чаще всего компенсируют планкой (рис. 2, д), которую привинчивают к ремонтируемой детали. Как видно из примеров, сменные детали в большинстве случаев скрепляют с одной из деталей сопряжения при помощи прессовой посадки, винтов, сваркой или универсальным клеем.

Ремонт повреждений и заделка трещин. Дефекты, возникающие в деталях в результате действия внутренних напряжений, больших усилий или из-за механических повреждений (трещины, пробоины, значительные задиры, царапины и выкрашивания), устраняют слесарно-механической обработкой. Трещины и пробоины запаивают, заваривают, заливают, металлизируют, ставят штифты и заплаты. Заплаты применяют для заделки пробоин и больших трещин, соединяя заплату с основной деталью винтами или заклепками. Для чугунных и дюралюминиевых деталей используют винты, а для стальных — еще и заклепки.

Восстановление деталей сваркой и наплавкой

При ремонте оборудования сварку применяют: для получения неразъемных соединений при восстановлении разрушенных и поврежденных деталей, для восстановления размеров изношенных деталей и повышения их износостойкости путем наплавки более стойких металлов.

Автоматизированные процессы сварки и наплавки являются более совершенными и экономически эффективными по сравнению с ручными способами. Наибольшее распространение в ремонтной практике получила автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка и наплавка под слоем флюса. Ручные способы сварки и наплавки менее совершенны, но являются незаменимыми при ремонте деталей машин в неспециализированных ремонтных предприятиях благодаря маневренности, универсальности и простоте процесса.

Газовую сварку применяют для восстановления деталей из серого чугуна. Детали малого размера и веса сваривают без предварительного подогрева, а крупные детали предварительно нагревают.

Электродуговая сварка более экономична и создает более надежное сварное соединение по сравнению с газовой сваркой.
Правильная подготовка детали к сварке обеспечивает высокое качество наплавленного слоя и прочное сцепление его с основным металлом. Перед сваркой детали очищают и разделывают их кромки. Поверхность деталей очищают стальной щеткой, напильником, наждачным полотном, абразивным кругом, пескоструйным аппаратом, затем промывают бензином или керосином, а также подвергают щелочному травлению. Кромки листов свариваемых встык разделывают (скашивают) под углом (60—70°), а края изломов и пробоин выравнивают.

Наплавка является одним из основных методов восстановления деталей. Она широко применяется в тех случаях, когда трущимся поверхностям необходимо придать большую износоустойчивость. Наплавляют два, три и более слоев часто твердыми сплавами, позволяющими увеличить срок службы деталей в несколько раз. Качество наплавки в значительной степени зависит от состояния восстанавливаемой поверхности. Чугунные и стальные детали из малоуглеродистой стали перед наплавкой обезжиривают с целью удаления масла из пор и трещин. Для этого поверхность детали обжигают газовой горелкой, паяльной лампой или в нагревательных печах. Копоть налет окислов после обжига удаляют с поверхности детали наждачным полотном или ветошью, смоченной керосином или бензином. Участок детали под наплавку обрабатывают стальными щетками или абразивными кругами.

Восстановление деталей металлизацией

Металлизацией называется нанесение расплавленного металла на поверхность детали. Расплавленный металл в специальном приборе — металлизаторе струей воздуха или газа распыляется на мельчайшие частицы и переносится на предварительно подготовленную поверхность детали. Нанесенный слой не является монолитным, а представляет собой пористую массу, состоящую из мельчайших окисленных частиц.

Способом металлизации восстанавливают размеры посадочных мест для подшипников качения, зубчатых колес, муфт, шеек коленчатых валов и т. п. Чтобы металлизационный слой прочно соединился с поверхностью детали, поверхность очищают от грязи и масла и подвергают пескоструйной обработке.

Твердость металлизационного покрытия определяется качеством наносимого материала.

Гальванические покрытия

Для повышения поверхностной твердости деталей и увеличения их сопротивления механическому износу, а также для восстановления размеров деталей их покрывают слоем хрома (хромируют) толщиной 0,25 и 0,3 мм.

Твердые хромовые покрытия подразделяются на два вида: гладкое и пористое. При гладком хромировании смазка на поверхности детали не удерживается из-за плохой «смачиваемости». При работе деталей возникает сухое трение, на трущихся поверхностях появляются задиры. Для устранения этого недостатка применяют пористое хромирование. В порах и каналах, образующихся на наружной поверхности детали, задерживается смазка, снижающая износ и удлиняющая срок службы деталей. Твердое гладкое хромирование применяют для восстановления размеров деталей, работающих с неподвижными посадками, а пористое — для деталей, работающих при значительных удельных давлениях, повышенных температурах и с большими скоростями скольжения. Поры и каналы в хромовых покрытиях чаще всего образуются электрохимическим способом, при помощи анодного травления.

Восстановление деталей путем гальванического наращивания слоя стали (осталивание, или железнение) — один из эффективных методов современной технологии ремонта. Осталивание в отличие от хромирования позволяет наносить слой металла значительно большей толщины (2—3 мм и более). Этим способом целесообразно восстанавливать; детали с неподвижными посадками или детали с невысокой поверхностной твердостью; детали, работающие на трение при величине износа более 0,5 мм; детали, работающие одновременно на удары и истира ние.

Твердое никелирование. Повышенная твердость никелевых покрытий достигается за счет применения электролитов специального состава, обеспечивающих получение осадков никеля с фосфором. Никелевые покрытия с содержанием фосфора обычно называют никельфосфорными покрытиями, а процесс их получения — твердым никелированием. Твердое никелирование может осуществляться электрическим и химическим способами. Химическое никелирование является более простым и осуществляется путем выделения никеля из растворов его солей с помощью химических препаратов — восстановителей.

Восстановление изношенных деталей давлением

Поврежденные и изношенные детали можно восстанавливать давлением. Этот способ основан на использовании пластичности металлов, т. е. их способности под действием внешних сил изменять свою геометрическую форму, не разрушаясь. Детали восстанавливают до номинальных размеров при помощи специальных приспособлений, путем перемещения части металла с нерабочих участков детали к ее изношенным поверхностям. При восстановлении деталей давлением изменяется не только их внешняя форма, но также структура и механические свойства металла. Применяя обработку давлением, можно восстанавливать детали, материал которых обладает пластичностью в холодном или нагретом состоянии. Изменение формы детали и некоторых ее размеров в результате перераспределения металла не должно ухудшать их работоспособность и снижать срока службы. Механическая прочность восстановленной детали должна быть не ниже, чем у новой детали.

К основным видам восстановления различных деталей давлением относятся:

• осадка при восстановлении втулок, пальцев, зубчатых колес;
• раздача при восстановлении пальцев поршней, роликов автоматов и т. п.;
• обжатие при восстановлении вкладышей подшипников и втулок;
• вдавливание при восстановлении зубчатых колес и шлицевых валиков;
• правка для выправления гладких и коленчатых валов и рычагов;
• накатка для увеличения диаметра шеек и цапф валов за счет поднятия гребешков металла при образовании канавок.

Метод пластического деформирования при ремонте деталей применяется не только для восстановления размеров изношенных деталей, но и с целью повышения их прочности и долговечности. Поверхностное упрочнение деталей повышает износостойкость и прочность деталей.
Пластическое деформирование деталей производят также обработкой стальной или чугунной дробью, чеканкой, обкаткой роликами или шариками.

Восстановление и склеивание деталей с использованием пластмасс

Для восстановления изношенных деталей при ремонте металлорежущих станков применяют пластмассы. В качестве клея пластмассы широко используются для склеивания поломанных деталей, а также для получения неподвижного соединения деталей, изготовленных из металлических и неметаллических материалов. При ремонте металлорежущих станков наибольшее распространение получили такие пластмассы, как текстолит, древеснослоистые пластики и быстро твердеющая пластмасса— стиракрил. Текстолит и древеснослоистые пластики применяются для восстановления изношенных поверхностей направляющих станков, изготовления зубчатых колес, подшипников скольжения, втулок и других деталей с трущимися рабочими поверхностями.

Одним из эффективных способов получения неподвижных соединений является склеивание деталей. По сравнению с клепкой, сваркой и сбалчиванием клеевые соединения имеют такие преимущества, как соединение материалов в любом сочетании, уменьшение веса изделий, герметичность клеевых швов, антикоррозионную стойкость и во многих случаях снижение стоимости ремонта изделия. В практике ремонта металлорежущих станков широко используется карбинольный клей и клей типа БФ. Детали, склеенные карбинольным клеем с наполнителем из непористого материала, устойчивы против действия воды, кислот, щелочей, спирта, ацетона и подобных растворителей. Различные марки клея БФ отличаются содержанием компонентов и назначением.

Процесс восстановления деталей склеиванием состоит из трех этапов: подготовки поверхности, склеивания и обработки швов. Поверхности деталей, подлежащих склеиванию, очищаются от масла, загрязнений и хорошо пригоняются. Клей наносят кистью или стеклянной палочкой. Жидкий клей наносят на обе соединяемые поверхности.

Для склеивания деталей, работающих при температуре 60—80° С, применяют клей БФ-2. Для склеивания деталей, работающих в щелочной среде, — клей БФ-4. Клеем БФ-6 приклеивают ткани и резину к металлу.

Клей БФ наносят на склеиваемые поверхности в два слоя с перерывом примерно в 1 ч 15 мин. Соединяемые детали принимают одну к другой (1 — 15 кГ/см 2 ) и выдерживают под прессом.

Выдержка склеенных деталей под прессом

Марка клея	БФ-2	БФ-4	БФ-6
Температура, °С	120—200	60—90	150—200
Длительность выдержки, ч	1—3	3—4	0,25—1

Чтобы разобрать склеенные детали, их необходимо нагреть до 200° С и выше.

Источник

Классификация способов восстановления деталей и их характеристика

В настоящее время инженеры активно работают над созданием новых и усовершенствованием традиционных способов восстановления деталей. И на то есть объективные причины: во-первых, в некоторых случаях изготовление новых изделий из дорогостоящей стали является более затратным с точки зрения ресурсов, а во-вторых, у предприятия просто нет технологической возможности производства сложных по форме и техническим требованиям новых деталей.

В усовершенствовании различных способов восстановления изношенных деталей заинтересованы организации, которые эксплуатируют сложную и дорогую технику (например, карьерные самосвалы особо большой грузоподъемности).

Общие положения

Все способы восстановления деталей направлены на регенерацию эксплуатационных свойств и первоначальных характеристик изделия. В процессе работы трущиеся поверхности пар трения могут изнашиваться (вследствие чего меняются их размеры), крошиться (в результате накопления усталостных напряжений при частых знакопеременных нагрузках), получать механические повреждения, изменять свои физические и механические свойства. Отдельный вид повреждений в ходе эксплуатации – нарушение (повреждение) защитного антикоррозионного и износостойкого покрытия.

Способы и методы восстановления деталей отличаются широким разнообразием. Впрочем, износ деталей машин может иметь разные последствия и разный механизм образования и причины возникновения. При выборе конкретной технологии восстановления изношенных поверхностей инженер в первую очередь должен учитывать, какими свойствами (механическими и физическими) должно обладать изделие.

Так, в некоторых случаях, необходимо добиться максимальной усталостной прочности конструкции и упругости. Иногда же критичным является химический состав поверхностного слоя, что позволяет повысить жаростойкость, красноломкость (хладноломкость), устойчивость к воздействию агрессивных сред, поэтому в каждом конкретном случае следует отдавать предпочтение тому способу восстановления деталей, который может всем требованиям. К особым технологическим и конструкторским требованиям относятся также целостность (отсутствие пор, микротрещин, неметаллических включений), масса отдельных элементов конструкции и изделия в целом, показатели шероховатости, механические свойства (твердость и микротвердость), возможность обработки резанием и давлением (дополнительное упрочнение за счет деформации поверхностного слоя и возникновения наклепа), точность геометрических отклонений поверхностей и форм.

Классификация способов восстановления деталей по типу устраняемых дефектов

Все многообразие методов восстановления, в зависимости от природы дефектов, обычно делят на следующие группы:

• обработка резанием и слесарная обработка;
• сварка и пайка;
• пластическая деформация;
• наплавление;
• диффузионная металлизация, а также напыление;
• гальванические технологии;
• химико-термическая обработка (ХТО), а также традиционная термическая обработка;
• использование композиционных материалов.

Классификация способов восстановления в зависимости от характера воздействия на деталь

По указанному принципу все операции по восстановлению делятся на три группы:

• обработка без снятия припусков;
• обработка деталей со съемом материала;
• технологические операции, сопряженные с нанесением покрытий и материалов тем или иным способом.

Есть смысл дать более детальную классификацию перечисленных групп, так как каждая из них включает множество методов обработки с использованием самого разного оборудования и принципов. В некоторых случаях возможно дублирование в наименовании способа восстановления деталей, так как один способ может одновременно относиться к нескольким группа.

Восстановление без снятия припусков:

• упрочнение и формообразование посредством холодного и горячего пластического деформирования, калибровка;
• химико-термическая обработка (осуществляется с целью повышения твердости, улучшения эксплуатационных характеристик);
• термическая обработка (повышения твердости, снятие опасных напряжений и так далее).

Способы восстановления изношенных деталей, сопряженные со снятием слоя материала:

• механообработка резанием;
• электрофизическая обработка;
• комбинированные методы.

К последней подгруппе относятся методы, которые позволяют наносить на поверхность детали дополнительный защитный слой материала. К основным способам восстановления деталей с нанесением покрытий относятся следующие:

• нанесение металлических и неметаллических покрытий в печи (металлизация, напыление, наплавка и другие);
• электрофизические методы нанесения покрытий (гальванические ванны, электроискровые способы и так далее).

Характеристика слесарно-механических восстановительных операций

Данный способ восстановления и упрочнения деталей применяется в тех случаях, когда возникает необходимость в получении нового или прежнего ремонтного размера изделия, а также тогда, когда необходимо произвести установку нового элемента восстанавливаемого изделия машиностроения. Так, механическая и слесарная обработка могут служить своего рода промежуточной операцией, направленной на подготовку поверхностей под нанесение и напыление дополнительных упрочняющих покрытий. Однако наиболее часто обработка резанием является окончательной и направлена на исправления дефектов формы и поверхности, возникших по той или иной причине. Такими причинами могут быть поверхностная и объемная деформация деталей и заготовок с целью придания им большей прочности и максимально выгодных эксплуатационных характеристик, наплавка металлического порошка и электрода и так далее.

Обработка в размер должна обеспечить все технологические и конструкторские требования: чистоту и шероховатость поверхностей, значения и величину зазора или натяга (если посадка осуществляется с натягом), отклонения геометрической формы и так далее.

Инженер делает выбор в пользу того или иного механического способа восстановления детали, учитывая целый различных факторов. Так, если степень износа детали очень большая, то есть смысл произвести установку дополнительной ремонтной части. В таком случае наплавка с последующей обработкой будет стоить значительно дороже и требует очень высокой квалификации от исполнителя. В качестве таких деталей, в основном, служат всевозможные втулки и переходники.

Характеристика восстановления деталей пластической деформацией

Деформирование применяется как для изменения формы и геометрических размеров детали, так и для улучшения эксплуатационных характеристик поверхности изделия (показатель твердости и износостойкости).

С изменением формы все понятно: при прикладывании к твердому телу значительной по величине нагрузки и последующем снятии ее, остается остаточная деформация. Данный способ восстановления деталей машин применяется на практике при необходимости выровнять изделия, которые получили повреждения в результате столкновения. К данному виду работ можно отнести как кузовные работы на автомобиле, попавшем в аварию, так и рихтование толстого стального листа. Часто необходимость проведения обработки давлением возникает после обработки сваркой: при нанесении шва определенные локальные зоны сильно нагреваются, что приводит к линейному расширению определенных элементов сварной конструкции. При остывании происходит обратный процесс – уменьшение в размерах, что приводит к короблению и нарушению геометрии всего изделия. Поэтому при наличии строгих требований по форме и отклонениям конструкции она подвергается обработке давлением с целью исправить дефект.

Также обработка давлением может применяться с целью упрочения поверхностей восстанавливаемого изделия, например, после наплавки или же после механического снятия резанием определенного припуска с детали. Упрочнение деформацией – довольно редкий способ восстановления деталей. Выбор в пользу данной методики осуществляется крайне редко. Это обусловлено тем, что для упрочнения поверхностной пластической деформацией необходимо довольно дорогостоящее оборудование. Приобретать такие станки для того, чтобы изредка ими пользоваться в случае возникновения необходимости в восстановлении, экономически нецелесообразно.

Сущность упрочнения деформацией. Физика процесса

За счет чего улучшаются прочностные качества при деформировании поверхностного слоя? Хороший вопрос. Ответ на него кроется в радиационной теории атомного строения кристаллических веществ.

Ученым удалось доказать, что прочность зависит от количества дефектов кристаллического строения. По их подсчетам, тонкая металлическая нить из идеально чистого железа без точечных и линейных дефектов строения способна выдерживать колоссальные нагрузки. Однако реальные тела всегда имеют дефекты, поэтому несущая прочность такой проволоки в реальных условиях довольно маленькая. Но когда количество дефектов возрастает, то возникает парадоксальное явление – прочностные характеристики улучшаются. Это объясняется тем, что большое количество дефектов создает препятствия для их перемещения и выхода на поверхность зерен, то есть препятствует возникновению концентраторов напряжений.

Именно на этом и основано упрочняющее действие обработки давлением: при деформации возникает огромное количество дефектов внутри зерен. При этом сами зерна приобретают характерную форму – так называемую текстуру. Следует отметить, что данный метод позволяет не только повысить прочность и износостойкость, но и уменьшить шероховатость обрабатываемой поверхности.

Способ восстановления деталей наплавкой

Данный метод является наиболее распространенным при восстановлении исходных размеров детали. Причина тому – относительная дешевизна и простота. Для восстановления геометрии изделия понадобится лишь сварочный аппарат и необходимый материал для наплавки.

В том случае, если размер очень сильно разбит, то применяется так называемая комбинированная наплавка. Сущность ее заключается в следующем: сначала посредством газопламенного или электродугового нагрева производится нанесение обычной стали или чугуна. А уже затем осуществляется электродуговая наплавка прочного сплава, обладающего хорошим комплексом механических и физических свойств. Качество поверхности после наплавки можно охарактеризовать как неудовлетворительное, поэтому необходимо припуск. Данная операция может проводиться на токарном, фрезерном или на расточном станке. Допускается также использование долбления и абразивного инструмента (если наплавленный материал очень твердый).

Гальванические методы в восстановлении деталей

При рассмотрении классификации способов восстановления деталей нельзя не упомянуть о гальванике. Данный метод очень распространен. Гальванические ванны уже давно прочно вошли в промышленность и активно применяются как на производственных предприятиях, так и в исследовательских лабораториях. Область их применения невероятно обширна: от нанесения декоративных покрытий, то травления материалов.

Как правило, данный способ применим лишь при незначительной степени износа трущихся поверхностей, так как толщина наносимых гальваническим способом покрытий очень маленькая. Помимо восстановления заданных размеров, такое покрытие может выступать в качестве защитной пленки и предотвращать коррозию и окисление материалов.

Преимуществом такого метода является возможность получения покрытий с использованием самых разных материалов: никель, хром, алюминий, железо, медь, серебро, золото и так далее. Поэтому нанесение покрытий гальваническим способом используется в очень многих отраслях народного хозяйства.

Характеристика методов термической и химико-термической обработки в восстановлении изделий

Трудно преувеличить роль термической обработки в целом в машиностроении, так и в сфере восстановления деталей в частности. Она позволяет получать необходимые эксплуатационные (износостойкость, твердость) и технологические (обрабатываемость резанием, теплопроводность) качества.

Химико-термическая обработка – это отдельная тема. В отличие от традиционной термической обработки, при осуществлении ХТО изделие подвергается не только воздействию температуры, но также и химической реакции с атомами и ионами других веществ. Атомы диффундируют на определенную глубину внутрь, меняя тем самым химический состав поверхностного слоя. Свойства диффузионного слоя значительно отличаются (в лучшую сторону) от исходного материала. Так борирование (насыщение атомами бора) и цементация (насыщение атомами углерода) значительно увеличивает твердость, способствует уменьшению коэффициента трения. На практике в качестве насыщающих элементов применяют также кремний, азот, алюминий и другие элементы.

Заключение

Приведенная характеристика способов восстановления деталей не является исчерпывающей. Дается представления лишь об основных и наиболее распространенных методах. Всего же их гораздо больше. Причем ученые всего мира постоянно работают над созданием новых и усовершенствованием уже известных способов нанесения покрытий и восстановления геометрических размеров деталей.

Источник