Основные способы восстановления деталей (часть 1)
Детали, первоначальные размеры которых в процессе эксплуатации изменились, во многих случаях могут быть восстановлены. Износ деталей связан с изменением их геометрической формы и номинальных размеров, что вызывает нарушение посадки сопряженных деталей. Детали можно восстанавливать без изменения размеров и посредством установки или удаления прокладок и подтягивания резьбовых соединений; с изменением начальных размеров, применяя дополнительные втулки, кольца, накладки или детали ремонтных размеров для восстановления начальной формы и качества поверхности, а также для соответствующего посадке зазора или натяжения в сопряжении; с изменениями размеров их путем наращивания изношенных поверхностей для получения ремонтных заготовок и их слесарно-механической обработки или пластичность деформирования в холодном (горячем) виде (раздача, осадка, вдавливание, накатка, правка и др.).
При деформировании, частичном разрушении или повреждении детали восстанавливают правкой, сваркой, пайкой и склеиванием. После этого заготовку со строгой координацией взаиморасположения рабочих поверхностей подвергают слесарно-механической обработке для получения детали заданной точности.
Для ремонта и восстановления деталей применяют такие способы: сварка электродуговая, газовая, под слоем флюса, в среде защитных газов; пайка мягкими и твердыми припоями; механическая и слесарная обработка для постановки дополнительных элементов; клеевая заделка; слесарно-механическая обработка под ремонтный размер; наплавка износостойких сплавов (вибродуговая, электроимпульсная, под слоем флюса, в среде защитных газов); электроискровое наращивание или разрушение (эрозия); металлизация (электродуговая, высокочастотная); нанесение на изношенные места полимерных материалов в виде отвердевающих композиций.
Выбор того или иного метода восстановления деталей обуславливается его экономичностью. Выгодным является тот метод, который полностью восстанавливает эксплуатационно-технические характеристики детали, при этом стоимость ее восстановления ниже стоимости изготовления новой детали, а сроки восстановления – короче сроков изготовления новой.
6.1. Ремонт с установкой добавочных деталей и компенсаторов
Деталь с дефектом поверхности (нарушен присоединительный размер или ее чистота) обрабатывают на станке или с помощью ручного приспособления до таких размеров, чтобы можно было на обработанную поверхность установить дополнительную (ремонтную) деталь. Рабочая поверхность отремонтированной детали должна соответствовать по размерам и чистоте техническим требованиям, предъявляемым к новой детали. Этот способ применяют при ремонте корпусных деталей машин, центровых отверстий шкивов, муфт сцепления и зубчатых колес.
Рис. 6.1. Схемы установки добавочных деталей
Размеры изношенных внутренних цилиндрических поверхностей обычно восстанавливают за счет размещения ремонтной втулки (рис.6.1,а).
Размеры изношенных валов восстанавливают напрессовкой наружных втулок (рис.6.1,б).
Обломанные выкрошившиеся или треснувшие приливы или бобышки скрепляют бандажами (рис.6.1,в).
13 Ремонт деталей сваркой, наплавкой и пайкой
Для качественного ремонта оборудования сваркой механические свойства металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом должны быть не ниже свойств основного материала. Это достигается правильным выбором присадочного материала, покрытий электродов и соблюдением оптимальных режимов сварки.
Подготовка к сварке ремонтируемых деталей не отличается от подготовки новых. Зону швов тщательно зачищают от коррозии и других загрязнений (очистка должна по ширине на каждую сторону на 10 мм превышать ширину шва). На кромках снимают фаски под намеченный вид шва.
Низкоуглеродистые стали можно сваривать как газовой, так и электродуговой сваркой. Среднеуглеродистые стали лучше сваривать электродуговой сваркой. Для сварки деталей, подверженных значительным динамическим нагрузкам, используют присадочные материалы, содержащие никель.
Марганцовистые и низколегированные стали разрешается сваривать как газовой, так и электродуговой сваркой.
Высокопрочные низколегированные коррозионностойкие и различные специальные стали сваривают по особой технологии с применением специальных материалов и электродных покрытий. Упрощенный подход к сварке специальных сталей может привести к отрицательным результатам.
Сварку чугуна выполняют с предварительным общим или местным подогревом деталей (горячая сварка) или без него (холодная сварка).
Выбор способа сварки определяется требованиями к прочности, плотности и обрабатываемости шва, а также зависит от размеров детали. Горячая сварка используется для устранения дефектов на ответственных сильно нагруженных деталях.
Подготовка чугунной детали к сварке производится вырубкой, фрезерованием, сверлением до чистого металла. Использование сварочной дуги и сварочных горелок недопустимо.
Существуют различные способы разделок кромок под сварку (рис.6.2).
Рис. 6.2. Схема подготовки дефекта к сварке:
а – трещина в середине детали; б – трещина на краю детали;
в – разделка кромок для сварки; г – установка ввертышей
Горячую сварку чугуна выполняют при нагреве до 70 °С, превышать указанную температуру не следует, так как это может вызвать рост зерна металла, потерю механической прочности и снизить дальнейшую работоспособность изделия.
Трещины заваривают, накладывая шов поочередно короткими валиками с обоих концов, начиная от высверленных отверстий.
Наплавка ‒ наиболее доступный и распространенный способ восстановления. Существует два способа наплавки: твердым сплавом и металлизацией.
При наплавке твердым сплавом изношенные места деталей наплавляются твердым сплавом в количестве, обеспечивающем прежние размеры детали с учетом ее обработки. Твердыми сплавами можно наплавлять рабочие поверхности (для укрепления) как изношенных, так и новых деталей оборудования (рис.6.3).
Рис. 6.3. Схема наплавки твердым сплавом:
1 – деталь; 2 – слой сталинита; 3 – электрод; 4 – электрод; 5 – гибкий провод;
6 – сварочный аппарат; 7 – слой наплавленного металла
При ремонте оборудования пищевых производств для наплавки деталей можно применять сталинит, сормайт и электроды с износоустойчивыми обмазками. С помощью наплавки твердых сплавов можно восстанавливать зубчатые колеса и сектора, шлицевые валы, зубья блоков конвейеров, кулачки и т.д.
Механическую обработку деталей, наплавленных твердым сплавом, производят резцами с пластинками из твердых металлокерамических сплавов и шлифовальными кругами. Твердые сплавы можно наплавлять на стальные и чугунные детали (с предварительным подогревом).
Наплавка металлизацией состоит в нанесении на поверхность мельчайших частиц расплавленного металла при помощи специального аппарата металлизатора.
Последовательно нанося ряд слоев на металл, можно получить общую толщину наплавленного слоя в несколько миллиметров. На деталь можно наносить различные сплавы и металлы – сталь, медь, алюминий др.
Перед металлизацией поверхность очищают от грязи, обезжиривают и придают шероховатость. Проволока для металлизации (присадочный материал подбирается в зависимости от назначения и материала ремонтируемой детали). Металлизация применяется в основном для восстановления изношенных деталей цилиндрической формы: валов, втулок, штоков, а также в особых случаях, например, в целях повышения жаростойкости, улучшения теплопроводности и т.д.
Пайку используют при ремонте машин, аппаратов, трубопроводов и приборов автоматики для соединения и закрепления тонкостенных деталей и деталей из разнородных металлов, уплотнения резьбовых соединений, устранения пористости сварных швов, пористости чугунных и бронзовых отливок, заделки, сборки схем электрического управления.
Технология процесса пайки состоит из следующих операций:
1) механической очистки поверхностей;
2) нагрева места пайки до температуры плавления припоя;
3) удаления окислов с поверхностей и предохранения их от окисления при пайке;
4) введения припоя в место пайки;
5) обработки шва.
В зависимости от технических требований и паяльных соединений применяют пайку легкоплавкими (температура плавления до 500 °С) или тугоплавкими припоями (свыше 500 °С).
Механическая очистка поверхностей при пайке деталей из стали и чугуна производится напильником, шабером или наждачной бумагой. Для удаления с поверхностей соединяемых деталей пленки окислов и других примесей, препятствующих пайке, используют флюсы в виде порошков или паст, которые насыпают или намазывают в необходимом месте. В качестве флюсов применяют буру, соляную кислоту, канифоль, нашатырь, хлорид цинка и фторид натрия. Бура рекомендуется при пайке твердыми припоями, при пайке мягкими припоями флюсом является канифоль.
Температура пайки должна быть на 45 – 50 °С выше температуры расплавления припоя. При пайке мягкими припоями после очистки места спая покрывают флюсом, и детали накрепко соединяют одну с другой при помощи паяльников. Оптимальные зазоры между сопрягаемыми поверхностями шва – 0,1 – 0,15 мм. При пайке тугоплавкими припоями пайку выполняют медно-цинковыми, медно-фосфорными или серебряными припоями, а также латунями. Соединяемые поверхности деталей должны быть плотно пригнаны и стянуты проволокой для обеспечения их неподвижности. Крупные детали предварительно соединяют заклепками или соединяют посредством «ласточкина хвоста».
Пайка алюминия и его сплавов выполняется либо с механическим удалением оксидной пленки заостренным инструментом (абразивная пайка), либо с химическим ее растворением высокоактивными флюсами (Ф380А; 34А), содержащими фториды и хлориды калия, натрия и лития.
Для припаивания к меди, стали и их сплавам алюминий предварительно лудят чистым цинком, после чего пайку выполняют обычным способом. По окончании пайки остатки флюса (во избежание разъединения) должны удаляться из швов щетками. Затем швы следует промыть сначала горячей водой, а затем холодной.
14 Ремонт деталей с применением давления
Способ основан на восстановлении размеров сопряженных поверхностей путем перераспределения металла в объеме детали. Направленное перемещение металла достигается с помощью специальных приспособлений: матриц, пуансонов, оправок; при этом прикладываются усилия, превышающие предел текучести материала.
Ремонт способом пластической деформации (рис.6.4) применим только для деталей, изготовленных из пластических материалов (сталь, медь, алюминий, латунь).
Рис. 6.4. Схема изменения размеров детали пластической деформацией:
а – раздача поршневого кольца; б – обжим втулки; 1 – основание; 2 – матрица;
3 – палец; 4 – обжимка; 5 – втулка
Для повышения пластичности детали перед обработкой предварительно отжигают.
Существуют способы восстановления деталей давлением. К ним относятся: осадка, раздача, обжим, правка, накатка и чеканка.
Осадку применяют для увеличения наружного диаметра или уменьшения внутреннего диаметра за счет уменьшения высоты детали.
Раздачей восстанавливают полые цилиндрические детали, у которых износ наружной поверхности компенсируется за счет уменьшения толщины стенки.
Обжим применяют для уменьшения размера внутренней поверхности за счет уменьшения размера наружной поверхности детали. Наружный диаметр обжатой втулки восстанавливают электролитическим путем, а внутренний диаметр развертывают до требуемого размера.
Правкой восстанавливают валы, оси, тяги, штанги, рычаги, балки и другие детали. Процесс осуществляют на прессах, плитах с помощью специальных приспособлений. Детали выправляют в холодном состоянии или после нагрева (при наличии в них больших деформаций).
Накаткой увеличивают размеры термически необработанных поверхностей, на которых устанавливают детали с неподвижной посадкой (шейки валов и осей и др.). Цилиндрические поверхности накатывают рифленым роликом на токарном станке. Аналогичный результат получают при частной керновке поверхностей. Накатанную или накерненную деталь шлифуют под размер, обеспечивающий необходимую посадку.
Чеканка заключается в устранении дефектов (непроваров, раковин, мелких трещин) за счет пластичной деформации поверхностных слоев металла с помощью специальных инструментов – чеканок. Этот способ ремонта применяется преимущественно для устранения небольших течей в сварных и клепанных швах теплообменных аппаратов.
Рассмотренные способы ремонта экономически целесообразно применять только при исправлении больших партий одинаковых деталей.
Кроме вышеперечисленных способов в пищевой промышленности находят применение следующие способы: ремонт деталей путем электролитического наращивания металла; химико-термическая обработка при ремонте деталей; ремонт деталей электроискровой обработкой; ремонт деталей из пластических масс механической обработкой и сваркой; ремонт деталей склеиванием и защитой поверхностей деталей от коррозии.
Источник
V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2013
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ.
Наиболее распространёнными из них в ремонтном производстве являются:
— восстановление посадок с изменением начальных размеров детали;
— восстановление посадок с восстановлением начальных размеров детали.
К методам восстановления посадок с изменением начальных размеров относят способы восстановления связанные с применением дополнительных деталей (постановка ремонтных колец, постановка стальных свёртных втулок, приварка стальной ленты).
К методам восстановления посадок с восстановлением начальных размеров относят способы восстановления связанные с наращиванием изношенных поверхностей деталей (металлизация, наплавка, нанесение электролитических покрытий, электроискровое легирование, нанесение полимерных покрытий) и способы, связанные с пластической деформацией деталей (кернение, газопламенная обработка).
Способ восстановления изношенных посадочных отверстий корпусных деталей постановкой ремонтных колец заключается в предварительном растачивании изношенных отверстий с последующей запрессовкой ремонтного кольца с натягом 0,05. 0,15 мм, которое стопорят винтами, клеями или другими способами и растачивают под номинальный размер.
Широкое применение данного способа в ремонтном производстве сдерживается из-за присущих ему недостатков: высокой трудоёмкости и себестоимости восстановления, сложности технологического процесса и применяемого оборудования, возможности нарушения параллельности осей и межосевых расстояний отверстий, ослабления жёсткости корпусных деталей в результате их расточки (на 4. 5 мм) и запрессовки колец, нерационального расхода металла, высокой точности и чистоты окончательной обработки поверхности (8. 9 класс точности), что требует использования труда высококвалифицированных рабочих.
Сущность способа восстановления посадочных мест деталей приваркой стальной ленты заключается в том, что на предварительно расточенную поверхность детали накладывают стальную ленту и приваривают её электрической контактной шовной сваркой. Окончательной операцией является механическая обработка восстановленной поверхности расточными резцами.
Контактная сварка чугунной детали и стальной ленты не приводит к значительным напряжениям в сварном соединении, так как процесс образования сварной точки длится 0,05…0,1 с, и происходит при высоких скоростях нагрева и под воздействием давления, способствующего уплотнению металлов, устранению различных макро- и микродефектов. Термическое воздействие на чугунную деталь снижается охлаждением зоны сварки водой. При остывании сварного шва трещины, как правило, не образуются. Контактная сварка чугуна и стали не требует флюсов, при этом не выделяются вредные газы, процесс сварки можно полностью механизировать и автоматизировать. Возможна сварка металлов различных по химическому составу и толщине.
Вместе с тем имеются следующие недостатки: невозможность восстановления отверстий корпусов изготовленных из цветных сплавов, требуется специальное оборудование, возникают трудности восстановления отверстий малого диаметра, не исключаются дефекты сварочного соединения, требуется выполнение механической обработки, что увеличивает стоимость восстановления, не исключены нарушения параллельности осей и межосевых расстояний отверстий. Кроме того, данный способ характеризуется трудоёмкостью обработки нанесённого слоя.
Сущность наплавки заключается в нанесении на изношенную поверхность деталей расплавленного металла в целях восстановления её размеров.
Для нанесения металлических покрытий на изношенные поверхности деталей применяются следующие виды наплавки: электродуговая под слоем флюса, электродуговая в среде защитных газов, электроконтактная, вибродуговая в различных средах, газопорошковая, плазменная, жидким металлом (лужение) и другие.
Несмотря на большое разнообразие видов наплавки наиболее распространёнными для восстановления деталей считаются газопорошковая и плазменная наплавки, при которых непосредственно на изношенную поверхность наносят расплавленный порошок или проволоку газовой или плазменной горелкой. Подготовка детали к восстановлению заключается в растачивании посадочного места и его обезжиривании. После восстановления поверхности наплавкой металла отверстие растачивают под номинальный размер.
Восстановление посадочных мест корпусных деталей при помощи газопламенной обработки относится к способам восстановления деталей пластической деформацией. Данный способ заключается в использовании деформаций поверхности деталей под влиянием внутренних напряжений, образующихся в результате нагрева движущимся ацетилено-кислородным пламенем горелки.
Достоинствами способа являются: повышение твёрдости в поверхностных слоях посадочных отверстий (до 450 кгс/мм 2) и износостойкости (в 1,5…1,8 раза); уменьшение интенсивности изнашивания посадочных поверхностей (в 1,2…1,4 раза) по сравнению с поверхностями новых деталей.
Вместе с тем, процесс газопламенной обработки имеет следующие недостатки: необходим дополнительный прогрев детали до 200…250С для уменьшения остаточных напряжений; по окончании обработки необходимо проводить искусственное старение (нагрев до 600С и выдержка 10 мин), а охлаждение во избежание появления трещин осуществлять в термостате; происходит релаксация остаточных напряжений приводящая к изменению геометрических размеров; плохие условия труда.
Применение данных способов наплавки обусловлено простотой технологического процесса и используемого оборудования, высокой производительностью, возможностью получения поверхностей любых размеров.
Нет универсального способа обработки поверхности для удовлетворения комплекса предъявляемых требований. Поэтому постоянно появляются новые способы легирования металлических поверхностей и в их числе — электроискровое легирование — процесс перенесения материала на обрабатываемую поверхность искровым электрическим разрядом.
С момента появления этот способ привлек к себе внимание технологов в связи со следующими специфическими особенностями:
-материал анода (легирующий материал) может образовывать на поверхности катода (легируемая поверхность) чрезвычайно прочно сцепленный с поверхностью слой покрытия; в этом случае не только отсутствует граница раздела между нанесенным материалом и металлом основы, но происходит даже диффузия элементов анода в катод;
-процесс легирования может происходить так, что материал анода не образует покрытия на поверхности катода, а диффузионно обогащает эту поверхность своими составными элементами;
— легирование можно осуществлять в строго указанных местах (радиусом от долей миллиметра и более), не защищая при этом остальную поверхность детали;
— технология электроискрового легирования металлических поверхностей очень проста, а необходимая аппаратура малогабаритна и транспортабельна.
Источник
