3.4.4 Методы восстановления работоспособности деталей, узлов и агрегатов автомобиля
Основная задача, которую преследуют ремонтные предприятия, это снижение себестоимости ремонта автомобилей и агрегатов при обеспечении гарантий потребителей, т.е. гарантии послеремонтного ресурса.
Классы восстанавливаемых деталей:
Корпусные – блок и головка цилиндров, картеры коробки передач и ведущего моста, рулевого механизма, различные крышки и др., которые изготавливаются из чугуна или алюминиевых сплавов.
Круглые стержни – различные валы (коленвалы, распредвалы, карданные валы, поршневые кольца, клапаны и др.), изготавливаемые из углеродистых и высоколегированных сталей и высокопрочных чугунов.
Полые цилиндры – (гильзы, ступицы колес, тормозные цилиндры, муфты подшипника выключения сцепления) изготавливают из различных чугунов и углеродистых сталей.
Диски – маховики, тормозные барабаны, нажимные и ведомые диски сцепления, диски колес изготавливают из чугуна и листовой стали.
Некруглые стержни – шатуны, балки передней оси, вилки, рычаги переключения передач и др. Материал изготовления весьма разнообразен.
Технология восстановления работоспособности деталей относиться к разряду наиболее ресурсо-сберегающих, так как по сравнению с изготовлением новых деталей сокращаются на 70 %. Основным источником экономии ресурсов являются затраты на материалы. Средние затраты на материалы при изготовлении детали составляют 38 %, а при восстановлении – 6,6 % от общей себестоимости. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5…8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей. Основное количество отказов деталей автомобиля вызвано износом рабочих поверхностей до 50 %; 17,1 % связано с повреждениями и 7,8 % вызвано появлением различных трещин. Основное место среди всех отказов автомобиля занимает двигатель – до 43 % отказов. Примерно 85 % деталей восстанавливают при износе не более 0,3 мм, т.е. их работоспособность восстанавливается при нанесении покрытий незначительной величины. Нанесение металла на несущие поверхности с последующей механической обработкой позволит многократно использовать деталь.
Доля восстанавливаемых наружных и внутренних цилиндрических поверхностей – 53%, резьбовых – 12,7%, зубчатых шестерен, колес – 10 %, плоских деталей – 6,5 %, все остальные детали – 6,9 %.
Способы восстановления работоспособности деталей:
Слесарно-механической обработкой (слесарная, механическая, под ремонтный размер).
Способом пластического деформирования (раздачей, осадкой, обжатием, накаткой, раскаткой, правкой).
Сваркой или наплавкой (дуговой, газовой, плазменной и др.).
Электрохимические способы (хромирование, железнение, меднение, никелирование; толщина покрытия – 20…150 мкм).
Пайкой. Простота технологического процесса. Недостаток – снижение прочности соединения деталей по сравнению со сваркой.
Применение лакокрасочных покрытий (растворители, пигменты, грунтовки, краски, эмали и др.). Полимеры для заделки трещин– герметик, замазка и др.
Все способы деталей подразделяются на 3 основные группы:
с изношенными поверхностями;
с механическими повреждениями;
восстановление противокоррозионных покрытий на деталях.
Для восстановления работоспособности деталей используется токарная, сверлильная, расточная, фрезерная, шлифовальная, хонинговальная, полировальная и другие виды механической обработки.
Способ восстановления деталей под ремонтный размер.
Обработкой под ремонтный размер восстанавливают геометрическую форму, требуемый параметр шероховатости и точностные параметры изношенных поверхностей деталей.
Восстанавливаемые поверхности деталей могут иметь несколько ремонтных размеров. Их величина и число зависят от износа детали, припуска на обработку и запаса прочности детали.
Зил самосвал
Восстановление изношенных деталей
Восстановление изношенных деталей
Ремонт и восстановление изношенных деталей. На авторемонтных заводах и в автотранспортных предприятиях применяются многочисленные методы восстановления и ремонта деталей и агрегатов.
Виды восстановления изношенных деталей
1. Детали обрабатывают под ремонтные размеры;
2.Шейки коленчатых валов шлифованием;
3.обрабатывают под добавочные втулки;
4. Способом замены изношенной части детали;
5. Восстановление металлизацией;
6. Раздачей восстанавливают в основном полые детали:
7. Осадкой восстанавливают детали с изношенной внутренней поверхностью;
расточка блока цилиндров
Способы восстановления изношенных деталей
Имеется несколько способов восстановления изношенных деталей путем механической обработки.
1. Детали обрабатывают под ремонтные размеры; на изношенную поверхность ставят втулки, восстанавливающие ее номинальный размер; если позволяет конструкция, то от детали отрезают изношенную часто и заменяют ее новой, приваривая к оставшейся или ввертывая в нее.
Под ремонтный размер деталь можно обработать тогда, когда она имеет некоторый запас металла на ремонтируемой части, который можно удалить без ущерба для ее прочности и работоспособности. Таким методом восстанавливают цилиндры двигателей, подшипники распределительного вала, коренные подшипники, отверстия под толкатели блока цилиндров, шейки коленчатых и распределительных валов, Поршни, поршневые пальцы, клапаны и др.
Величины ремонтных размеров и допусков на них Для большинства деталей автомобилей каждой марки устанавливаются специально разработанными техническими условиями, которые обязаны соблюдать все ремонтные предприятия. В соответствии с этими техническими условиями заводы выпускают запасные части не только номинальных, но и различных ремонтных размеров, т. е. несколько увеличенных или уменьшенных.
Установление единых ремонтных размеров для деталей автомобилей каждой марки позволяет широко использовать взаимозаменяемость, устраняет излишний труд на подгонку деталей, улучшает качество ремонта и упрощает систему снабжения запасными частями.
Например, для двигателей легковых автомобилей ГАЗ-21 и ГАЗ-13, грузовых автомобилей ЗИЛ для цилиндров, поршней и поршневых колец установлены ремонтные размеры, увеличенные против номинального на 0,5, 1,0 и 1,5 мм. Для цилиндров двигателей ГАЗ-БЗА и ГАЗ-66 введен дополнительный ремонтный размер 2,0 мм. Для цилиндропоршневой группы автомобилей «Москвич» предусмотрены ремонтные размеры, превосходящие номинальный на 0,125, 0,5, 0,75, 1,0, 1,5 и 2,0 мм.
шлифование коленчатых валов
2.Шейки коленчатых валов при изнашивании из круглых превращаются в овальные. Их форму восстанавливают шлифованием, при котором снимается небольшой слой металла. Для коренных и шатунных шеек прошлифованных валов, а следовательно, и для вкладышей подшипников для них установлены ремонтные размеры, уменьшающие их номинальный размер: для двигателей грузовых автомобилей ЗИЛ-164 и ЗИЛ—157—на» 0,3, 0,6, 1,0, 1,5 и 2,0 мм; для автомобилей ЗИЛ-130—на 0,05, 0,3, 0,6, 1,0, 1,25 и 2,0 мм; для двигателей «МоСквич» — на 0,25, 0,50, 0,75, 1,0 и 1,25 мм; для двигателей ЗМЗ — на 0,25, 0,50, 0,75, 1,0 и 1,25 мм.
Аналогично разработаны ’ремонтные размеры для деталей других агрегатов.
3.При восстановлении способом дополнительных деталей изношенные рабочие поверхности обрабатывают под добавочные втулки. Втулки запрессовывают в расточенное отверстие и обрабатывают под номинальный или ремонтный размер. Таким же способом на изношенную плоскость детали устанавливают накладки.
Так восстанавливаются цилиндры блоков, прошедшие расточку под последний ремонтный размер (в расточенный цилиндр вставляют гильзу и обрабатывают ее под номинальный размер), отверстия под подшипники качения в картерах коробок передач и задних мостов, отверстия с изношенной резьбой и т. д.
4. Способом замены изношенной части детали ремонтируют, например, полуоси, имеющие износ шлицов или конуса и резьбы крепления ступицы. Изношенную часть полуоси обрезают, приваривают к ней новый «стержень из того же металла и механически и термически обрабатывают его под номинальные размеры. Этим же способом можно ремонтировать ступицы ведущих колес грузовых автомобилей‚ имеющие большие износы отверстия под посадку внешней обоймы наружного подшипника или срыв шпилек крепления полуоси.
Поврежденную часть ступицы отрезают и на ее место ставят новую из специально отлитой чугунной втулки. Новую часть ступицы обрабатывают под номинальные размеры. Способом замены части детали удается ремонтировать дорогостоящие детали.
5. Восстановление металлизацией заключается в нанесении расплавленного и распыленного металла на предварительно подготовленную изношенную поверхность детали. Наносимый металл (в виде проволоки) расплавляется электрической дугой внутри особого аппарата металлизатора, а затем струей сжатого воздуха дробится на мелкие частицы и напыляется на деталь.
Слой металла напыляют с припуском на дальнейшую обработку. Способом напыления возможно восстанавливать детали на некоторых синтетических материалов. Восстановление способом гальванического наращивания производится хромированием, осталиванием и омеднением.
Способы восстановления деталей обработкой металлов давлением разделяются на правку, раздачу, осадку (вдавливание), вытяжку, накатку и прокатку.
Правку производят либо в холодном состоянии без последующей термообработки, либо (при большом прогибе) с местным подогревом, после которого чаще всего необходима термообработка ( нормализация или др.)
6. Раздачей восстанавливают в основном полые детали: трубы полуосей ведущих мостов изношенными местами посадки подшипников, поршневые пальцы при износе наружной поверхности; чашки дифференциалов при износе мест посадки подшипников и т. д.
7. Осадкой восстанавливают детали с изношенной внутренней поверхностью (например, бронзовые втулки верхней головки шатуна).
Из всех видов газовой сварки наибольшее распространение получила ацетилено- кислородная: ацетилен дает сварочное пламя высокой температуры, его удобно получать из карбида кальция.
Используют также электродуговую автоматическую сварку, где механизированы подача и передвижение электрода, и полуавтоматическую, где механизирована подача электрода.
С помощью местного нагрева детали указанными выше способами производят наплавку металла на ее из ношенную часть.
кузнечная сварка 
припой деталей
При восстановлении деталей пайкой используют все виды припоев. По прочности соединения пайка уступает сварке, однако пайка позволяет сохранить структуру металла, обеспечивает чистоту соединения, сохраняет размеры и форму деталей и обходится сравнительно недорого.
СМОТРИТЕ ВИДЕО
Классификация способов восстановления деталей машин
В структуре себестоимости капитального ремонта машин 60…70 % затрат приходится на стоимость запасных частей. В то же время себестоимость восстановления большинства деталей не превышает 25…40 % цены новой детали. В настоящее время разработаны прогрессивные технологии восстановления, которые помимо восстановления, упрочняют ее, значительно повышая износостойкость. Восстановление изношенных деталей является одним из основных путей экономии материально-сырьевых и энергетических ресурсов, решения экологических проблем, так как затраты энергии, металлов и других материалов в 25…30 раз меньше, чем затраты при изготовлении новых деталей. При переплавке изношенных деталей безвозвратно теряется до 30 % металла.
Восстановление изношенных деталей позволяет значительно снизить затраты на ремонт техники и поэтому является приоритетным вопросом в развитии системы технического обслуживания и ремонта машин.
Восстановление детали – комплекс технологических операций по устранению дефектов детали, обеспечивающих возобновление ее работоспособности и геометрических параметров, установленных нормативно-технической документацией.
Способы восстановления условно делят на две категории: способы наращивания и способы обработки.
В зависимости от физической сущности процессов, технологических и других признаков существующие способы делятся на десять групп (табл. 1).
Слесарно-механической обработкой устраняют следы износа и восстанавливают форму детали. При этом размеры после обработки отличаются от номинальных. Для обеспечения необходимой посадки применяют сопрягаемые детали с измененными параметрами или ставят компенсатор износа (кольца, бандажи, втулки, резьбовые спиральные вставки и т. д.).
Таблица 1. Способы восстановления деталей
Способы восстановления пластическим деформированием основаны на свойстве пластичности металлов. При пластическом деформировании металл детали перераспределяется от нерабочих участков детали к рабочим, благодаря чему восстанавливаются размеры изношенных поверхностей. Объем детали остается постоянным. К достоинствам следует отнести следующее: не требуется присадочный материал, простота способов, относительно высокая производительность. К недостаткам относятся: необходимость термической обработки черных металлов, изменение линейных размеров (например, поршневой палец после раздачи укорачивается).
Технология восстановления деталей полимерными материалами отличается простотой и доступностью (используют в полевых условиях), низкой себестоимостью, высокой производительностью и хорошим качеством. Долговечность посадочных мест подшипников после восстановления полимерными материалами многократно повышается.
Способы ручной сварки и наплавки получили широкое применение благодаря простоте и возможности выполнения процесса в труднодоступных местах. К недостаткам относятся: низкая производительность, материалоемкость и не всегда обеспечивается высокое качество.
Механизированные способы сварки и наплавки могут быть автоматическими и полуавтоматическими. Большинство этих способов обеспечивают высокие производительность и качество.
При дуговых способах источником теплоты для плавления присадочного материала и поверхности детали является теплота электрической дуги. При бездуговых способах таким источником служат потери от вихревых токов (ТВЧ), джоулева теплота (электрошлаковая наплавка, контактная приварка), теплота сгораемых газов и др.
Ручные и механизированные сварочно-наплавочные способы получили наибольшее применение (75…80 % общего объема восстановления). Их недостатки – термическое воздействие на основной металл, в том числе на невосстанавливаемые поверхности, деформация деталей, значительные припуски на механическую обработку. Применение большинства из этих способов целесообразно для восстановления сильноизношенных деталей.
При напылении расплавленный присадочный материал (проволока или порошок) с помощью сжатого воздуха распыляется и наносится на подготовленную поверхность детали. Способы напыления различают в зависимости от источника теплоты: дуговое – теплота электрической дуги, газопламенное – теплота газового пламени и т. д. Напыляют металлы, полимеры и др. При напылении металла процесс называют металлизацией. Большинство способов напыления характеризуется высокой производительностью, позволяет достаточно точно регулировать толщину покрытия и припуск на механическую обработку. Серьезный недостаток напыления – низкая сцепляемость покрытий с основой. Для ее повышения применяют нанесение специального подслоя, последующее оплавление и др.
В основе гальванических способов лежит явление электролиза. Их различают по виду осаждаемого металла, роду используемого тока, способу осаждения и др. Гальванические способы высокопроизводительны, не оказывают термического воздействия на деталь, позволяют точно регулировать толщину покрытий и свести к минимуму или вовсе исключить механическую обработку, обеспечивают высокое качество покрытий при дешевых исходных материалах. Такие способы применяют для восстановления малоизношенных деталей. Недостатки гальванопокрытия – многооперационность, сложность и экологическая вредность технологии.
Термическую обработку применяют для упрочнения и восстановления физико-механических свойств деталей (упругости пружин и др.). При химикотермических способах происходит диффузное насыщение поверхности детали тугоплавкими металлами (хромом, титаном и др.) при некотором изменении размеров. Эти способы применяют для восстановления и повышения износостойкости малоизношенных деталей (плунжеров и др.).
На рис. 1 показано распределение способов при восстановлении изношенных деталей машин.
Рис. 1. Распределение способов при восстановлении изношенных деталей машин: 1 – наплавка и сварка (70 %); 2 – ремонтные размеры (12 %); – электролитические покрытия (8 %); 4 – полимерные материалы (6 %); 5 – установка дополнительной ремонтной детали (3 %); 6 – поверхностнопластическое деформирование (1 %)
Как следует из рис. 1 более 70 % изношенных деталей восстанавливается наплавкой и сваркой. Поэтому различные способы сварки и наплавки более подробно рассмотрены в следующей главе.
Лекция № 5. Методы и способы восстановления изношенных деталей, повышения их прочности и служебных характеристик.
Большое количество деталей машин и механизмов выходит из строя в процессе эксплуатации вследствие истирания, ударных нагрузок, эрозии и т. д. Современная техника располагает различными методами восстановления и упрочнения деталей для повышения срока их службы.
Восстановление изношенных деталей – сложный организационно-технологический процесс, при котором, в отличие от производства новых деталей в качестве заготовки используют изношенную, но уже сформированную деталь. В этом случае затраты на выполнение таких операций, как литье, ковка, штамповка и т.п., отсутствуют. В то же время при восстановлении изношенных деталей появляется ряд дополнительных операций: мойка, разборка, дефектация, комплектация, затраты на которые следует учитывать при выборе способа восстановления.
Изношенные детали восстанавливают следующими способами:
а) сварка дуговая ручная и автоматическая под флюсом и в углекислом газе; сваркой восстанавливают станины и корпусные детали;
Правка применяется для устранения изгиба, коробления и т.п. Обжатие и раздача применяются для изменения размеров деталей (втулок, пальцев).
Электродуговая металлизация. Этот способ нанесения покрытий очень распространен. Преимуществами электродуговой металлизации являются высокая производительность нанесения покрытий, получение покрытий в несколько миллиметров, высокая износостойкость (в 1,5-2 раза выше новой детали), простота и технологичность процесса, возможность нанесения покрытия на одну поверхность различных наплавочных материалов. Областью рационального применения электродуговой металлизации является антикоррозионная защита алюминием и цинком трубопроводов, цистерн, емкостей, металлоконструкций.
Высокоскоростное напыление. В основе метода лежит нагрев порошковых частиц и их нанесение со скоростью 2000 м/с на поверхность детали. Частицы порошка посредством газовой струи переносятся на деталь, обладая высокой кинетической энергией, которая при ударе о подложку превращается в тепловую. В качестве напыляемых материалов используются различные металлические и металлокерамические порошки.
Метод позволяет наносить покрытия толщиной от 50 мкм до нескольких миллиметров. Оптимальную же толщину покрытия следует выбирать в каждом конкретном случае исходя из эксплуатационных, технологических и экономических соображений. Так, например, при защите от коррозии оптимальная толщина покрытия варьируется в диапазоне от 150 до 350 мкм. При нанесении износостойких покрытий их толщина выбирается в диапазоне от 300 до 600 мкм.
Высокоскоростной метод напыления позволяет получить более плотное в 1,5-3 раза прилегание покрытия, меньшую в 5-12 раз пористость и большую твердость, повышает эксплуатационные характеристики.
Для восстановления размеров изношенных деталей помимо электродов и присадочных прутков применяют наплавочные проволоки Нп-30; Нп-40; Нп-50 и т. д. Для наплавки штампов применяют легированные наплавочные проволоки Нп-45 Х 4ВЗФ, Нп-45 Х 2В8Т и др. (Нп — обозначает наплавочная).
Для износостойкой наплавки широкое применение находят порошковые проволоки в соответствии с ГОСТ 2601-84. Например, для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками применяют порошковые проволоки марок ПП-Нп-200 х 12М; ПП-Нп- 200 х 12ВФ и т.д. (ПП обозначает «проволока порошковая»),
Микродуговое оксидирование. Метод используется для нанесения покрытий на алюминиевые и магниевые сплавы и позволяет получать покрытия с высокими механическими, диэлектрическими и теплостойкими свойствами. Покрытия на алюминиевых и магниевых сплавах по износостойкости превышают все существующие материалы, используемые в современной технике. Например, при одинаковой микротвердости с корундом износостойкость покрытий, полученных этим методом, может быть в несколько раз выше.
Основные области применения:
— создание коррозионностойких и износостойких покрытий для бурового, нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего оборудования;
пары трения, подшипники скольжения, зубчатые передачи, поршни, цилиндры, торцевые уплотнения.
Технология восстановления деталей агрегатов автомобиля и трактора
Обеспечение ремонтных предприятий запасными частями осуществляется за счет изготовления новых запасных частей и путем восстановления деталей, бывших в эксплуатации. Большую часть номенклатуры восстанавливаемых деталей составляют гладкие и шлицевые валы, оси и крестовины. В большинстве случаев именно эти детали лимитируют ресурс узлов агрегатов машин. При восстановлении этих деталей необходимо обеспечить следующие требования: точные размеры и шероховатость, твердость поверхности, сплошность покрытия, прочность сцепления нанесенных слоёв с основным металлом, а также симметричность и соосность сопрягаемых поверхностей, отсутствие радиального и торцового биений. Из всех известных способов восстановления деталей наплавка способна удовлетворить все вышеперечисленные требования. Этот способ восстановления по сравнению с другими дает возможность получать на поверхности детали слой необходимой толщины и нужного химического состава, высокой твёрдости и износостойкости. Номенклатура основных деталей агрегатов автомобилей, подлежащих восстановлению сваркой и наплавкой, приведена в табл. 1.
Восстанавливаемые детали автомобиля
| Наименование | Восстанавливаемая поверхность |
| Поворотная цапфа | Шейки под внутренний и наружный подшипники |
| Распределительный вал | Опорные шейки |
| Коленчатый вал | Шатунные и коренные шейки вала |
| Впускные и выпускные клапаны | Торец клапанов и фаска тарелки |
| Блок цилиндров | Опорные поверхности коренных подшипников |
| Головка блока цилиндров | Плоскость разъема, отверстия под клапаны |
| Гильза цилиндров | Посадочные пояски |
| Трансмиссионные валы | Опорные шейки |
| Картер коробки передач | Отверстия под подшипники ведущего, ведомого и промежуточного валов |
| Картер редуктора заднего моста | Отверстия под подшипники ведущего конического зубчатого колеса. Отверстия под гнезда подшипников ведущего цилиндрического зубчатого колеса. Отверстия под подшипники дифференциала |
| Гнездо подшипника ведущего цилиндрического зубчатого колеса редуктора заднего моста. Крестовины карданного вала | Наружные и внутренние посадочные поверхности. Наружные поверхности шипов |
| Насос системы охлаждения ДВС | Валик водяного насоса |
В общем виде технология восстановления включает такие основные пункты: мойка, дефектация, подготовка технологических баз, наплавка изношенных поверхностей или заварка трещин, сколов и прочих, механическая, термическая и финишная обработка, контроль качества.
Восстановление валика водяного насоса
Одной из часто восстанавливаемых деталей машин является валик водяного насоса. Валик передает вращение от вала вентилятора к крыльчатке, которая перегоняет охлаждающую жидкость в системе охлаждения ДВС. Крыльчатка крепится к левому концу валика и закрепляется на нем посредством сегментной шпонки и гайки (рис. 1).
Рис. 1. Валик водяного насоса: а – схема валика в сборке; б – внешний вид
Повышенные требования при эксплуатации и ремонте должны предъявляться к поверхностям под подшипник и сальниковое уплотнение, так как неудовлетворительное (изношенное) состояние данной цилиндрической поверхности может вызвать протекание охлаждающей жидкости и попадание ее в масло, что может вызвать выход двигателя из строя.
Напряжения, которые испытывает валик, носят скручивающий характер.
Валик изготовлен из качественной стали типа Ст45, с твердостью заготовки НВ 241…285, часть данной детали закаливается (ТВЧ) и при этом закаленный слой имеет твердость HRC 52…62.
Анализ дефектов детали и способы ее восстановления приведены в табл. 2.
Способы восстановления валика
| Название дефекта | Метод или прибор контроля | Способ устранения дефектов |
| 1. Износ поверхности под подшипник и сальниковый уплотнитель | Штангенциркуль | Хромирование в саморегулирующемся электролите |
| 2. Износ шпоночной канавки | Визуально | Электроимпульсная наплавка |
| 3. Износ резьбы М14×1,5 кл. 2 | Визуально, резьбовой шагомер | Железнение с нанесением сплава |
Подготовка детали к нанесению покрытия
Подготовка детали включает следующие операции: механическую обработку поверхностей, подлежащих наращиванию; очистку деталей от окислов и предварительное обезжиривание; монтаж деталей на подвесное приспособление; изоляцию поверхностей, не подлежащих покрытию; обезжиривание деталей с последующей промывкой в воде; анодную обработку.
Предварительная механическая обработка детали имеет цель придать восстанавливаемым поверхностям правильную геометрическую форму. Производится эта обработка в соответствии с рекомендациями по механической обработке соответствующего материала. Очистку деталей от окислов с целью «оживления» поверхности проводят шлифовальной шкуркой или мягкими кругами с полировальной пастой. Предварительное обезжиривание деталей производят путем промывки в растворителях. После обезжиривания детали промывают в горячей, а затем в холодной воде. Сплошная, без разрывов, пленка воды на обезжиренной поверхности свидетельствует о хорошем качестве удаления жиров. Декапирование (анодную обработку) производят для удаления тончайших оксидных пленок с поверхности детали и обеспечения наиболее прочного сцепления гальванического покрытия с подложкой. Эта операция непосредственно предшествует нанесению покрытия.
Обработка детали после нанесения покрытия
Обработка включает следующие операции: нейтрализацию деталей от остатков электролита; промывку деталей в холодной и горячей воде; демонтаж деталей с подвесного приспособления и удаление изоляции; механическую обработку детали до требуемого размера; термическую обработку.
Так, если детали подвергались хромированию, то их сначала промывают в ванне с дистиллированной водой (для улавливания электролита), а затем – в проточной воде, после чего погружают на 0,5…1 мин в 3 %-ный раствор кальцинированной соды (для нейтрализации остатков электролита) и окончательно промывают в теплой воде. Затем детали снимают с подвесных приспособлений, удаляют с них изоляцию и сушат в сушильном шкафу при температуре 120…130 С. В некоторых случаях для снятия внутренних напряжений в хромовых покрытиях детали проходят термообработку с нагревом до 180…200 С в масляной ванне и выдержкой при этой температуре в течение 1…2 ч. Последовательность операций восстановления приведена в табл. 3.
Схема технологического процесса
| Операция | Оборудование и инструменты |
| 1. Моечная. Мойка и очистка валика от масла и грязи | Моечная машина. ew 30 olympus optical |
| 2. Дефектовочная. Выявление изношенных поверхностей и резьбы | Штангенциркуль, шагомер резьбовой |
| 3. Наплавочная. Наплавка поверхности шпоночной канавки | Установка для автоматической наплавки. Weld Lathe 613 |
| 4. Предохранительная. Защита поверхностей от действия электролита | Установка для защиты винипластовыми материалами |
| 5. Наращивающая. Наращивание диаметра вала | Гальваническая ванна |
| 6. Предохранительная. Защита поверхностей от действия электролита | Установка для защиты винипластовыми материалами |
| Операция | Оборудование и инструменты |
| 7. Наращивающая. Восстановление резьбы | Гальваническая ванна |
| 8. Слесарная. Правка шпоночной канавки | Слесарный станок и инструмент. |
| 9. Шлифовальная. Шлифовка валика | Круглошлифовальный станок. BHA75CNC d 75 mm L 150 mm |
| 10. Резьбонарезная. Прогонка резьбы плашкой | Токарный станок. Pinacho – модель taurus 310 |
Технология восстановления и упрочнения рабочей поверхности крестовины автомобиля КамАЗ
Крестовины карданного вала изготавливаются из стали 18ХГТ и имеют твердость HRC 58…64. Крестовины в процессе работы подвергаются механическому изнашиванию и усталостному разрушению. Усталостное разрушение проявляется в виде трещин и поломок от длительного воздействия переменных нагрузок. Вначале возникают микроскопические трещины, которые затем развиваются вглубь детали, охватывая значительную часть сечения. Вследствие механического изнашивания появляется износ наружных поверхностей шипов.
При восстановлении деталей на ремонтных предприятиях применяются различные способы с помощью наплавки. Для восстановления крестовины рассмотрим вибродуговую наплавку, так как этот способ оказывает наименьшее термическое влияние, вследствие чего деталь практически не деформируется.
Сущность процесса автоматической вибродуговой наплавки была рассмотрена в главе 3 учебного пособия, поэтому здесь приведем только технологический процесс восстановления поверхности изделия.
Деталь закрепляется в центрах токарного станка. Отрицательный полюс источника питания постоянного тока (например, ВС-300) присоединён к детали, положительный полюс соединен с электродом. При включении источника питания между деталью и электродом возбуждается дуга, под действием которой плавится основной металл и металл электрода. Во время наплавки деталь вращается с заданной скоростью, а электродная проволока по мере расплавления непрерывно подается к детали. При этом электрод совершает
также и поступательное движение вдоль оси детали, подобно резцу токарного станка. Металл наплавляется по винтовой линии. В процессе наплавки электрод вибрирует с частотой 50…100 колебаний в секунду. Это достигается с помощью вибратора. По трубке в зону дуги подаётся охлаждающая жидкость. В результате быстрого охлаждения наплавленный слой закаляется, его твёрдость и износостойкость возрастают. Охлаждающая жидкость защищает расплавленный металл от вредного воздействия кислорода и азота воздуха.
Оборудование для наплавки
Вибродуговую наплавку производят на специальных установках, основными элементами которых являются токарный станок с наплавочной головкой вместо резцедержателя и источник питания дуги. Для наплавки может использоваться токарно-винторезный станок модели 1И611П или 1К62. Наплавочная головка – важнейший механизм установки для вибродуговой наплавки. Головка обеспечивает одновременную подачу электродной проволоки к детали и вибрацию конца проволоки. От конструктивного совершенства и качества исполнения головки зависит качество восстановленной детали. Обычно используется наплавочная головка ОКС-6569М.
Подготовка поверхности к наплавке
Состояние наплавляемой поверхности существенно влияет на количество восстановленных деталей. Если поверхность наплавляемой детали загрязнена или покрыта ржавчиной, то в наплавленном металле будут шлаковые включения и несплавления. Наплавка на поверхность, покрытую маслом, приведёт к появлению газовых пор. Все эти дефекты могут стать очагами разрушения детали, причиной её преждевременного выхода из строя. Вот почему наплавляемые места должны предварительно промываться и очищаться с помощью металлических щеток, наждачной бумаги и ветоши.
Установка детали
После того как деталь подготовлена к наплавке, её устанавливают в центрах токарного станка (рис. 2). Для этого используют круглый стержень сплошного сечения диаметром 40 мм. Стержень специально затачивается под отверстие в шипах крестовины. Конусное окончание позволяет закреплять деталь по центру. Стержень зажимается в кулачковом патроне токарного станка. Деталь подпирают центром задней бабки, который также имеет конусное окончание. Такое закрепление является достаточно надежным в данном случае, так как усилия, создаваемые наплавочной головкой, невелики.
Рис. 2. Восстанавливаемая крестовина карданного вала: а – схема закрепления для наплавки; б – внешний вид крестовины после восстановления; 1 – зажимной патрон; 2 – центр; 3 – крестовина; 4 – задняя бабка станка
Режимы наплавки
Режим вибродуговой наплавки характеризуется силой тока, напряжением на дуге, скоростью подачи и диаметром электродной проволоки, шагом наплавки, расходом охлаждающей жидкости, частотой вибрации электрода. Все эти параметры, как правило, взаимосвязаны, и качество наплавленного слоя определяется именно правильно выбранным соотношением между указанными параметрами.
Вибродуговую наплавку обычно производят при напряжении на дуге от 12 до 40 В. Уменьшение напряжения на дуге приводит к увеличению времени короткого замыкания. Вследствие этого уменьшается общее количество выделяющегося тепла. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению степени расплавления основного металла и в конечном счете к полному или частичному несплавлению.
Скорость подачи проволоки, которая обеспечивает качественный наплавленный слой, находится в пределах 0,9…1,65 м/мин. С увеличением скорости подачи проволоки увеличивается сила тока. Величина сварочного тока определяется внешней вольт-амперной характеристикой источника питания, скоростью подачи и диаметром проволоки. Для вибродуговой наплавки характерны средние значения силы тока 100…200 А.
Размах вибрации электрода выбирается в зависимости от диаметра электродной проволоки и обычно равен ему. Шаг наплавки зависит от диаметра электродной проволоки, напряжения на дуге и скорости ее подачи: обычно он соответствует диаметру проволоки.
От расхода охлаждающей жидкости, подаваемой на деталь, зависят величина ее коробления, твердость наплавленного металла, химический состав, а также вероятность появления пор и трещин. Обычно расход жидкости составляет 0,5…3 л/мин.
Высокое качество наплавки крестовины получают при использовании следующих режимов:
Наплавка
После необходимой подготовки детали и выбора режима наплавки включают установку. Сначала включается двигатель станка и насос, подающий жидкость. Затем устанавливают нужное число оборотов детали, включают источник питания дуги и, руководствуясь показаниями вольтметра, регулируют напряжение. Далее конец электродной проволоки подводится к детали, суппорт станка включается, приводятся в действие вибратор и двигатель, подающий проволоку. Так начинается процесс наплавки. По окончании вибродуговой наплавки подача проволоки выключается. Выключение всех остальных механизмов производится в последовательности, обратной последовательности включения.
Контроль качества
При вибродуговой наплавке контроль осуществляется на всех стадиях процесса. Перед наплавкой внешним осмотром выявляются поверхностные дефекты деталей. В процессе наплавки контролируются расход и место подвода охлаждающей жидкости, напряжение на дуге, наличие проскальзывания электродной проволоки в роликах и т. п. Внешний осмотр и обмер наплавленной детали осуществляются дважды: непосредственно после наплавки и после механической обработки. В первом случае проверяются толщина наплавленного слоя, его чистота, наличие открытых пор, пропусков наплавки, крупных трещин чрезмерного коробления, правильность наплавки галтелей, величина припуска на механическую обработку. Часть обнаруженных дефектов поддается исправлению. Прерывистость слоя легко исправить местной ручной дуговой наплавкой. Недостаточная толщина слоя исправляется путем повторной наплавки. При низком качестве наплавленного слоя его удаляют и производят наплавку заново. Наличие даже легко устраняемых дефектов – явление нежелательное.
После механической обработки наплавленной детали проверяются чистота поверхности и соответствие размеров обработанной детали чертежу. Одновременно выявляются скрытые дефекты: газовые поры, крупные трещины и т. д. Иногда после механической обработки или в её процессе обнаруживается местное несплавление. Его признаки: отслаивание части металла или характерное шелушение наплавленного слоя. Все эти дефекты выявляются при внешнем осмотре.
Наплавка ведущих звездочек бульдозера
Детали ходовой части транспортных гусеничных машин эксплуатируются в условиях интенсивного трения металла о металл при наличии прослойки абразива и испытывают значительные контактные ударные нагрузки, вследствие чего преждевременно изнашиваются. В связи с этим вопрос о выборе способа и технологии упрочнения рабочих поверхностей с целью повышения надежности и долговечности машины весьма актуален. Не менее важно решение проблемы восстановления изношенных деталей для повторного их использования.
Ведущие звездочки бульдозеров на базе тракторов Т-100, ТЦ-130, «Интер», «Камацу» и других работают в тяжелых условиях. Сложный характер изнашивания контактных пар зубья – втулки и наличие вязкого водоэмульсионного слоя с большим количеством частиц кварца различной фракции усиливают истирание рабочих поверхностей, что приводит к изнашиванию закаленного поверхностного слоя примерно в два-три раза быстрее, чем это предусмотрено нормативами. Износ зубьев звездочки достигает 50…60 мм, а впадин составляет 20…25 мм. Такая неравномерность изнашивания криволинейной поверхности значительно усложняет технологию восстановления.
Ведущие звездочки бульдозеров в основном изготавливают из высокоуглеродистых литых сталей, легированных марганцем и молибденом, с закаливанием рабочей поверхности до твердости примерно 420 HV на глубину до 5 мм.
С учетом требований, предъявляемых к материалу звездочек, работающих в контакте с гусеничной цепью, была опробована технология нанесения рабочего слоя оптимальной твердости и высокой износостойкости путем применения легирующих флюсов. Для наплавки под слоем флюса целесообразно использовать наплавочный материал, не содержащий дорогих легирующих элементов (W, Ni, V), но обеспечивающий достаточную износостойкость. Хромомарганцевоборидные сплавы (Fe–C–Cr–Mn–B) являются в этом смысле наиболее приемлемыми.
Установлено, что износостойкость рабочего слоя наиболее высокая при наплавке под механической смесью флюсов (АН348А) + (АНК-18) с добавками легирующих элементов. Наплавку производили сварочной головкой А-1416, дополнительно оборудованной механизмом колебания электрода. Диапазон колебаний от 0 до 140 мм, частота колебаний – регулируемая. Для восстановления звездочек использовали проволоки Св-08Г2С и Нп-30ХГСА диаметром 2 мм. Режим обработки: постоянный ток обратной полярности, номинальный ток 260…300 А, напряжение на дуге 32…35 В, скорость подачи проволоки 119 м/ч, скорость наплавки 20 м/ч, шаг наплавки 6…8 мм.
Зубья наплавлялись методом «горкой» (рис. 3). Наплавку производили в кокиль, одновременно являющийся шаблоном для контроля заданного шага и формы зуба. Поскольку износ у кромки зуба больше – была выбрана кинематическая схема механизма колебания электрода с замедлением в зоне выработки.
Рис. 3. Наплавка ведущей звездочки бульдозера: 1 – изделие; 2 – наплавочная головка; 3 – кокиль
В зависимости от модели бульдозера выбирают технологию восстановления зубьев: по ширине, шагу, износу и др. После наплавки поверхность зубьев не требует термической и механической обработки. Структура наплавленного металла феррито-перлитная, переходящая в игольчатый троостит. Твердость наплавленного слоя поверхности контакта составляет 400…420 HV. В зоне сплавления отсутствуют трещины и непровары.
Технология восстановления опорного катка гусеничного трактора
Мойка
Детали, поступающие на восстановление, подвергаются очистке, для того чтобы их можно было осмотреть и выявить дефекты. При очистке деталей удаляются продукты коррозии, остатки смазочных материалов и жировых пятен, абразивные и металлические частицы и др. Очистка деталей от загрязнений является специфической операцией процесса восстановления. От качества и полноты её проведения зависит долговечность восстановленных изделий. Так, недостаточно качественно удаленные загрязнения с поверхностей восстанавливаемых деталей приводят при наплавке к образованию в наплавленном материале пор и раковин и как следствие – снижению ресурса их работы.
Для выполнения этой операции необходимо уложить деталь в ванну с 8…10 %-ным раствором кальцинированной соды; удалить продукты загрязнения с помощью металлической щетки; извлечь деталь из ванны и высушить техническим феном до полного удаления влаги с поверхности.
Дефектация
Дефектацию деталей производят с целью определения их технического состояния и выявления следующих дефектов: целостности материала, величины износа и деформации. Измерительный инструмент и деталь должны иметь температуру одного порядка. Универсальные средства измерения выбирают в зависимости от допусков на восстанавливаемые размеры и конструктивные особенности детали.
Осмотреть каток на наличие сколов, смятия, трещин, изломов и других видимых повреждений; определить величину износа рабочих поверхностей при помощи штангенциркуля. Катки с величиной износа рабочих поверхностей по диаметру более 16 мм восстановлению не подлежат.
Установка детали
Предварительный подогрев
Предварительный подогрев детали осуществляется, если поверхностная твердость детали превышает НRСэ = 30. Как правило, изделие, изготовленное из стали марки Ст45, имеет твердость поверхности более 30 единиц, даже если оно не подвергалось закалке. Предварительный подогрев делается для того, чтобы предотвратить образование трещин. Подогрев можно осуществлять газовой горелкой ПГУ-40, нагревая деталь до температуры 150…200 °С. Деталь необходимо прогревать равномерно, для этого обеспечить ее вращение в зажимном патроне.
Рис. 4. Наплавка опорного катка гусеничного трактора порошковой проволокой на установке УД-209: 1 – каток; 2 – зажимной патрон; 3 – горелка; 4 – подающий механизм; 5 – пульт управления
Наплавка
Наплавка производится на постоянном токе обратной полярности. В качестве наплавочного материала используется порошковая проволока марки ПП-АН122 диаметром 2,8 мм. Это дает преимущества перед другими материалами:
трода с амплитудой до 40 мм в обе стороны. Поэтому можно наплавлять изношенную поверхность по всей ширине за один проход.
Последовательность и режимы наплавки рабочей поверхности:
Режимы наплавки: ток – IН = 300 А; напряжение на дуге – U = 26 B; скорость наплавки – Vнапл = 8 м/ч; амплитуда колебаний — Ак = 20 мм; частота колебаний – fк = 35 кол./мин; скорость подачи проволоки – Vпр = 375 м/ч; вылет электрода – Hэ = 15 мм; угол наклона электрода от вертикальной оси – = 40°; смещение электрода от зенита в сторону, противоположную вращению детали, — L = 8 мм.
После наплавки рабочих поверхностей необходимо наплавить реборды.
Последовательность и режимы наплавки реборд:
Режимы наплавки: ток – IН = 300 А; напряжение – U = 26 B; скорость наплавки – Vнапл = 30 м/ч; скорость подачи проволоки – Vпр = 375 м/ч; вылет электрода – Hэ = 15 мм; угол наклона электрода α = 40°; смещение электрода от зенита в сторону, противоположную вращению детали, – L = 8 мм.
Механическая токарная обработка
С помощью электротали ЭТ-300М и троса снять каток с наплавочной установки и установить его на токарно-винторезный станок 1К625Д.
Токарная обработка наплавленной детали необходима для обеспечения требуемых геометрической формы, размеров и шероховатости поверхностей. Поскольку твердость поверхности изделия из Ст45 после наплавки достаточно высока, то для точения наружной цилиндрической поверхности и реборд используют резец из твёрдого сплава Т15К6. Обработку ведут в один проход: число оборотов шпинделя станка – n = 315 oб./мин; подача резца – S = 0,3 мм/об.; глубина резания – t = 1,5 мм.
Калибровка внутреннего диаметра катка
С помощью электротали ЭТ-300М и троса снять каток со станка и установить каток вертикально в специальную оснастку для калибровки внутреннего диаметра. Калибровку внутреннего диаметра проводят для восстановления первоначальных размеров, так как после наплавки происходит усадка и внутренний диаметр становится меньше. Для калибровки внутреннего отверстия катка используют сверлильный станок 2М112 (2М-112) и специальную фрезу диаметром 50 мм. Калибровку (расточку) ведут на режимах: скорость вращения шпинделя станка –n = 190 oб./мин; подача фрезы –S = 0,5 мм/об. Контроль всех размеров восстановленного катка проводят с помощью штангенциркуля.
Технология восстановления шарнирной трубы трактора К-700
Мойка и дефектация. Уложить деталь в ванну с 8–10 %-ным раствором кальцинированной соды; удалить продукты загрязнения с помощью металлической щетки; извлечь деталь из ванны и высушить техническим феном.
Дефектацию деталей производят с целью определения их технического состояния и выявления следующих дефектов: целостности материала изделия, величины износа поверхностей и степени ее деформации. Необходимо осмотреть деталь на наличие сколов, смятия, трещин, изломов, царапин и других видимых повреждений; определить величину износа рабочих поверхностей при помощи штангенциркуля ШЦIII со шкалой 0–500 мм (0,1 мм).
Установка и предварительный подогрев детали
Газовой горелкой ПГУ-40 нагреть деталь до температуры 150…200 °С. Восстанавливаемые поверхности детали прогревать равномерно, вращая деталь в патроне установки.
Рис. 5. Установка для наплавки УНВ 3-31
Наплавка
Наплавка производится на постоянном токе обратной полярности. Источником питания для электрической дуги может служить универсальный выпрямитель ВДУ-1202. В качестве наплавочного материала также может использоваться порошковая проволока марки ПП-АН122 диаметром 2,8 мм. Наплавка этой порошковой проволокой может выполняться без дополнительной защиты сварочной ванны флюсом или газом.
Наплавить первую рабочую поверхность диаметром Ø 300 мм на длине L = 150 мм; наплавить вторую рабочую поверхность диаметром Ø 300 мм на длине L = 150 мм; контролировать качество наплавки. Ток наплавки IН = 280…300 А.Напряжение U = 26…28 B.
Наплавка широкослойная с амплитудой колебаний электрода Ак = 30 мм. Частота колебаний fк = 32 кол./мин. Скорость наплавки Vнапл = 6…8 м/ч. Скорость подачи проволоки Vпр = 370…380 м/ч. Вылет электрода Hэ = 10…15 мм. Угол наклона электрода α = 40…45° от вертикальной оси. Смещение электрода от центра детали в сторону, противоположную ее вращению при наплавке, L = 10…12 мм.
Токарная обработка
С помощью электротали ЭТ-300М и троса снять каток с наплавочной установки и установить каток на токарно-винторезный станок 1К625Д.
Для обтачивания наружной цилиндрической поверхности используют резец из твёрдого сплава Т15К6. Обработку ведут в два прохода: первый черновой при числе оборотов шпинделя n1 = 215 oб./мин; подач и резца S1 = 0,6 мм/об. и глубине резания t1 = 1,5 мм.
Второй проход – чистовой на следующих режимах: n2 = 600 oб./мин, подача S2 = 0,2 мм/об., глубина резания t2 = 0,5 мм. После точения необходимо проконтролировать все размеры шарнирной трубы на соответствие их чертежу детали.
Восстановление шлицевых валов и осей
Наибольшее распространение шлицевые соединения получили в элементах трансмиссии – полуоси приводов ведущих мостов, валы со скользящими муфтами переключения, компенсирующие устройства. Надежность этих соединений, заложенная при конструировании узлов, снижается вследствие изнашивания деталей, коррозии, усталости и старения материала (рис. 6). Восстановление изношенных деталей, узлов и механизмов способствует успешному решению проблемы снабжения автохозяйств и ремонтных предприятий запасными частями и ежегодно дает большую экономию различных материалов и средств.
При ремонте валов и осей вначале выполняют сварочные и слесарные работы, так как при их осуществлении возможны деформации детали и могут быть повреждены чисто обработанные поверхности.
Ремонтную сварку и наплавку шлицевых поверхностей выполняют, как правило, с помощью автоматической или полуавтоматической сварки стальной проволокой в среде защитных газов на специальных манипуляторах-вращателях. Если размер диаметра вала не превышает 30 мм (шлицевая ось), то для восстановления шлицевой поверхности применяют метод вибродуговой наплавки, который обеспечивает минимальный разогрев самой детали, а соответственно, уменьшает изменение формы детали. Зачастую перед выполнением наплавочных работ изношенные шлицы снимают токарной обработкой, а затем производят наплавку слоя металла определенной толщины по винтовой линии или по образующей поверхности для последующего изготовления шлицов (рис. 7).
Рис. 6. Внешний вид шлицевого вала: а – шлицевой вал-шестерня; б – износ шлицов на валу
Рис. 7. Наплавленная поверхность шлицевого вала
Технология наплавки крупногабаритных валов, изготовленных из высокоуглеродистой стали, предусматривает их предварительный подогрев газовой горелкой с целью предотвращения сколов наплавленного слоя вследствие высоких внутренних (закалочных) напряжений.
После сварочных и наплавочных работ валы и оси подвергают правке и предварительной механической обработке. Чистовая обработка рабочих поверхностей вала должна выполняться в последнюю очередь. Для обеспечения неизменяемости формы вала и снятия внутренних напряжений после правки производят термическую обработку, состоящую в выдержке вала при температуре 400…500 °С в течение 0,5…1 ч.
Значительные прогибы валов устраняют горячей правкой под прессом, для чего место изгиба вала нагревают до 600 °С в горне или пламенем газовой горелки. После правки необходимо повторно проверить вал на биение и, если изгиб полностью не устранен, повторить операцию правки.
Шлицы на валах могут образовываться путем холодного накатывания, осуществляемого на шлиценакатных станках, подобных зубонакатным, или нарезаться фрезерованием дисковыми или червячными фрезами. Последний способ, выполняемый обычно на шлицефрезерных станках (рис. 8), подобных зубофрезерным, более точный и производительный, чем первый, выполняемый на горизонтально-фрезерных станках с применением делительных головок.
Рис. 8. Схема нарезки шлицов червячной фрезой
