4.2 Обоснование способов устранения дефектов

Для дефектов, рассматриваемых в данном курсовом проекте, существуют различные способы ремонта. Рассмотрим наиболее распространенные из них

Вибродуговая наплавка — разновидность дуговой наплавки металлическим электродом. Процесс наплавки осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность.

К наплавляемой поверхности детали, которая вращается в центрах токар­ного станка, роликами подающего механизма из кассеты через вибрирующий мундштук подается электродная проволока. Из-за колебаний мундштука, вызывае­мых эксцентриковым механизмом, проволока периодически прикасается к поверх­ности детали и расплавляется под действием импульсных электрических разрядов, поступающих от генератора. Под действием вибратора мундштук вместе с прово­локой вибрирует с частотой 50Гц и амплитудой колебания до 4 мм (практически 1,8-3,2 мм).

Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность про­цесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подаче элек­тродной проволоки небольшими порциями, что обеспечивает лучшее формирова­ние наплавленных валиков.

Качество соединения наплавленного металла с основным зависит от не­скольких факторов. Основными из них являются полярность тока, шаг наплавки (подача суппорта станка на один оборот детали), угол подвода электрода к детали, качество очистки и подготовки поверхности, подлежащей наплавлению, толщина слоя наплавки и др.

Вибродуговая наплавка под слоем флюса имеет ряд преимуществ: дает возможность наплавлять металл только на изношенную часть, что уменьшает тру­доемкость последующей механической обработки; получать наплавленный слой без пор и трещин; деформация детали минимальная и не превышает полей допус­ков посадочных мест; минимальная зона термического влияния.

Недостатком вибродуговой наплавки является уменьшение до 40 % сопро­тивления усталости наплавленных деталей. Этот показатель можно улучшить тер­мообработкой.

Контактная приварка ленты и проволоки. Суть про­цесса восстановления контактной приваркой состоит в приваривании мощными импульсами тока к поверхности де­талей стальной ленты, порошка или проволоки.

Для уменьшения нагрева детали и улучшения закалки привариваемого слоя в зону сварки подают охлаждаю­щую жидкость. Способ восста­новления деталей контактным электроимпульсным по­крытием широко применяют для восстановления посадоч­ных мест под подшипники в корпусных деталях и валах, а также резьбовых частей валов. Для восстановления и упрочнения деталей перспективной является приварка к изношенным поверхностям порошковых твердых сплавов.

При контактной сварке металл прогревается на малую глубину, что обеспечивает неизменность его химического состава и отпадает необходимость в применении флюсов и защитных газов.

Выбор материала ленты осуществляется в зависимости от потребной твёрдости восстановленной поверхности.

Наплавка в среде углекислого газа. Сварку и наплавку в среде защитных газов широко используют в ремонтном производстве. Однако высокая стоимость инертных газов ограничивается только сваркой

Наплавка в среде СО₂ постепенно вытесняет вибродуговую наплавку и частично наплавку под слоем флюса. Этот процесс обладает производительностью на 25...30% выше, чем наплавка под слоем флюса, легко механизируется и автоматизируется. Отпадает необходимость удаления шлака. Уменьшение зоны термического влияния позволяет восстанавливать детали малого диаметра (практически начиная с 10 мм). Повышение скорости наплавки снижает потери металла на угар, разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления и несколько улучшает прочностные свойства наплавленного металла,

Наплавкой восстанавли­вают детали из среднеуглеродистых сталей 25, 30, 40, 45Х и др. При использовании сва­рочных проволок Св-08Г2 твердость металла НВ 220...250, а Нп-ЗОХГСА — НВ 250... 290. Чтобы получить более высокую твердость, необходимо провести цементацию, закалку ТВЧ или наплавку порошковыми проволоками. К недостаткам данного способа относят: довольно большие потери электродного материала (8...12%), снижение усталостной прочности восстанавливаемых деталей на 10...50%. Для устранения каждого дефекта детали должен быть выбран рациональ­ный способ, т.е. технически обоснованный и экономически целесообразный.

Метод ремонта деталей ДРД. При этом методе восстанавливают размеры деталей, точность и шероховатость обработки поверхности до первоначальных.

Постановка добавочных ремонтных деталей, например постановка в отверстия и на валы втулок. При постановке добавочных стальных втулок толщина их стенок должна быть 2—2,5 мм при диаметре 20—30 мм и 3—4,5 мм при диаметре 80—120 мм. Шероховатость внутренней поверхности втулки должна лежать в пределах 6—8-го классов.

Рациональный способ восстановления детали определяют, пользуясь кри­териями: технологическим (применимости), техническим (долговечности) и техни­ко-экономическим (обобщающим).

Технологический критерий (критерий применимости) учиты­вает, с одной стороны, особенности восстановления определен­ной поверхности конкретной детали и, с другой — технологи­ческие возможности соответствующих способа. Он не оцени­вается количественно и относится к категории качественных. Поэтому его применяют интуитивно с учетом накопленного опы­та применения тех или иных способов.

Так, автоматическая наплавка под флюсом сопровождается сильным разогревом деталей и их глубоким проплавлением. Ее рекомендуют при ремонте крупногабаритных деталей с диа­метром более 50 мм.

Для восстановления деталей малых размеров служит вибро­дуговая наплавка. Однако необходимо учитывать значительное снижение их усталостной прочности.

Малый разогрев деталей наблюдается при восстановлении деталей электрометаллизацией, а также в случае применения клеевых соединений. Но электрометаллизационные покрытия не пригодны для деталей, испытывающих ударные нагрузки, а по­лимерные материалы обладают сравнительно невысокой тепло­проводностью при значительном коэффициенте линейного рас­ширения.

Покрытия, получаемые электролитическим хромированием, характеризуются высокой износостойкостью в абразивной среде, но их толщина ограничена (до 0,3 мм). Если последняя превысит указанное значение, то хром будет отслаиваться вследствие значительных внутренних напряжений.

Анализ конструктивных особенностей и условий эксплуатации деталей, их износов, а также технологических возможностей известных способов ремонта позволяет выбрать необходимый из них.

С помощью технологического критерия можно выявить лишь перечень возможных для данной детали способов восстановле­ния. Решение, принятое на его основе, следует считать предва­рительным.

По отдельным поверхностям типовых детали существуют десятки технологически приемлемых способов восстановления, различающихся между собой уровнем обеспечения надежности или стоимостью.

Принимаем предварительно для восстановления внутренних цилиндриче­ских поверхностей (деф. 4) следующие способы восстановления: наплавка под слоем флюса, наплавка в среде углекислого газа, дополнительной ремонтной детали.

Технический критерий(долговечности) оценивает каждый способ (выбранный по техно­логическому признаку) устранения дефектов детали с точки зрения восстановления свойств поверхностей, т.е. обеспечения работоспособности за счет достаточной твердости, износостойкости и сцепляемости покрытия восстановленной детали.

Для каждого из выбранных нескольких способов восстановления опреде­ляем комплексную качественную оценку по значению коэффициента долговечно­сти

Коэффициент долговечности определяется как функция:

К_и - коэффициент износостойкости,

К_в - коэффициент выносливости,

К_сц - коэффициент сцепляемости.

К_п - поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособ­ность восстановленной детали в условиях эксплуатации, К_п=0,8...0,9 (при­нимаем К_п=0,9).

По физическому смыслу коэффициент долговечности пропорционален сроку службы детали в эксплуатации, и, следовательно, рациональным по этому критерию будет способ, у которого К_д =max.

Выбрав несколько способов устранения дефектов, которые обеспечивают необходимые твердость, износостойкость, выносливость и другие показатели, окончательное решение о его целесообразности принимаем по технико-экономи­ческому критерию.

Технико-экономический критерий. Он связывает стоимость восстановления детали с ее долговечностью после устранения дефектов. Условие технико-экономической эффективности способа восстановления детали предложено проф. В.И. Казарцевым:

С_В  К_ДС_Н или С_В / К_Д  С_Н,

где С_В – стоимость восстановления детали, руб.;

С_Н – стоимость новой детали, руб.

Т.к. стоимость новой детали неизвестна, то критерий оцениваем по формуле проф. В.А. Шадричева

К_Т = С_В / К_Д,

где К_Т–коэффициент технико-экономической эффективности (табл.4);

С_В – себестоимость восстановления 1 м² изношенной поверхности детали, руб./м² по [1, табл. 53].

Эффективным считается способ, у которого К_Т  min

Наплавка в среде СО₂: К_т =600 / 0,85= 705

Вибродуговая наплавка: К_т = 800/ 0,62 = 1290

Контактная приварка ленты: К_т =750 / 0,8 = 937

ДРД: К_т = 400/ 0,8 = 500

Эффективным является способ, у которого К_т=min. Данные по характеристикам выбранных способов восстановления и ре­зультаты расчетов заносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Характеристика способов восстановления дефектов 1 и 2 детали

Самый низкий коэффициент технико-экономической эффективности имеет наплавка в среде углекислого газа. Данный спо­соб восстановления не требует дорогостоящего оборудования, производителен и менее дорогостоящ чем остальные проанализированные способы. Окончательно для устранения дефекта 2 принимаем наплавку в среде СО₂, т.к. данные способ достаточно производителен и дешев, к тому же коэффициент долговечности гораздо выше чем у способа вибродуговой наплавки и приварки ленты. Для восстановления посадки втулки применяем метод дополнительной ремонтной детали.