Вопросы для самопроверки и промежуточного контроля знаний студентов по 11-й главе

1. Организация технологической подготовки производства в условиях единичногс и мелкосерийного производства.

2. Организация технологической подготовки производства в условиях серийноп производства.

3. Организация технологической подготовки производства в условиях крупносе рииного и массового производства.

4. Комплект технологической документаций.

5. Заполнение маршрутных карт и области их применения.

6. Заполнение карт технологических процессов и области их применения.

7. Заполнение операционных карт и области их применения.

8. Оформление операционных эскизов.

9. Особенности технологических процессов при обработке заготовок на станках с ЧПУ.

10. Оформление карты наладки инструмента.

11. Оформление карты кодирования информации.

12. Оформление карты заказа на разработку управляющей программы.

13. Оформление ведомости обрабатываемых деталей на станке с ЧПУ.

14. Особенности разработки техпроцессов и оформление технологической докумен­тации ляя обработки заготовок на полуавтоматах и автоматах.

15. Особенности разработки технологических процессов обработки заготовок на ав­томатических линиях.

16. Оформление технологической документации при обработке заготовок на авто­матических линиях.

17. Особенности разработки технологических процессов для гибких производств.

18. Автоматизация проектирования технологических процессов.

19. Актуальность и задачи технической реконструкции промышленных предпри­ятий и цехов,

20. Технологическая часть технической реконструкции промышленных предпри­ятий и цехов.

Глава 12

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Восстановление изношенных деталей машин яаляется актуальнейшей пробле­мой машиностроения, так как около 70 % деталей выходят из строя из-за износа, состав­ляющего сотые доли процента от их общей массы. Восстановление - позволяет эконо­мить материалы и уменьшать затраты, связанные с производством заготовок. Восста­новлением деталей машин занимаются различные ремонтные и малые предприятия, по­требители машин и их производители.

В производстве для восстановления деталей машин применяют разнообразные технологические методы. Выбор приемлемого метода определяется величиной восста­навливаемого поверхностного слоя, производственной программой, техническим осна­щением предприятия, его обеспеченностью материалами, энергией и квалификацией персонала.

В целом восстановление деталей включает в себя три процесса: подготовка де­талей под восстаноаление; восстановление; обработка восстаноаленных поверхностей деталей.

1. Восстановление деталей машин термоупругопластическим деформированием

Термоупругопластическое деформирование (ТПД) представляет собой техноло­гический метод восстановления деталей, в процессе которого под воздействием нагрева и избирательного охлаждения происходит перераспределение металла с нерабочих уча­стков к изношенным функциональным поверхностям за счет внутренних механизмов термического деформирования металла детали без приложения дополнительных внеш­них сил. Наиболее эффективно метод используют для восстановления деталей типа «по­лый цилиндр», например, втулок, поршневых пальцев, гияьз цилиндров автотракторных двигателей и др.

Для качественного восстановления изношенной внутренней поверхности полой ци­линдрической детали необходимо получить в процессе ТГ1Д усадку внутреннего диа­метра на 0,25 ... 0,3 мм меньше его номинального размера, с овальностью и конусно­стью, не превышающими 0,1 мм. Обработка может осуществляться как в жесткой охла­ждаемой матрице (рис. 12,1), так и без нее (рис. 12.2).

В первом случае за один цикл обработки достигают усадку 1,0 ... 1,2 мм при сто­процентном отсутствии трешин. Напрааленный характер усадки объясняется влиянием двух факторов: осевым градиентом температуры и ограничивающим действием матри­цы, наличие которой способствует также уменьшению коробления и остаточных напря­жений, что одновременно исключает образование трещин.

Во Всероссийском научно-исследовательском технологическом институте ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ) разработана и внедрена в производство унифицированная технология восстаноаления гильз цилиндров способом ТТ1Д в жесткой охлаждаемой матрице. Эта технология предусматривает восстановление гильз цилиндров двигателей Д-50, СМД-14, СМД-60 и их модификаций.

При этом способе (см. рис. 12.1, а) изношенная гильза 1, предварительно проточен­ная по необработанным участкам наружной поверхности, устанавливается в матрицу 4 установки ТПД. Матрица постоянно охлаждается водой снаружи через распылитель 3 по замкнутому циклу. " .

Рис. 12.1. Восстановление внутренней цилиндрической поверхности не закаливаемых, (а) н закаливаемых (б) гильз цилиндров в охлаждаемой матрице:

} — гильза цилиндра; 2 - индуктор; 3 - спрейер охлаждающий;

^;!,э< 4 - матрица; 5 - спрейер закалочный

Поднимая восстанавливаемую гильзу вверх, в нее вводят индуктор 2. Когда индук­тор достигает нижней части гильзы, она автоматически останавливается. Затем одно­временно включают нагрев гильзы и вращение с частотой 40 мин"¹. После прогрева гильзы в течение 10 ... 15 с ее опускают вниз со скоростью 1,8 ... 2,3 мм/с, нагревают до 730 ... 750 °С и осаживают. При завершении цикла - при температуре 400 ... 550 °С извлекают из матрицы и охлаждают на воздухе.

В целях обеспечения последовательного нагрева и охлаждения внутренней поверх­ности гильзы с одновременной ее заквлкой может быть использован индуктор 2, изго­товленный совместно с закалочным спрейером 5 (см. рис. 12,1, б). В этом случае произ­водится последующий средний отпуск гильзы при температуре 350 ... 400 °С.

Нагрев гильзы осуществляется на установке ТВЧ мощностью 100 кВт, с частотой тока бб кГц. Расход охлаждающей воды около 70 л/мин.

Реализация метода восстановления деталей машин ТПД без использования жесткой матрицы может осуществляться несколькими способами (см. рнс. 12.2), которые по сво­ей сути близки и различаются лишь схемой создания движущегося градиента темпера­туры вдоль оси изделия. Технологически наиболее удобной является схема с размещени­ем индуктора и спрейера с наружной цилиндрической поверхности детали (рис. 12.2, а).

Характерной особенностью данного метода ТПД является нагрев детали ниже точ­ки Ас[ на 20 ... 30 °С. Перед ТПД изделия предварительно объемно прогревают до 500 °С для повышения пластичности материала. Процесс осуществляют, перемещая относи­тельно индуктора со скоростью 2,0 ... 2,5 мм/с вращающуюся с частотой 30 ... 50 мин"¹ гильзу, и непрерывно охлаждал ее водвным душем. В результате происходит перерас­пределение металла на внутреннюю изношенную поверхность. Для снятия высоких тер­мических напряжений после ТПД осуществляют объемный нагрев гильзы до температу­ры 350 ... 400 °Сс последующим охлаждением на воздухе (средний отпуск).

Рис. 12.2. Восстановление внутренней цилиндрической поверхности гильз цилиндров без матрицы:

а - индуктор и спрсйер снаружи гильзы; б - индуктор и спрейер внутри гильзы; в - индуктор - снаружи, спрейер - внутри гильзы

Данный метод целесообразно применять для вое станов л енил незакаливаемых изде­лий, например гильз цилиндров двигателей 3M3-53, КамАЗ-740, ЗИЛ-130, изготавли­ваемых из специального легированного чугуна.

После одного цикла ТПД величина остаточной деформации внутренней цилиндри­ческой поверхности гильзы цилиндра 0 100 ... 130 мм составляет около 0,7 ... 1,2 мм, после двух - 1,1 ... 1,9 мм, что является вполне достаточным для ремонта при величине износа зеркала гильзы равной 0,3 ... 0,5 мм, величине коробления после ТПД -0,1 ... 0,2 мм и припуске на механическую обработку до 0,5 мм.

После ТПД происходит уменьшение как внутреннего, так и наружного диаметра гильзы. Для восстановления наружных посадочных поясков гильзы необходимо осуще­ствить их наращивание на 1,5 ... 2,0 мм. Это можно выполнить способом электроду го во- го напыления или наплавки с использованием типовых режимов как стальной, так и алюминиевой проволокой.

Проблема применения метода ТПД для восстановления наружных цилиндрических поверхностей заключается в том, что в процессе термопластического деформирования появляется трудноустраняемый в дальнейшем дефект седлообразности, вызываемый структурными превращениями в материале. Решить эту проблему можно путем предва­рительного создания в обрабатываемом изделии бочкообразное™, за счет регулируемо­го давления на его торцы, при нагреве. Задача оптимизации операции ТПД в этом случае будет сводиться к подбору таких режимов и временных выдержек, при которых бочко­образное™ и седлообразное™ компенсируют друг друга, в результате чего восстанавли­ваемое изделие приобретет правильную геометрическую форму.

На рис. 12.3 представлена схема способа восстановления наружной цилиндриче­ской поверхности поршневых пальцев методом ТПД. Поршневой палец /, изготовлен­ный из цементуемой стали 12ХНЗ А, подают к закалочной установке ТВЧ (N = 50 кВт,/= 2400 Гц), где в индукторе его нагревают объемно до температуры фазовых превращений, составляющей 840 ... 860 °С, а затем зажимают по торцам и на установке ТПД охлажда­ют водяным душем изнутри спрейером 4, вводимым во внутреннюю полость пальца. При этом получают увеличение наружного диаметра на 0,15 мм; длины - на 0,3 мм, что достаточно для компенсации износа и создания припуска на механическую обработку.

Рис. 12.3. Восстановление наружной цилиндрической поверхности поршневых пальцев:

1 - поршневой палец; 2 - индуктор; 3 -втулка;

4 - спрейер; 3 - гидроклапан

■" Одновременно проходит поверхностная закалка цементованного слоя. После ТПД поршневые пальцы обрабатывают холодом в течение двух часов при температуре - 50 ... 70° С для полного распада остаточного аустенита и осуществляют низкий отпуск при температуре 190 ... 220 °С в течение двух часов с последующим охлаждением на воздухе. Технологии термоупругопластического деформирования обеспечивают качест­венное восстановление деталей по геометрическим параметрам, физико-механическим и эксплуатационным свойствам при средней себестоимости восстановления не превы­шающей, как правило, 60 % стоимости изготовления новых изделий. Это позволяет ис­пользовать их как при восстановлении изношенных деталей, так и для устранения брака механической обработки.

2. Восстановление деталей машин пластическим вытеснением материала

Пластическое деформирование материала применяют для восстановления формы и размеров поверхностей за счет перемещения материала в объеме самой детали. Способ применяют для восстановления деталей, изготовленных из пластичных материалов (ста­ли, меди, бронзы и др.), а также для обработки хрупких материалов, которые становятся пластичными в результате нагрева или создания благоприятных условий нагружения. Основная особенность данного способа состоит в том, что при восстаноалении большого количества параметров деталей обходятся без применения дополнительного материала.

Пластичность - это свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после сня­тия этих сия. Пластическал деформация кристаллических тел происходит в результате смещения атомных слоев по плоскостям скольжения под действием внешних сил. Чем больше плоскостей сдвига образуется в объеме материала, тем более он пластичен, тем меньше напряжения, при которых деформируется заготовка.

Степень и усилие деформирования материвла зависят от его химического состава и структуры, температуры нагрева, скорости деформирования и схемы главных напряжений.

Наибольшую пластичность имеют чистые металлы. Введение в состав металла леги­рующих элементов чаще всего уменьшает его способность к пластическому деформиро­ванию, Неоднородность структуры и неравномерность распределения примесей также приводят к уменьшению пластичности. Величина зерна влияет на пластичность при хо­лодном деформировании. Чем меньше размер зерна, тем прочнее металл и ниже его пла­стичность. При горячем деформировании размер зерна не сказывается на пластичности.

Пластичность материала увеличивается при его нагреве. Различают холодное и го­рячее деформирование в зависимости от соотношения температур процесса и рекристал­лизации. При холодном деформировании температура обработки меньще температуры рекристаллизации, а при горячем - наоборот.

Нагрев до температуры ковки в 10 ... 15 раз уменьшает сопротивление деформиро­ванию по сравнению с процессом в холодном состоянии. Нагрев деталей из углеродистых сталей до 350 °С не увеличивает, а снижает пластичность, а нагрев свыше 700 °С приво­дит к появлению окалины. Поэтому нагрев таких сталей целесообразен в указанном ин­тервале температур.

При восстановлении деталей машин пластическим вытеснением материала основ­ным технологическим режимом является усилие выдавливания. При расчете данных усилий учитывают то, что пластическал деформация наступает, когда напряжения сдви­га в материале детали превышают предел его упругости. В то же время, наряду с пла­стической - присутствует и упругал деформация, в результате действия которой разме­ры детали в конечный момент нагружения отличаются от размеров после снятия нагрузки.

Восстановление размеров деталей пластическим вытеснением за счет перемещения материала включает подготовку детали, нагрев (при необходимости), приложение де­формирующего усилия и последующую обработку.

Подготовка детали к деформированию представляет собой отжиг или высокотем­пературный отпуск. В некоторых случаях заготовку непосредственно перед деформиро­ванием нагревают до температуры ковки.

Процессы перемещения материала при пластическом деформировании классифи­цируют в зависимости от соотношения направления внешних сил и деформаций: осадка, раздача, обжатие, вытяжка и вдавлияание (рис. 12.4, рис. 12.5).

р

04

s г

V77Z7r,1

J^zzL

’XSZZ'

#>

л

лфй.

Р/А'/М

а) ¹

й-

2r±z0 —I

Рис. 12.4. Восстановление размеров деталей: Рис. 12.5. Накатка поверхности

а - осадка; б - раздача; в - обжатие; г - вытяжка; д - вдавливание

Осадка (см. рис. 12,4, а) применяется для увеличения наружного размера сплошных деталей. При осадке действие силы Р перпендикулярно к налраалению деформации 5. В результате воздействия площадь поперечного сечения детали увеличивается вследствие уменьшения ее высоты.

Способ используют для восстановления диаметров пальцев, коротких осей при не­жестких требованиях к их длине.

Пример. Процесс восстановления муфт синхронизаторов путем осадки в подклад­ном штампе с разъемной матрицей обеспечивает производительность до 100 дсталей/ч.

Процесс включает:

• нагрев деталей в камерной печи до температуры 960 ... 980 °С в атмосфере эндогаза;

* установку двух технологических полуколец, препятствующих деформации паза,

и установку собранного изделия на оправку;

• штамповку на фрикционном прессе;

** выпрессовывание оправки и снятие полуколец; '

• отжиг;

• точение кольцевой канавки;

• протягивание и калибрование эвольвеитных шлицев;

• закругление зубьев;

• термическую обработку.

Направления действующих сил и деформаций при раздаче (см. рис. 12.4, б) совпа­дают и направлены изнутри детали. Раздачу применяют для восстановлених по наруж­ному диаметру поршневых пальцев, чашек дифференциала, втулок и др. деталей с неже­сткими требованиями к внутренним размерам.

При обжатии (см. рис. 12.4, в) направления действующих Сил и деформаций совпа­дают, но направлены внутрь детали. Этот способ применяют при восстановлении внут­ренней поверхности детали с нежесткими требованиями к наружным размерам.

Вытяжку (см. рне. 12.4, г) применяют для увеличения длины детали за счет умень­шения ее поперечного сечения. Вытяжкой восстанавливают, например, размеры толка­телей при износе торцовых поверхностей.

Вдавливание (см. рис. 12.4, д) объединяет в себе признаки осадки и раздачи. Одно­временное протекание осадки и раздачи сохраняет длину детали, что яаляется преиму­ществом способа. Вдавливание используют при восстановлении зубьев шестерен, шли­цев и др. поверхностей деталей. Как правило, процесс ведут при высокой температуре нагрева (680 ... 920 °С).

Частным случаем вдавливания является накатка (см. рис. 12.5). Ее применяют для увеличения наружного или уменьшения внутреннего размера деталей за счет вытесне­ния металла из отдельных участков рабочих поверхностей. Накаткой восстанавливают размеры шеек и отверстий под подшипники, а также подшипники, залитые свинцови­стой бронзой. Образовавшиеся лунки заливают баббитом для восстановления несущей способности антифрикционного слоя. Поверхности накатывают специальным инстру­ментом - зубчатым роликом с прямыми ияи косыми зубьями.

Наиболее перспективное восстановление соединений с малой величиной износа (0,004 ... 0,02 мм) - увеличение наружного диаметра за счет высоты наплывов, образую­щихся по краям микроканавок при формировании рельефа поверхности пластическим деформированием. Удается решить одновременно две задачи: восстановить размер и придать обработанной поверхности положительные антифрикционные свойства (нали­чие маслоемких каналов предотвращает в эксплуатации сухое трение и связанные с ним задиры контактирующих поверхностей, их заклинивание).

Одним из таких методов восстановления износа поверхностей деталей машин пла­стическим деформированием является алмазное выдавливание. При восстановлении ал­мазным выдавливанием в качестве инструмента, как правило, применяют выглаживате- ли из синтетического алмаза марки АСПК (Нормаль ВНИИАЛМАЗа ОН 037-103-67). Инструмент применяют с рабочей частью конуса имеющей раднус сферы такой же, как и для алмазного выглаживания, В отличие от выглаживания, которое проводится для упрочнения поверхностного слоя и уменьшения высотных параметров шероховатости, при выдавливании величина подачи составляет 0,3 ... 1,5 мм/об. ^

В зависимости от условий эксплуатации восстанавливаемых деталей машин, на по­верхности может образовываться винтовал линия (при непрерывной подаче инструмен­та), либо восстановление проводят образованием на поверхности деталей замкнутых кольцевых канавок.

Например, алмазное выдавливание можно применять для восстановления изношен­ных поверхностей прецизионных направляющих скольжения (восстановление с образо­вал ием винтовой канавки) ияи деталей плунжерных пар (восстановление с образованием кольцевых канавок).

3. Восстановление деталей машин электромеханической обработкой

Восстановление деталей электромеханической обработкой (ЭМО) основано на перераспределении поверхностного слоя материала восстанавливаемой детали, что обеспечивает значительное повышение использования металла, ияи наплавки добавоч­ного материала к восстанавливаемой поверхности.

Технологический процесс восстановления посадочных поверхностей изношенных деталей при ЭМО состоит из двух операций: высадки металла и сглаживания посадоч­ной поверхности до определенного размера (рис. 12.6).

Принципиальное отличие этих операций состоит в различии контактных напряже­ний. В первом случае обработка проводится пластиной (роликом) из твердого сплава, ширина поверхности контакта которой численно меньше или равна подаче, а во

'380 В

Рис. 12.6. Восстановление высвдкой металла:

D₂- диаметр до высадки; D, -диаметр после высадки; D_a —диаметр после сглаживания

втором случае обработка проводится твердосплавной пластиной (роликом), ширина кон­такта которой значительно превышает подачу.

При высадке на контактной поверхности образуется винтовой выступ, а при сгла­живании этот выступ уменьшается до необходимого размера; первоначальный диаметр контактной поверхности увеличивается.

Профиль может создаваться как за счет увеличения силы р и величины силы тока, так и за счет увеличения числа рабочих ходов. По мере увеличения силы металл, контак­тирующий с пластиной, подвергается все большему пластическому деформированию и выдавливается наружу вдоль контура пластины, а последняя, внедряясь в металл, обра­зует впадину, увеличивающуюся в своих размерах. Таким образом, по мере увеличения силы расстояние между неровностями, ограничивающими выступ, уменьшается.

Приложение электрического тока в месте контакта инструмента и заготовки позво­ляет значительно уменьшить прикладываемое усилие за счет того, что происходит разо­грев металла детали и увеличение его пластичности.

Сглаживание обеспечивает; увеличение контактной поверхности сопрягаемой дета­ли и снижение ее шероховатости; увеличение твердости и упругих свойств контактной поверхности; необходимый натяг сопряжения и его прочность.

После сглаживания в несколько рабочих ходов сечение сглаженного профиля при­ближается к прямоугольному.

Для реализации данного метода применяют установку для ЭМО на базе токарно- винторезного станка. В мастояшее время указанная технология восстановления усовер­шенствована путем применения более интенсивных режимов, новых материалов и кон­струкций инструмента. В качестве инструмента используют универсальную телескопи­ческую державку для восстановления деталей. Подвод тока осуществляют непосредст­венно к головкам (его прохождение по корпусу резцедержателя исключается).

При восстановлении размеров деталей машин в качестве инструмента применяются пластины, работающие в условиях трения скольжения, и ролики, работающие в услови­ях трения качения. Так как инструмент работает в очень жестких условиях - высокие давления и температуры, то в качестве материала для его изготовления применяют тер­мостойкие бронзы, жаропрочные стали, твердые сплавы типа титанокобальтовых, лсев- досплавы на основе карбида вольфрама и меди. Ко всем этим материалам предъявляют высокие требования но электропроводности, теплопроводности, жаропрочности.

Электромеханическое выдавливание позволяет эффективно восстанавливать размер наружных цилиндрических поверхностей с последующей доводкой на 0,02 - 0,1 мм.

При данном способе восстановления цилиндрических поверхностей на величину восстановленного размера большое влияние оказывает сила тока. Это вполне понятно и объясняется тем, что с увеличением силы тока повышается глубина проникновения вы­сокой температуры, уменьшается предел текучести обрабатываемого материала, а сле­довательно, повышается интенсивность выдавливания.

При необходимости восстановления больших размеров применяются добавочные материалы, наносимые на восстанавливаемые поверхности различными способами.

Например, при восстановлении размеров деталей на величину до 0,2 ... 0,4 мм при­меняют в качестве добавочного материала различные порошки. Порошок наносят на восстанавливаемую поверхность несколькими способами: обмазкой, свободным просы­панием в зону контакта инструмента и заготовки, удержанием порошка в зоне контакта с помощью электромагнита.

При нанесении дополнительного материала (порошка) на восстанавливаемую по­верхность обмазкой, получается покрытие с очень большой пористостью, а иногда про­исходит даже отслаивание наплавленного слоя. Это вызвано наличием так называемого «третьего тела» - связующего компонента, который при наплавке из-за высоких темпе­ратур выгорает в зоне контакта инструмента и слоя дополнительного материала.

Для улучшения качества восстановленного слоя (уменьшения его пористости и лучшего припекания к поверхности), избавляются от «третьего тела» путем нанесения порошка свободным просыпанием из бункера. Однако при таком способе нанесения до­полнительного материала происходит очень большой его перерасход. Поэтому, для из­бежания данного недостатка, используют электромагнитное поле для удержания порош­ка в зоне наплавки.

При восстановлении еще больших размеров используют в качестве добавочного материала проволоку ияи ленту.

4. Восстановление деталей машин плазменными методами

Плазменные методы восстановления деталей машин основываются на использова­нии теплофизических свойств ионизированного газа (плазмы). Так как выделить плазму в чистом виде весьма трудно, то для технических целей используют дуговой разряд, обогащенный плазмой, т.е. в дуговом разряде наряду с заряженными частицами (ионами и электронами) содержатся и нейтральные частицы. Такое состояние газа называется низкотемпературной плазмой (температура на выходе из сопла плазмотрона около 5000 ... 7000 К).

В качестве плазмообразующих газов самостоятельно могут быть использованы ар­гон, азот, гелий, аммиак. Водород и кислород применяются в смеси с аргоном, азотом.

В комплект оборудования для плазменной обработки входят следующие узлы: плазмотрон; механизм транспортирования порошковых и проволочных материалов; пульт управления, в котором сосредоточены измерительные, регулировочные и блоки­ровочные устройства; источник питания дуги; источник и приемник охлаждающей во­ды; комплекс коммуникаций, соединяющий отдельные узлы установки и обеспечиваю­щий подвод к плазмотрону газов, электроэнергии, охлаждающей воды.

Плазменное напыление. Для восстановления изношенных поверхностей плазмен­ным напылением широкое применение получили самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Cr-B-Si, в которые нередко добавляют карбиды, бориды тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, ванадия) для образования композиционных сплавов с более вы­сокими физико-химическими свойствами. Весьма эффективно использование биметал­лических терм о реагирующих порошковых сплавов (например, Al + Ni), обладающих экзотермическими свойствами, повышающими прочность сцепления покрытия с осно­вой и физикохимические свойства в целом. Их применяют в качестве подслоя или для напыления основного слоя.

Технологический процесс восстановления деталей плазменным напылением вклю­чает следующие операции: подготовка порошка и поверхности детали, напыление и ме­ханическая обработка напыленного покрытия.

Подготовка порошка заключается в его сушке при температуре 150 ... 200 °С и про­сеивании через сито с размером ячеек, не превышающим 200 мкм.

Подготовке поверхности детали к напылению должно уделяться первостепенное значение, поскольку от ее качества в значительной мере зависит прочность сцепления порошка с поверхностью детали. Детали, подлежащие напылению, очишают от грязи, моют, просушивают, после чего подвергают мехалической обработке, с целью создания на поверхности необходимой шероховатости, которал оказывает существенное влияние не только на прочность сцепления напыляемого материала с подложкой, но и на уста-

Рис. 12.7. Плазменное напыление порошком (в) и проволокой (б):

1 - подвод шшмообразуюшего газа; 2 - катод плаз матрона;

3 - корпус катода; 4 - изолятор; 5 - корпус анода; 6 - порошковый питатель;

7- подвод газа, транс порт ируюшего порошок; 8- плазм еннва струя; 9- источник питания (И П)

лостную прочность восстанавливаемой детали. Наиболее рациональный метод создания шероховатости - дробеструйная обработка чугунной крошкой с размером частиц 1 ... 2 мм при давлении воздуха 0,5 ... 0,6 МПа. Напылять покрытия следует сразу после дро­беструйной обработки, так как уже через 2 ч ее эффективность уменьшается из-за увеличения па обрабатываемой поверхности оксидной пленки.

При плазменном напылении в качестве напыляемых материалов применяют по­рошки (рис. 12.7, а), проволоки и прутки (рис. 12.7, б).

Более технологичным является использование порошков. Частицы порошка, пода­ваемые в зону плазмообразован ия, нагреваются в плазменной струе до оплавления или расплавления и направляются с определенной скоростью (50 ... 200 м/с) на поверхность детали, ударяясь о которую, деформируются, растекаются, кристаллизуются, образуя слоистые покрытия.

В зависимости от свойств напыляемых металлических частиц, способа и режима напыления частицы могут достигать подложки в жидком, пластичном или твердом со­стоянии. Экспериментально определено, что для получения более высокой прочности сцепления частицы должны быть нагреты не ниже 90 % температуры их плавления.

Повышению прочности сцепления способствует также предварительное напыление подслоя толщиной не более 0,1 мм из металлов (сплавов), образующих прочные химиче­ские связи в результате взаимодействия с подложкой (молибден, сплавы на никелевой основе, содержащие алюминий, титан и др.). Весьма перспективно напыление компо­зиционным порошком (NI-A1): в результате алюмотерм ичес кой реакции образуется по­крытие - алюминид никеля, отличающийся высокой стойкостью к окислению и более высокой температурой плавленил (1640 °С), чем составляющие его металлы.

Существенным недостатком напыляемых покрытий является их пористость, что объясняется небольшой площадью контакта, как между частицами, так и между части­цами и подложкой. При воздействии на такой слой сравнительно невысоких нагрузок

14 — 654

Рис. 12.8. Плазменное напыление с последующим оплавлением:

1 - ИП; 2 — балластный реостат; 3 - порошковый питатель;

4 - плазматроп; 5 . 6- ввод и вывод охлаждающей жидкости;

7 — ввод наплавляемого порошка; 8 - напыляемая деталь

велика вероятность его отслоения. Для улучшения качества напыленных покрытий их подвергают последующему оплавлению (рис. 12.8), Для последующего оплавления при­годны те напыленные твердые сплавы, которые обладают способностью самофлюсова­ния. Это сплавы на никелевой основе. Наряду с плазменным нагревом двя оплавления покрытий используют газопламенный, аргонодуговой способы и токи высокой частоты. Твердость оплавленных порошковых смесей составляет49 ... 53 HRC, износостойкость в 5 раз превышает износостойкость стали 45, сопротивление усталости повышается да 20 ...25%, прочность сцепления покрытия с подложкой достигает 400 МПа.

Однако несмотря на то, что способ напыления с оплавлением позволяет получать высококачественные износостойкие покрытия с необходимым припуском под механиче­скую обработку, широкого применения для восстановления деталей он не получил из-за следующих недостатков. Процесс напыления с оплавлением является трудоемким и по Производительности уступает процессам получения покрытий наплавкой и электроли­тическими способами. Применение дорогих само флюсующихся порошков значительно повышает себестоимость восстановления. Нагрев покрытия и детали при оплавлении достигает 1100 °С, что выше температур фазовых превращений, поэтому все недостат­ки, характерные для наплавки, присуши и этому способу.

Методами плазменного напыления можно получить покрытия толщиной в несколько миллиметров, однако с увеличением толщины слоя свыше 1 ... 1,3 мм прочность его сцепления с подложкой снижается, поэтому наиболее целесообразно восстанавливать детали с износом, не превышающим 0,4 ... 0,6 мм.

^{! J} Плазменное напыление целесообразно применять для восстановления деталей, не подверженных значительным динамическим нагрузкам; изготовленных из чугуна и алюминия, трудно поддающихся восстановлению другими способами; изготовленных из любых сплавов, но при восстановлении которых не допускаются деформации. К та­ким деталям относятся корпусные детали автомобилей, тракторов, у которых изнаши­ваются посадочные места; гнезда блока под вкладыши коренных подшипников, гнезда картеров коробок передач, опорные буртики и посадочные пояски гильз цилиндров, по­

верхность нижней головки шатуна и др. Значительную номенклатуру составляют валы, изготовленные из чугуна, стали 45, легированных сталей, с изношенными посадочными местами: валы коробок передач, ходовой части машин и др. Плазменное нанесение по­крытий экономически целесообразно при восстановлении большого количества деталей.

Плазменная наплавка. Более технологичным и производительным является способ плазменной наплавки, который заключается в создании на восстанавливаемой поверхно­сти под действием плазменной струи расплава присадочного материала. После затверде­вания формируется наплавленный слой с заданными физико-механическими свойства­ми.

При упрочнении и восстановлении деталей в зависимости от их формы, условий работы применяют несколько разновидностей плазменной наплавки, отличающихся ти­пом присадочного материала, способом его подачи на изношенную поверхность и видом используемой сжатой дуги. При плазменной наплавке применяют дугу прямого действия - дуга образуется между вольфрамовым электродом и токоведущей присадочной про­волокой при электрически нейтральной детали.

Плазменную наплавку можно выполнять одиночными валиками, при наплавке ци­линдрических деталей по винтовой линии, а также с применением колебательного меха­низма (для широких слоев).

В качестве наплавочных материалов широко применяют следующие марки порош­ковых сплавов: ПГ-Cl, ПГ-УС25, ПГ-С27, ПГ-ФБХ62, ПГ-Л101, а также различные композиции этих сплавов с хромоникелевым порошковым сплавом ПГ-СР4. Ко всем сплавам добавляют 6 ... 8 % порошкового алюминия. Альтернатняой традиционным сплавам в настоящее время стало создание диффузионно-легированных (ДЛ) самофлю- сующихся порошков, состоящих из ядра (серийно выпускаемые металлические порош­ки, измельченная металлическая стружка) и диффузионной оболочки, содержащей бор и кремний. ДЛ-порошки при меньшей (в несколько раз) стоимости позволяют эффективно восстанавливать и упрочнять функциональные поверхности деталей. Грануляция по­рошков для плазменной наплавки должна находиться в пределах 200 ... 600 мкм. При­менение мелких частиц приводит к более интенсивному окислению и их частичному выгоранию. Кроме того, при их использовании часто забивается сопло плазмотрона.

Для предотвращения окисления металла в ванне расплава применяют подачу в зону наплавки защитных газов - аргона, азота или углекислого газа.

Универсальный способ плазменной наплавки - наплавка с вдуванием порошка в дугу, который, частично оплавляясь, переносится на поверхность изделия, оплавляемого дугой прямого действия (рис. 12.9). За счет широкого диапазона регулирования теплоты, идущей на нагрев порошка и детали, этот способ позволяет получать наплавленные слои высокого качества с минимальной глубиной проплавления. К недостаткам способа следует отнести сложность конструкций плазмотрона, его низкую надежность и боль­шие размеры, а также значительный расход газа.

При использовании наплавочной проволоки наиболее эффективна наплавка токо­ведущей проволокой. В этом случае сжатая дуга используется главным образом для плавления проволоки и в меньшей степени для подогрева детали (рис. 12.10). На­плавленный слой в основном образуется за счет теплоты перегретого наплавленно­го металла, смачивающего поверхность подогретого основного металла. Доля участия основного металла в первом наплавленном слое не превышает 4 %, что важно для обеспечения требуемых ф из и ко-механических свойств наплавки.

Наплавка прямой дугой токоведущей проволокой увеличивает производительность, но при этом возрастает глубина проплавления основного металла.