2.5 Обґрунтування та вибір оптимального методу відновлення деталі

В ремонтному виробництві існує велика кількість способів і засобів відновлення зношених деталей. Одні й ті ж дефекти можуть бути усунені декількома методами.

На вибір раціонального способу відновлення впливають матеріал деталі, її знос, характер навантаження, вартість відновлення тощо. В зв’язку з цим В.А.Шадричевим розроблена методика такого вибору, основана на послідовному застосуванні трьох критеріїв:

• технологічного, який дає можливість використовувати різні способи відновлення визначеної поверхні деталі;

• довговічності, що характеризується коефіцієнтом довговічності і представляє собою відношення технічних ресурсів відновленої та нової деталей;

• техніко-економічного, що зв’язує довговічність деталі з економікою її відновлення.

Технологічний критерій (критерій застосованості) враховує, з однієї сторони, особливості відновлення визначеної поверхні конкретної деталі і, з другої – технологічні можливості відповідних способів. Він не оцінюється кількісно і відноситься до категорії якісних. Тому його застосовують інтуітивно з урахуванням накопиченого досвіду застосування тих чи інших способів.

Критерій довговічності розраховується по формулі К_д = Т_в/Т_н. Для його кількісної оцінки необхідно мати інформацію по технічним ресурсам Т_в і Т_н. Отримання цих даних в процесі експлуатації машин займає багато часу. При отриманні вказаних параметрів на практиці застосовують методи прискорених лабораторно-стендових випробувань на надійність. Чим більше коефіцієнт довговічності, тим досконаліше спосіб ремонту.

Критерії застосованості і довговічності виражають технічну частину задачі без урахування економічної доцільності застосування того чи іншого способу. Тому необхідна ще оцінка способів відновлення деталі. Питання про вибір раціонального способу остаточно вирішується за допомогою техніко-економічного критерію, що зв’язує довговічність деталі з економікою її відновлення.

Критерію застосованості, при відновленні циліндричних поверхонь діаметром до 45 мм, відповідають наступні способи відновлення: наплавлення порошковими дротами, вібродугове наплавлення, наплавлення в середовищі захисних газів, електроконтактне наварювання, нанесення гальванічних покрить, металізаційне напилення металу, електромеханічне висаджування та згладжування металу.

Найбільший коефіцієнт техніко-економічної ефективності має електроконтактне приварювання (К_т.е = 0,660), при більш низьких значеннях даного коефіцієнту у інших способів відновлення: наплавлення порошковими дротами (К_т.е = 0,400); вібродугове наплавлення (К_т.е = 0,250); наплавлення в середовищі СО₂ (К_т.е = 0,403); напилення газополуменеве (К_т.е = 0,390); напилення плазмове (К_т.е = 0,400); хромування (К_т.е = 0,087); залізнення (К_т.е = 0,637) [13].

Для відновлення зовнішніх різьбових поверхонь застосовуємо електроконтактне приварювання дроту (таблиця 2.3).

Таблиця 2.3 – Дефект 1 – Знос та зрив різьби

№ операції	Найменування операцій	Зміст операцій
1	Контактне наварювання	Наварити різьбову поверхню
2	Токарна	Точити поверхню під різьбу
3	Токарна	Нарізати різьбу номінального розміру
4	Контрольна	Перевірити розмір різьби

Зношений шпонковий паз заварюємо, а новий фрезеруємо на іншому місці (таблиця 2.4).

Таблиця 2.4 Дефект 2 – Знос та розбиття шпоночного пазу

№ операції	Найменування операцій	Зміст операцій
1	Зварювальна	Заварити шпонковий паз
2	Слюсарна	Видалити напливи металу, що утворилися при заварюванні шпонкового пазу
3	Фрезерна	Фрезерувати новий шпонковий паз
4	Контрольна	Перевірити розмір шпонкового пазу

Для відновлення гладких циліндричних поверхонь застосовуємо залізнення (таблиця 2.5).

Таблиця 2.5 – Дефект 3 – Знос шийки вала під роликовий підшипник

№ операції	Найменування операцій	Зміст операцій
1	Токарна	Точити поверхню під роликовий підшипник
2	Гальванічна	Наростити шар металу на шийку вала під роликовий підшипник
3	Шліфувальна	Шліфувати поверхню шийки вала під роликовий підшипник
4	Контрольна	Перевірити розмір шийки вала під роликовий підшипник

Характеристика запропонованих способів відновлення

Сутність електроконтактного приварювання заключається в сумісному деформуванні металу, що наварюється, і поверхні основи, які нагріваються електричним струмом до пластичного стану.

Наварюємий дріт притискується до деталі роликом. Між деталлю і роликом пропускається електричний струм великої густини від понижуючого трансформатора. Амплітуда та тривалість імпульсів струму встановлюються регулятором. Перевага способу – можливість отримання наварених шарів із заданими трибологічними властивостями, що в декілька разів підвищує зносостійкість деталей, їх корозійну стійкість та інші властивості.

Висока швидкість протікаючих при наварюванні процесів дозволяє обходитися без захисних газів і флюсів. Міцний зв’язок між присадочним матеріалом і основою досягається внаслідок часткового плавлення тонких шарів металу в зоні контакту і дифузійними явищами.

В якості матеріалу, що наварюється, застосовують стрічки, дроти. Щоб інтенсифікувати процес, на деталь слід подавати охолоджуючу рідину.

Обладнання для електроконтактного наварювання складається з обертача і зварювальної головки, яка визначається видом процесу, що проводиться. Живлення процесу від трансформатора при струмі 10…20 кА.

Режими приварювання залежать від питомого опору, питомої маси, температури плавлення та теплопровідності присадочного матеріалу.

Частота обертання деталі, подачі присадочного матеріалу, крок приварювання і частота імпульсів повинні забезпечувати перекриття зварювальних точок на 25…35%.

Підготовка деталей до електроконтактного приварювання заключається в шліфуванні поверхні деталей до усунення зношеного і наклепаного шару та знежирювання.

Після неї проводять розмірну обробку деталей, як правило шліфовкою. Припуск на механічну обробку 0,1…0,2 мм.

До недоліків способу відносяться: низька стійкість роликових електродів і зв’язана з цим нестабільність процесу; відносно висока трудомісткість підготовки деталей до електроконтактного приварювання.

Процес залізнення представляє собою осадження металу на ремонтовану поверхню деталі у водних розчинах солей заліза. Він знайшов широке застосування при відновленні деталей з зносом від декількох мікрометрів до 1,5 мм на сторону. Продуктивність процесу залізнення приблизно в 10 разів вище, ніж при хромуванні. Середня швидкість осадження металу становить 0,72 ... 1 мкм / с, а вихід металу по струму дорівнює 80 ... 95%.

Залізнення можливо з водних розчинів сірчанокислих або хлористих солей. Електроліт готують розчиненням у воді солей хлористого заліза та інших компонентів. Якщо для приготування електроліту використовується стружка з маловуглецевої сталі, то її перед використанням піддають знежиренню в 10 ... 15% розчині каустичної соди при температурі 80 ... 90 ° С, а потім промивають у гарячій (t = 70. .. 80 ° С) воді. Після цього знежирену стружку травлять до насичення соляної кислоти.

Електроліти бувають гарячі і холодні. Гарячі електроліти ( 60 ... 95 ° С) продуктивніше холодних, але при роботі з ними необхідні додаткові витрати енергії на підтримання високої температури електроліту, додаткова вентиляція і велика обережність з боку робітників.

Холодні електроліти (50 ° С) стійкіше проти оксидування. Дозволяють отримувати якісні покриття з кращими механічними властивостями. При електролізі аноди розчиняються, що складається з вуглецю, сірки, фосфору і других домішок. Потрапляючи у ванну, вони забруднюють її і погіршують якість покриття. Щоб уникнути цього аноди необхідно переміщувати в діафрагми з пористої кераміки або чохли, зшиті з кислотостійкої матеріалу (склотканина, шерсть та ін.).

Залізнення проводять в сталевих ваннах, внутрішні стінки яких облицьовують кислостійкими матеріалами (антегмітова плитка АТМ-1, емаль типу 105А, кислотостійка гума, фторопласт-3, кераміка, порцеляна).

Зварювання являється найбільш розповсюдженим способом відновлення деталей. Зварювання використовують при усунені механічних пошкоджень на деталях (тріщини пробоїни та інше), а наплавлення – для нанесення покриття з метою компенсування зносу робочих поверхонь.

Нагрівання до температури плавлення матеріалів, що беруть участь при зварюванні і наплавленні, призводить до виникнення шкідливих процесів, які чинять негативний вплив на якість відновлюваних деталей. До них відносяться металургійні процеси, структурні зміни, утворення внутрішньої напруги і деформацій в основному металі деталей.

В процесі зварювання відбувається окислення металу, вигорання легуючих елементів, насичення наплавленого металу азотом і воднем, розбризкування металу.

З'єднання наплавленого металу з киснем повітря є причиною його окислення і вигорання легуючих елементів (вуглецю, марганцю, кремнію та ін.). Окрім цього, з повітря в наплавлений метал проникає азот, який є джерелом зниження його пластичності і підвищення межі міцності. Для захисту від цих негативних явищ при зварюванні використовують електродні обмазки, флюси, які при плавленні утворюють шлак, що оберігає можливий контакт металу з довкіллям. З цією ж метою застосовують і захисні гази.