16.1 Правильный выбор материалов

Метод подбора материалов для изготовления оборудования сводится к тому, что при конструировании, кроме условий работы машин в отношении нагрузок, режима работы, необходимо учитывать и среду, в которой будет работать машина. Для снижения механического износа должны быть соответствующие чистота и твердость обработки. При подборе материала также учитывают экономические факторы. Иногда экономичнее применять дешевые полимерные материалы, чем дорогостоящие металлы.

16.2 Качество изготовления деталей

Качество деталей машин зависит от следующих факторов: правильного подбора материала деталей, механической и термической обработки деталей. Состояние поверхности деталей сильно влияет на износоустойчивость, особенно в период обкатки (приработки), а также на скорость протекания коррозии. Так, поверхности, грубо обработанные напильником, разрушаются в 4 раза быстрее, чем полированные. Точность изготовления деталей и чистота их обработки улучшаю эксплуатационные качества машин.

16.3 Поверхностное упрочнение деталей

Термические	Химико-термичес- кие	Нанесение покрытий	Электро- искровое упрочнение	Пластическое деформирова-ние
-полный отжиг -неполный отжиг -нормализация -закалка (цель - неравн. стр-ра) -отпуск (цель - получение более равновесной структуры)	-цемента- ция	-наплавка -напыление (10-15мм) -гуммирование -гальванизация (электролитическое наращивание металла) а) хромирование (0.2-0.3мм) б) железнение (2-3мм) в) никелирование	-упрочнение хромом, графитом -размерная обработка (прошивка отверстий)	-обкатка -дробеструйное упрочнение

Таблица 16.1 - Методы упрочнения деталей

Термические методы упрочнения деталей

Термическому упрочнению подлежат детали, изготавливаемые из стали, чугуна и сплавов цветных металлов. Термообработка осуществляется путём отжига, нормализации, закалки и отпуска. (детально эти виды обработки изучаются в курсе технологии металлов.) Из всех методов отжига: полного, неполного, диффузионного, низкого и рекристаллизационного в ремонтной практике применяется в основном: полный отжиг (нагрев до t ° на 30-50 °С выше критической точки по диаграмме состояний "железо-углерод", выдержка и последующее медленное охлаждение в печи, горячем песке или пепле) для стальных отливок, сварных конструкций, поковок, штамповок и проката при повышенных требованиях к механическим свойствам и микроструктуре металла); и неполный отжиг (нагрев стали до t° на 30-40°C выше критической, выдержка и медленное охлаждение) - для сортового проката и поковок с целью снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости).

Нормализация, являющаяся разновидностью полного отжига, отличается от него выдержкой детали при нагревании в течении 4-5 часов и охлаждением на воздухе. Применяется для деталей из низкоуглеродистой стали с целью получения мелкозернистой структуры, улучшения обрабатываемости резанием и устранения наклёпа после обработки резанием. Это более быстрая и дешевая операция в сравнении с отжигом.

Закалка в ремонтной практике применяется: полная, неполная, изотермическая, ступенчатая, прерывистая (для деталей сложной конфигурации) и поверхностная (электротермическая и газопламенная). Глубина закаленного слоя при поверхностной закалке составляет 1,5-5мм.

Отпуск – применяют для снятия напряжений, полученных при закалке. (Нагрев до t<А_C1 – до начала образования аустенита, выдержка, охлаждение с целью превращения неравновесной структуры в более равновесную.)

Химико-термическое упрочнение. Этот метод обработки поверхности детали изменяет химический состав металла путём насыщения его элементами, улучшающими механические свойства. Такую обработку проводят в соляных ваннах, в газовых и твердых средах.

Существует несколько методов химико-термического упрочнения.

Цементация является процессом насыщения поверхности детали углеродом для обеспечения возможности её закалки. Цементацию осуществляют твердым карбюризатором (смесь мелких зерен древесного угля – 85 % и одной из углекислых солей бария, натрия и калия – 15 %); жидкостью (в соляных ваннах) или газом (природным или полученным путём разложения бензола, нитробензола или керосина.)

Ящик с цементируемыми деталями и карбюризатором замазывают огнеупорной замазкой (2 части огнеупорной глины, 1 часть песка, замешанные на воде), помещают в нагретую печь и выдерживают 8-10 часов при t ° 930-950 °С. В среднем за 1 час поверхность науглераживается на глубину до 0.15 мм. Участки, не подлежащие цементации, защищают меднением или (90 % шамотной глины и 10 % асбестового порошка, замешанные на воде до тестообразной консистенции).

Цементацию применяют при ремонте зубьев шестерён; облицовочных пластин пресс-форм прессов сухого прессования керамических изделий; пальцев дезинтеграторов и т.п.

Покрытие поверхностей трения износостойкими материалами

К этому виду обработки относятся: наплавка, напыление, электроискровое упрочнение и электролитическое наращивание металла.

Наплавка является разновидностью сварки и ее часто применяют при ремонтных работах для деталей, подверженных абразивному износу. Стойкие к износу наплавки представляет собой твердые зёрна (карбиды), вкраплённые в менее твердую, но более вязкую основу. Наплавку осуществляют стержневыми, трубчатыми, ячейковыми электродами, а также порошковыми и сплошными твердыми сплавами и пастами.

Напылением могут наноситься покрытия из металла, пластмасс, резины.

Металлизация напылением. Достоинства: при этом не изменяется структура основного материала, остающегося холодным; толщина слоя до 10-15 мм, это важно при восстановлении деталей с большим износом. Недостаток- малая прочность соединения с поверхностью и большая трудоемкость.

Напыление полимерами – эти покрытия имеют высокие антифрикционные свойства.

Гуммирование – покрытие деталей резиной. Применяется для деталей, работающих в абразивных или агрессивных средах (роликов транспортёров), срок службы которых вместо 5-6 месяцев возрастает до 5 лет.

Электроискровое упрочнение. Основан на явлении электроискрового разряда в цепи выпрямленного и пульсирующего тока.

Существует два основных вида электроискровой обработки:

1 Электроискровое упрочнение поверхности детали хромом графитом или разными сплавами.

2 Размерная обработка деталей: прошивка отверстий различной формы в крупных деталях, крупногабаритных валах (шпоночные канавки и т.д.) за счёт эрозии (разрушения) металла электрическим током.

Электролитическое (гальваническое) наращивание металла.

К электролитическим методам покрытия деталей относятся осаждение сплавов, хромирование, железнение, никелирование, меднение, цинкование и т.д. Максимальная толщина покрытия при хромировании 0,2-0,3 мм, а при железнении 2-3 мм. Объясняется это тем, что железо осаждается в 10-20 раз быстрее, чем хром.

Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием

Этот вид упрочнения резко повышает усталостную прочность деталей и уничтожает чувствительность высокопрочных сталей к поверхностным концентраторам напряжений путём пластической деформации поверхностных слоев, что создаёт в них высокие напряжения сжатия и повышает предел выносливости поверхностных слоев.

Зона увеличения твердости проникает на глубину 0,1-3 мм.

Долговечность деталей повышается в 1,5–2 раза.

При ремонтных работах в качестве основных методов упрочнения деталей поверхностной пластической деформацией применяют обкатку и дробеструйное упрочнение.

Обкатка осуществляется стальными роликами. Скорость подачи роликов 0,2-0,8 мм за один оборот. Кол-во проходов не более 3-4, чтобы не допустить перенаклёпа.

а)

                  

б) в)

а) одним роликом; б) двумя; в) тремя

Рисунок 16.1 – Поверхностное упрочнение методом обкатки

Дробеструйное упрочнение осуществляется путём наклёпа поверхности готовой детали потоком дроби, подаваемой специальным дробомётом, работающим от сжатого воздуха или от механического привода. Такой обработке подвергаются закаленные стальные детали, работающие в условиях знакопеременных нагрузок (рессоры, пружины, зубчатые колеса). Твердость после обработки увеличивается на 20-40 %, долговечность возрастает вдвое. Для наклёпа применяется чугун, реже стальная дробь диаметра 0,4-2 мм. Скорость полета дроби 50-70 м/с. Длительность обработки от нескольких секунд до нескольких минут.

Поверхностный наклёп (обкатка, дробеструйка) применяется для коленчатых валов, шестерен, цапф, шатунов и др. деталей из чугуна, стали и цветных металлов.