2369
.pdfВзаимное расположение рабочих поверхностей наиболее часто нарушается у корпусных деталей. Это вызывает перекосы других деталей агрегата, ускоряющие процесс изнашивания.
Механические повреждения деталей – трещины, обломы, выкрашивание, риски и деформации (изгибы, скручивание, вмятины) – возникают в результате перегрузок, ударов и усталости материала.
Трещины являются характерными для деталей, работающих в условиях циклических знакопеременных нагрузок. Наиболее часто они появляются на поверхности деталей в местах концентрации напряжений (например, у отверстий, в галтелях).
Обломы, характерные для литых деталей, и выкрашивание на поверхностях стальных цементованных деталей возникают в результате воздействия динамических ударных нагрузок и вследствие усталости металла.
Риски на рабочих поверхностях деталей появляются под действием абразивных частиц, загрязняющих смазку.
Деформациям подвержены детали из профильного проката и листового металла, валы и стержни, работающие в условиях динамических нагрузок.
Химико-тепловые повреждения – коробление, коррозия, нагар и накипь – появляются при эксплуатации автомобиля в тяжелых условиях.
Коробление поверхностей деталей значительной длины обычно возникает при воздействии высоких температур.
Коррозия – результат химического и электрохимического воздействия окружающей окислительной и химически активной среды. Коррозия проявляется на поверхностях деталей в виде сплошных оксидных пленок или местных повреждений (пятен, раковин). Нагар, накипь являются результатом использования в системе охлаждения двигателя воды.
Изменение физико-механических свойств материалов выражается в снижении твердости и упругости деталей. Твердость деталей может снизиться вследствие применения структуры материала при нагреве в процессе работы до высоких температур. Упругие свойства пружин и рессор снижаются вследствие усталости материала.
Предельные и допустимые размеры и износы деталей
Различают размеры рабочего чертежа, допустимые и предельные размеры и износы деталей.
70
Размерами рабочего чертежа называются размеры детали, указанные заводом-изготовителем в рабочих чертежах. Допустимыми называются размеры и износы детали, при которых она может быть использована повторно без ремонта и будет безотказно работать до очередного планового ремонта автомобиля (агрегата). Предельными называются размеры и износы детали, при которых ее дальнейшее использование технически недопустимо или экономически нецелесообразно.
Изнашивание детали в различные периоды ее работы происходит не равномерно, а по определенным кривым.
Первый участок продолжительностью t1 характеризует изнашивание детали в период приработки. В этот период шероховатость поверхностей детали, полученная при ее обработке, уменьшается, а интенсивность изнашивания снижается.
Второй участок продолжительностью t2 соответствует периоду нормальной работы сопряжения, когда изнашивание происходит сравнительно медленно и равномерно.
Третий участок продолжительностью t3 характеризует период резкого повышения интенсивности изнашивания поверхностей, когда мероприятия технического обслуживания препятствовать этому уже не могут. За время Т, прошедшее с начала эксплуатации, сопряжение достигает предельного состояния и требует ремонта. Зазор в сопряжении, соответствующий началу третьего участка кривой изнашивания, определяет значения предельных износов деталей.
Последовательность контроля деталей при дефектации
В первую очередь выполняют визуальный контроль деталей с целью обнаружения повреждений, видимых невооруженным глазом: крупных трещин, обломов, рисок, выкрашивания, коррозии, нагара и накипи. Затем детали проверяют на приспособлениях для обнаружения нарушений взаимного расположения рабочих поверхностей и фи- зико-механических свойств материала, а также на отсутствие скрытых дефектов (невидимых трещин). В заключение контролируют размеры и геометрическую форму рабочих поверхностей деталей.
Контроль взаимного расположения рабочих поверхностей
Отклонение от соосности (смещение осей) отверстий проверяют с помощью оптических, пневматических и индикаторных приспособлений. Наибольшее применение при ремонте автомобилей нашли индикаторные приспособления. При проверке отклонения от соосности
71
вращают оправку, а индикатор указывает значение радиального биения. Отклонение от соосности равно половине радиального биения.
Несоосность шеек валов контролируют замером их радиального биения с помощью индикаторов с установкой в центрах. Радиальное биение шеек определяется как разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора за один оборот вала.
Контроль скрытых дефектов
Данная операция особенно необходим для ответственных деталей, от которых зависит безопасность движения автомобиля. Для контроля применяют методы опрессовки, красок, магнитный метод, люминесцентный и ультразвуковой.
Метод опрессовки применяют для выявления трещин в корпусных деталях (гидравлическое испытание) и проверки герметичности трубопроводов, топливных баков, шин (пневматическое испытание). Корпусную деталь устанавливают для испытания на стенд, герметизируют крышками и заглушками наружные отверстия, после чего во внутренние полости детали насосом нагнетают воду до давления 0,3- 0,4 МПа. Подтекание воды показывает местонахождение трещины. При пневматическом испытании внутрь детали подают воздух давлением 0,05-0,1 МПа и погружают ее в ванну с водой. Пузырьки выходящего воздуха указывают местонахождение трещины.
Методом красок пользуются для обнаружения трещин шириной не менее 20-30 мкм. Поверхность контролируемой детали обезжиривают и наносят на нее красную краску, разведенную керосином. Смыв красную краску растворителем, покрывают поверхность детали белой краской. Через несколько минут на белом фоне проявится красная краска, проникшая в трещину.
Магнитный метод применяют для контроля скрытых трещин в деталях из ферромагнитных материалов (стали, чугуна). Если деталь намагнитить и посыпать сухим ферромагнитным порошком или полить суспензией, то их частицы притягиваются к краям трещин, как к полюсам магнита. Ширина слоя порошка может в 100 раз превысить ширину трещины, это позволяет выявить соответствующий дефект.
Намагничивают детали на магнитных дефектоскопах. После контроля детали размагничивают, пропуская через соленоид, питаемый переменным током.
Люминесцентный метод применяют для обнаружения трещин шириной более 10 мкм в деталях, изготовленных из немагнитных материалов. Контролируемую деталь погружают на 10-15 мин в ванну с
72
флюоресцирующей жидкостью, способной светиться при воздействии на нее ультрафиолетового излучения. Затем деталь протирают и наносят на контролируемые поверхности тонкий слой порошка углекислого магния, талька или силикагеля. Порошок вытягивает флюоресцирующую кость из трещины на поверхность детали.
После этого, пользуясь люминесцентным дефектоскопом, деталь подвергают воздействию ультрафиолетового излучения. Порошок, пропитанный флюоресцирующей жидкостью, выявляет трещины детали в виде светящихся линий и пятен.
Ультразвуковой метод, отличающийся очень высокой чувствительностью, применяют для обнаружения в деталях внутренних трещин. Различают два способа ультразвуковой дефектоскопии – звуковой тени и импульсный.
Для способа звуковой тени характерно расположение генератора с излучателем ультразвуковых колебаний с одной стороны детали, а приемника – с другой. Если при перемещении дефектоскопа вдоль детали дефекта не оказывается, ультразвуковые волны достигают приемника, преобразуются в электрические импульсы и через усилитель попадают на индикатор, стрелка которого отклоняется. Если же на пути звуковых волн встречается дефект, то они отражаются. За дефектным участком детали образуется звуковая тень, и стрелка индикатора не отклоняется. Этот способ применим для контроля деталей небольшой толщины при возможности двустороннего доступа к ним.
Импульсный способ не имеет ограничений области применения и более распространен. Он состоит в том, что посланные излучателем импульсы, достигнув противоположной стороны детали, отражаются от нее и возвращаются к приемнику, в котором возникает слабый электрический ток. Сигналы проходят через усилитель и подаются в электронно-лучевую трубку. При пуске генератора импульсов одновременно с помощью блока развертки включается горизонтальная развертка электронно-лучевой трубки, представляющая собой ось времени.
Моменты срабатывания генератора сопровождаются начальными импульсами А. При наличии дефекта на экране появится импульс В. Характер и величину всплесков на экране расшифровывают по эталонным схемам импульсов. Расстояние между импульсами А и В соответствует глубине залегания дефекта.
Контроль размеров и формы рабочих поверхностей деталей позволяет оценивать их износ и решать вопрос о возможности их дальнейшего использования. При контроле размеров и формы детали ис-
73
пользуются как универсальные инструменты (штангенциркули, микрометры, индикаторные нутромеры и др.), так и специальные инструменты и приспособления (калибры, скобы, пневматические приспособления и др.).
Стоимость технического обслуживания и ремонта гусеничных машин в настоящее время является высокой. Одним из мероприятий, обеспечивающих снижение стоимости ремонта, является определение технического состояния агрегатов машин без их разборки. Межремонтный срок работы машины и отдельных агрегатов определяется сроками службы основных деталей и сопряжений: двигателя – сроками службы деталей цилиндропоршневой группы и кривошипношатунного механизма; коробки передач до ремонта – сроками службы подшипников первичного и вторичного валов и ведущих шестерен передач. Техническое состояние двигателя определяется по следующим параметрам: расходу картерного масла, давлению в масляной системе, расходу топлива, дымлению.
Относительный расход картерного масла наиболее полно характеризует состояние деталей цилиндропоршневой группы. По давлению в масляной системе судят об износе кривошипно-шатунного механизма. Величину износа и техническое состояние поршневых колец наиболее полно характеризует суточный расход масла. Снижение давления в масляной системе показывает на увеличение зазора в коренных и шатунных подшипниках.
Для определения технического состояния коробки передач шаблоном определяют величину износа зубьев шестерен, состояние шлицевых соединений по величине люфта. Степень износа подшипников, шеек валов и гнезд под подшипники устанавливается по величине осевого и радиального перемещения первичного, промежуточного и вторичного валов.
Техническое состояние опорных катков и поддерживающих роликов определяют по просачиванию масла через сальниковые уплотнения и по величине износа беговых дорожек. Гусеничные ленты рекомендуется эксплуатировать до полного износа траков. При замене гусеничных лент необходимо переставлять ведущие колеса с одной стороны гусеничной машины на другую. Транспортные машины, поступающие на ремонт, должны быть полностью укомплектованы.
В зависимости от технического состояния машину подвергают полной или частичной разборке. При разборке запрещается применение зубил, молотков за исключением случаев, предусмотренных технологией разборки. Для выпрессовки втулок применяют выколотки. В
74
результате дефектовки детали машин сортируют на три группы: годные, подлежащие ремонту и брак. Техническое состояние коленчатого вала характеризуется овальностью и износом коренных и шатунных шеек, трещинами. По методу обнаружения возможные дефекты деталей подразделяются на три основные группы: дефекты, выявляемые путем наружного осмотра, скрытые дефекты, дефекты, связанные с изменением размеров, геометрической формы. Для определения дефектов блоков, головок цилиндров, впускных и выпускных коллекторов применяется опрессовка деталей. На магнитных дефектоскопах контролируют коленчатые валы, поршневые пальцы, клапаны, пружины. Одной из основных задач дефектовки деталей является определение величины и характера износа деталей. Гильзы цилиндров измеряют в трех поясах. Поршневые пальцы измеряют в четырех поясах по длине. При дефектовке валов проверяют их прогиб и биение шеек. Эти дефекты определяют с помощью индикатора. Шатуны проверяют на изгиб и скручивание; пружины и поршневые кольца проверяют на упругость.
Для гусеничных машин установлены два вида ремонта: текущий и капитальный. Текущий ремонт заключается в замене и восстановлении отдельных частей (не относящихся к базовым деталям) и их регулировании. Капитальный ремонт производится для восстановления ресурса гусеничной машины, включает ремонт базовых деталей.
Наиболее широкое применение при восстановлении деталей получили различные виды механической обработки: обработка деталей под ремонтный размер, постановка дополнительных деталей, замена части детали.
При восстановлении детали способом ремонтных размеров одну изношенную деталь сопряжения обрабатывают под ремонтный размер, а вторую заменяют новой. Под ремонтный размер обрабатывают более сложные и дорогие детали сопряжения (протачивают кольцевые канавки поршней, заменяя поршневые кольца). Заменяемые детали ремонтных размеров выпускаются заводами-изготовителями машин или заводами запасных частей. Заменяемые детали могут быть восстановлены наращиванием и обработкой под ремонтные размеры.
К установке дополнительных деталей прибегают, если ремонтируемую деталь нельзя обработать под ремонтный размер. При установке дополнительных деталей обращают внимание на чистоту обработки их поверхностей, обеспечивают натяги. При плохом контакте может ухудшиться и теплопроводность детали. Гнезда под втулки обычно растачивают и шлифуют, отверстия малых диаметров рас-
75
сверливают и развертывают. Чтобы сохранить прочность основной детали, снимают наименьший слой металла. Дополнительную деталь запрессовывают в холодном или нагретом состоянии; стопорят при помощи винтов или штифтов, иногда с торца прихватывают электрической сваркой. Способом установки дополнительных деталей ремонтируют корпусы, валы и другие детали.
При ремонте заменой части детали изношенную часть отрезают и заменяют новой, после отрезки обрабатывают соединительные поверхности, затем устанавливают изготовленную заменяющую часть детали. Для большей надежности соединения применяют сварку. Таким способом ремонтируют предкамеру при обгорании отверстия сопла.
Наиболее прогрессивными способами ремонта деталей гусеничных машин являются сварка, наплавка, металлизация, гальваническое наращивание изношенных поверхностей. Металлизация применяется для наращивания изношенных деталей, устранения механических повреждений, для получения антикоррозийного покрытия. Гальваническим способом наращивают изношенные поверхности и наносят антикоррозийные покрытия. Электроискровым способом наращивают поверхности с небольшим износом.
При ремонте деталей применяют пайку, склеивание, давление. Пайку используют при ремонте баков, радиаторов и трубопроводов, устраняют механические повреждения на деталях с незначительными нагрузками. Склеивание помогает при замене тормозных накладок, дисков сцепления. Сварка и наплавка – более производительные процессы. Этими методами ремонтируют детали из стали, чугуна и алюминиевых сплавов. При ремонте деталей применяют ручную электродуговую наплавку, автоматическую наплавку под слоем флюса. При ремонте кабин и кузовов применяется контактная сварка. Трещины на чугунных деталях заваривают газовым и электродуговым способами.
Ремонт деталей способом давления основан на использовании запаса металла самой детали. Способом давления ремонтируют поршневые пальцы, втулки верхней головки шатунов, клапаны. Разработан способ холодной правки деталей методом наклепа. Этот метод не требует больших затрат и очень эффективен. Посредством наклепа выправляют валы сложной конструкции, коленчатые валы. Выправленные таким способом валы имеют усталостную прочность, близкую к прочности новых валов.
76
8.2. Сварка и наплавка стальных деталей
При разработке технологического процесса ремонта стальных деталей наплавкой учитывают свариваемость стали. Под свариваемостью понимают способность металла образовывать хорошие сварные соединения. Свариваемость стали зависит от содержания углерода и легирующих элементов. Стальные детали восстанавливают такими способами сварки, как ручная и автоматическая под флюсом.
При ручной сварке качество наплавленного металла зависит от применяемого электрода, режима и приемов обработки. Для наплавки применяют специальные наплавочные электроды, обеспечивающие получение наплавленного металла необходимой твердости и высокой износостойкости. Применяется сварочная проволока Св-08 и Св-15 диаметром 3-6 мм. Обмазка состоит из легирующих и шлакообразующих компонентов. В качестве легирующих компонентов используют ферромарганец и ферросилиций. Мрамор и плавиковый шпат образуют шлаки. Детали твердостью НВ 150-200 наплавляют электродами УОНИ 13/55. Детали, имеющие твердость НВ 200-250, наплавляют электродами ЦН-250 или ОЗН-300. Слой высокой твердости HRC 56-63 получают при сварке специальными электродами Т-590 и Т-620. В состав обмазки включают: хром, бор и марганец. Металл, наплавленный этими электродами, хорошо воспринимает ударные нагрузки. Стальные детали наплавляют в быстром темпе. Дугу желательно зажигать на наплавляемой поверхности и заканчивать на наплавленном металле. Детали наплавляют при короткой дуге. Изношенные поверхности деталей наплавляют в несколько слоев. Каждый последующий валик по отношению к предыдущему является отжигающим. Для обеспечения плотности наплавленного слоя валики накладываются с перекрытием на 1/3 часть ширины валика.
Автоматическая наплавка под слоем флюса
Основными преимуществами являются: хорошая защита расплавленного металла от кислорода и азота воздуха; получение плотного слоя; возможность легирования металла. Автоматической наплавке подвергаются изношенные рабочие поверхности шлицевых и гладких валов. При применении высоколегированной проволоки в наплавленном металле образуются мелкие поверхностные трещины. Во избежание их появления деталь сначала подогревают, а затем медленно охлаждают. При предварительном подогреве детали до 300 ºС трещины в наплавленном металле не образуются. При наплавке дета-
77
лей из стали 40 X проволокой Св-30 ХГСА под флюсом АН-348А твердость наплавленного металла НВ 286-301. Низкокремнистый флюс АН-20 повышает твердость на 20 единиц. Применение проволоки 18 ХГСА и флюса АН-20 понижает твердость до НВ 220-270.
Наплавка твердыми сплавами
Твердыми сплавами и шихтой наплавляют изношенные поверхности кулачков распределительных валов, зубья шестерен. После наплавки износостойкость повышается в 3-3,5 раза, твердость металла HRC 40-95. В качестве связующего компонента применяют жидкое стекло. Электроды из литого сплава сормайт изготовляются в виде стержней диаметром 5-7 мм и длиной 250 мм. В качестве флюса применяют мелкоистолченную прокаленную буру. После закалки и низкого отпуска твердость наплавленного слоя HRC 60-62. Твердость наплавленного при применении шихты HRC 55-58 НВ.
Сварка деталей из чугуна и алюминиевых сплавов
Сварка чугуна имеет особенности: в металле возникают большие внутренние напряжения; не обладает пластичностью и отличается жидкотекучестью. Напряжения возникают вследствие усадки при охлаждении. В зоне сварки образуется карбид железа. Расплавленная ванночка быстро растекается, что затрудняет формирование валика шва. Горячая сварка чугуна с применением в качестве присадочного материала чугунных прутков является надежным и качественным способом восстановления деталей сложной конфигурации. При холодной сварке чугуна практически невозможно обеспечить однородность шва с основным металлом. Холодной сваркой восстанавливают детали большого размера: картеры, задние мосты. Сварку производят постоянным током.
При сварке алюминиевых сплавов встречаются трудности. Пленка окиси алюминия затрудняет сплавление металла. Алюминиевый сплав обладает большим коэффициентом усадки, поэтому при охлаждении возникают внутренние напряжения. Детали из алюминиевых сплавов наплавляют и сваривают в несколько проходов. Такие детали чаще наплавляют ацетиленокислородным пламенем. В качестве присадочного материала применяют стержни, отлитые из силумина с содержанием кремния и меди. Наиболее эффективным является флюс АФ-4. Флюс обеспечивает активное растворение окислов и защищает металл от окисления. Флюс разводят на воде и тонким слоем наносят на поверхность и пруток. Литые детали сложной конфигурации пред-
78
варительно подогревают до температуры 200-300 °C. Сварку ведут на постоянном токе при обратной полярности.
Наплавка износостойких материалов на рабочие поверхности деталей машин
Повышение долговечности и надежности машин, детали которых работают в специфических условиях, достигается применением наплавок материалов с необходимыми свойствами. Наплавка позволяет повысить стойкость деталей против износа, главным образом абразивного, электрохимической коррозии, эрозии, кавитационного разрушения, окалинообразования, термической и контактной усталости. Наплавку широко применяют для восстановления размеров изношенных деталей машин. Она позволяет заменять в деталях высоколегированные стали обыкновенной углеродистой, а цветные металлы – черными. В настоящее время имеется широкий ассортимент наплавочных материалов, что дает возможность конструктору подобрать необходимый по условиям работы материал для наплавки поверхностей деталей. Наплавочные материалы можно разделить на четыре основных группы:
сплавы на основе железа – углеродистые и легированные стали; высокохромистые чугуны; вольфрамовые и молибденовые чугуны; сплавы с бором и хромом; сплавы с кобальтом, молибдене и вольфрамом;
сплавы на основе никеля и кобальта – нихромы и нимоники; сплавы с бором и хромом (колмонои); сплавы с молибденом (хастеллон); сплавы кобальта с хромом и вольфрамом (стеллиты);
карбидные псевдосплавы – с карбидом вольфрама, с карбидом хрома;
сплавы на основе меди – алюминиевые бронзы, свинцовистые бронзы, оловяно-фосфористые бронзы.
Наплавочные материалы выпускаются промышленностью в виде проволоки, лент, стержней с простыми и сложными обмазками, полых стержней, заполненных порошкообразной шихтой различного состава. Химический состав, ориентировочная твердость и примерное назначение регламентируются ГОСТ для каждого вида наплавочного материала.
Процесс наплавки износостойких покрытий имеет особенности: высокую скорость расплавления и застывания расплава, интенсивное протекание химических и термохимических процессов. Свойства наплавленного слоя, а следовательно, долговечность и надежность ра-
79