книги из ГПНТБ / Архангородский, Л. А. Ремонт и монтаж оборудования учеб. пособие

неоднородности. После отжига уменьшается твердость стали, повы­ шается ее пластичность и вязкость. Температура при полном от­

при этой температуре в течение срока, достаточного для полного прогрева детали. Затем их медленно охлаждают до температуры 20° С вместе с печью, иногда в горячем песке или золе.

Н о р м а л и з а ц и я — это получение мелкозернистой структу­ ры стали, что позволяет улучшить ее обрабатываемость, устра­ нить наклеп после обработки резанием, подготовить структуру к последующей термической обработке. При нормализации стальные детали нагревают до температуры отжига и затем охлаждают на воздухе. Сталь после нормализации по сравнению с отожженной обладает большей твердостью и прочностью, но меньшей пластич­ ностью.

З а к а л к а придает стали наибольшую твердость. Деталь на­ гревают до температуры 700—860° С (в зависимости от марки ста­ ли), а охлаждают с большой скоростью погружением нагретых деталей в жидкую среду. В зависимости от вида охлаждающей среды различают закалку сильную (в холодной воде), умеренную (в горячей воде и масле) и слабую (в расплавленном свинце).

Поверхностная закалка— это нормальная закалка поверхно­ стного слоя стали. Ее применяют для получения твердого износо­ стойкого поверхностного слоя детали и инструмента (зубья ше­ стерен, валики, шейки коленчатых валов, шейки и кулачки рас­ пределительных валов, гильзы цилиндров и др.).

Сущность поверхностей закалки заключается в том, что при нагревании детали до температуры закалки нагревается только по­ верхностный слой (на глубину от 1 до 6 мм), который при охлаж­ дении закаливается, а основная масса металла (сердцевина дета­ ли) остается мягкой и пластичной.

Поверхности детали под закалку нагревают ацетилено-кисло- родным пламенем или токами высокой частоты (температура нагрева 760—900° С, в зависимости от марки стали). При ацети­ лено-кислородной закалке используют обычные сварочные горел­ ки с многопламенными наконечниками различной конфигурации: плоские, фасонные, кольцевые и контурные. Расстояние между на­ конечником горелки и закаливаемой поверхностью выдерживают в пределах 10—15 мм. Для охлаждения применяют холодную воду, направляя ее к закалочным горелкам.

В зависимости от конструктивных особенностей деталей исполь­

гревают, а затем охлаждают. В этом случае ее можно оставлять неподвижной или вращать со скоростью до 10—12 м/мин. При не­

бо

прерывно последовательном способе нагревание и охлаждение протекают непрерывно в процессе вращения детали.

Хорошие результаты дает поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). При таком способе нагрева дета­ ли помещают внутри трубчатой спирали (индукторе), охлаждае­ мого проточной водой. Ток в индукторе возбуждается генерато­ ром высокой частоты (ламповым или машинным). В детали, на­ ходящейся в магнитном потоке, возбуждаются вихревые токи, которые концентрируются около поверхности ее нагрева. Выде­ ляемое при этом тепло в течение 3—10 с поднимает температуру нагреваемого участка до 900—1000° С, и этот участок тут же - за­ ливают водой.

Поверхностную закалку токами высокой частоты выгодно при­ менять на заводах при серийной закалке ремонтируемых де­ талей.

О т п у с к применяют.после закалки стали для уменьшения ее хрупкости (снятия внутренних напряжений) и улучшения обраба­ тываемости. Отпуск заключается в нагревании закаленной детали до определенной температуры и последующем охлаждении с любой скоростью. Различают высокий, средний и низкий отпуск. При вы­ соком отпуске деталь нагревают до температуры 500—700р С, при среднем до 250—450° С и при низком до 140—250° С. Приобретен-’ ная при закалке твердость снижается по мере повышения темпе­ ратуры отпуска до 200° С на 14%, до 300° С на 40% и до 500° С на

стоящая из закалки и высокого отпуска. Это основной вид терми­ ческой обработки конструкционных сталей.

Химико-термическая обработка. При химико-термической об­ работке поверхностный слой стальных деталей насыщают различ­ ными элементами, после чего подвергают термообработке-—за­ калке и отпуску. При этом способе обработки детали приобретают поверхностную твердость, износостойкость, жаростойкость, способ­ ность закаливаться и повышенную сопротивляемость коррозии. Различают цементацию, азотирование, цианирование.

Ц е м е н т а ц и я — термическая обработка стали, при которой изменяется химический состав поверхностного слоя в результате насыщения его углеродом на глубину 0,5—2,5 мм. Поверхности де­ талей, не нуждающиеся в цементации, защищают смесью глины и жидкого стекла в равных количествах. Цементации подвергают де­ тали, работающие при высоком удельном давлении, а также испы­ тывающие ударные нагрузки (зубья зубчатых колес, шейки валов и т. д.).

Цементации поддаются детали, изготовленные из малоуглероди­ стой стали марок 08, 10, 15, 20. Процесс цементации протекает в науглероживающей среде — карбюризаторе при температуре 900— 950° С. В ремонтной практике распространены твердые карбюри­

61

заторы, состоящие из 14—22% углеродистого бария, 4% соды, 2% углеродистого кальция, 6% патоки или крахмала и древесного угля.

Структура металла после цементации становится крупнозерни­ стой. Для получения мелкозернистой и вязкой сердцевины детали после цементации закаливают в масле при температуре 880— 920° С, а затем в воде при температуре 750° С. После цементации проводят нормализацию, закалку и отпуск.

Существенным недостатком цементации .с твердым карбюриза­ тором является затрата значительного времени на производство работ. Средняя скорость науглероживания составляет всего 0,08— 0,1 мм/ч.

А з о т и р о в а н и е — процесс насыщения стали азотом на глу­ бину до 0,5 мм, при этом твердость поверхностного слоя увеличи­ вается в 1,5—2 раза больше, чем при цементации и закалке.

Азотированию подвергают детали, к которым предъявляют по­ вышенные требования в отношении износостойкости (шейки ко­ ленчатых валов двигателей, зубчатые колеса и т. п.). Процесс азо­ тирования осуществляют в электропечи, куда вводят струю ам­ миака. Недостаток азотирования — большая продолжительность процесса, в результате чего в сложных изделиях появляются внутренние напряжения, приводящие к короблению.

Ц и а н и р о в а н и е — одновременное насыщение азотом и уг­ леродом поверхностного слоя стали на глубину 0,15—0,3 мм. Циа­ нированием после закалки и низкого отпуска достигается увели­ чение износостойкости деталей, твердости и прочности их при -переменной нагрузке (2—3 раза больше, чем у цементированных деталей).

§ 9. Восстановление деталей пайкой

Пайкой называют процесс образования неразъемного соедине­ ния металлических деталей при помощи расплавленного металла, или сплава, называемого припоем. В процессе пайки детали нагре­ ваются меньше, чем при сварке, вследствие чего устраняется опас­ ность коробления. Паять можно сталь, цветные металлы и сплавы

вразличных сочетаниях.

Времонтной практике пайку используют для соединения частей деталей, изготовленных из тонкой листовой стали, заделки трещин

втонкостенных резервуарах, крепления пластинок твердых спла­

вов к режущим инструментам и т. п.

В зависимости от назначения соединения применяют пайку мяг­ кими и твердыми припоями.

Пайка мягкими припоями (температура плавления ниже 400° С ). Мягкие припои состоят из легкоплавких металлов (олово, свинец) и некоторого количества примесей (сурьма, висмут и мышьяк). Их используют для получения соединений, от которых требуется не прочность, а только герметичность.

62

Мягкие припои обозначаются буквами ПОС и выпускаются разных марок от ПОС-4 до ПОС-90 (цифра в марке обозначает процентное содержание олова). Наиболее употребительные оловя- нисто-свинцовые припои марок ПОС-ЗО, применяемые для пайки стали (оцинкованной и неоцинкованной), латуни, меди и луже­

ния подшипников.

Пайка твердыми припоями (температура плавления около 750—900° С). Применяют в тех случаях, если место пайки должно

поем и защиты их от окисления при паяльных работах использу­ ют различные флюсы.

При пайке мягкими припоями флюсами служат хлористый цинк, хлористый аммоний с крахмалом (при пайке стальных, ла­ тунных и медных изделий), канифоль в порошкообразном виде (при пайке меди и латуни), соляная кислота, разбавленная напо­ ловину водой (при пайке цинковых и оцинкованных изделий). Для паяльных работ с твердыми припоями в качестве флюса ис­ пользуют обезвоженную порошкообразную буру.

Лужение. Промежуточная операция при паянии, заключаю­ щаяся в покрытии металлических поверхностей мест пайки и кон­ ца паяльника тонким слоем полуды с целью их защиты от окис­ ления. При облуживании применяют вещества для травления ме­

На практике используют два метода лужения — натиранием и погружением. При первом методе, наиболее распространенном в ремонтной практике, на поверхность детали наносят раствор хло­ ристого цинка, насыпают нашатырь, нагревают деталь, пока хлори­ стый цинк не закипит, после чего на поверхность наносят порошко­ образный припой или кусочки олова и, как только они распла­ вятся, растирают, их п о ' поверхности щеткой. Остывшую облуженную поверхность протирают песком и затем промывают водой.

Для выполнения паяльных работ необходимо иметь паяльник, паяльную лампу, металлические щетки, напильники или шаберы для очистки мест спая, кисти для нанесения кислоты и флюсов, тиски, струбцины, клещи для зажима и поддерживания спаеваемых изделий.

Для пайки мягкими припоями применяют периодически нагре­ ваемые молотки (торцовые и угловые) массой от 0,4 до 1,0 кг. Их нагревают до температуры 250—600° С в печи, в пламени газовой горелки или паяльной лампы. Бензиновые, газовые и электриче-

63

ские паяльники позволяют поддерживать температуру на одном уровне, что обеспечивает равномерный прогрев шва.

Для пайки твердыми припоями применяют различные газопла­ менные горелки, работающие на смеси природного газа с возду­ хом или ацетилена с кислородом, а также керосино-кислородные горелки ТК.4-55.

Технологический процесс пайки мягкими припоями включает следующие операции: механическую очистку мест деталей, подле­ жащих паянию, подгонку их друг к другу (обычно напильником), облуживание и покрытие флюсом мест спайки деталей, обслужива­ ние паяльника, прогрев места пайки до температуры плавления припоя, введение припоя в зону пайки и обработку шва от наплы­ вов (напильником или наждачной бумагой) с последующей про­ мывкой водой.

При пайке твердыми припоями место спая готовят так же, как и.при пайке мягкими припоями. Затем детали устанавливают в такое положение, чтобы расплавленный припой затекал в шов. Ме­ сто спая покрывают флюсом и накладывают припой, смешанный с бурой. После этого разогревают деталь до температуры плавле­ ния припоя (в печи, горне или паяльной лампой). Шов должен быть пропаян равномерно по всей длине; если припой плохо рас­ ходится по шву, на него насыпают флюс. Признаком расплавления припоя служит блестящая поверхность и синее пламя. После пая­ ния оставшийся на швах флюс удаляют кипячением в течение 10—15 мин в растворе, содержащем 10% каустической соды, 5% машинного масла и 85% воды. Затем изделие промывают в воде, протирают ветошью и сушат.

Пайку деталей из алюминия и его сплавов выполняют мягкими припоями без флюсов при помощи ультразвукового или специаль­ ного паяльника. Обычные паяльники для этой цели непригодны ввиду быстрого образования на поверхности алюминия и его спла­ вов плотной пленки окиси с высокой температурой плавления.

§ 10. Восстановление деталей способом пластических деформаций

Восстановление деталей способом пластических деформаций (правкой, осадкой, раздачей, вытяжкой, обжатием и накаткой) основано на способности металла изменять свою форму и разме­ ры под действием нагрузки в результате остаточной деформации без разрушения.

При этом: виде ремонта металл детали с малоответственных участков перемещается к изношенному месту; происходит измене­ ние структуры и механических свойств металла, в нем наблюда­ ются остаточные деформации и нарушения при нагреве (термиче­ ской обработке), часть металла теряется на угар. Однако, несмот­ ря на эти недостатки, этот способ восстановления деталей широко применяют вследствие простоты, небольшой трудоемкости и невы­

64

сокой стоимости, а также неизменности размеров и механических свойств .той части детали, которая не подвергается обработке.

Температура детали оказывает большое влияние на способность металла к пластическим деформациям; холодные детали требуют значительно больших усилий, чем нагретые. Деформация в горячем состоянии позволяет избежать значительного изменения физико­ механических свойств металла, возникающих при деформации в холодном состоянии. Нагреву подвергают не всю деталь, а толь­ ко участок, подлежащий деформации.

Без нагревания рекомендуется восстанавливать детали из цвет­ ных металлов, а также стальные детали, термически не обрабо­ танные и содержащие до 0,3% углерода. Стальные детали, содер­ жащие свыше 0,3% углерода, а также с легирующими присадками перед восстановлением нагревают. Температура нагрева зависит от марки стали и величины ожидаемой деформации.

Правка. Правкой восстанавливают изогнутые или покороблен­ ные валы, оси, рамы, листовые детали и т. п. Детали выправляют в холодном состоянии или после нагревания при наличии в них больших деформаций. Правку выполняют вручную на правильных вальцах или при помощи прессов и различных приспособлений.

Различают правку в холодном состоянии (для деталей с не­ большой стрелой прогиба) и в нагретом. Холодную правку чаще выполняют на прессах или местным поверхностным наклепом — легкими ударами молотка по чеканке (например, при правке длин­ ных валов с большими диаметрами).

Правка местным наклепом дает не только устойчивую в отно­ шении стабильности форму детали, но и позволяет избежать сни­ жения усталостной прочности. Точность правки можно довести до

0,02—0,03 мм.

При больших деформациях правку целесообразно проводить в горячем состоянии. Деталь нагревают газовой сварочной горелкой до температуры 500—550° С, после чего ударами молотка через прокладку или под прессом устраняют ее дефекты. Нагрев детали приводит к изменению структуры материала и его механических свойств, поэтому после исправления детали место правки отжига­ ют до температуры 300—350° С.

Осадка. Ее применяют для увеличения размера наружного диаметра сплошных или трубчатых деталей (например, втулок) в результате уменьшения длины детали. При осадке трубчатых (полых) деталей уменьшается внутренний диаметр. Детали оса­ живают как в холодном, так и в нагретом состоянии под прессом в специальных приспособлениях. На рисунке 22 показано приспо­ собление для осадки втулок в холодном состоянии непосредствен­ но в детали без выпрессовки или после нее. При осадке втулки с канавками и смазочными отверстиями применяют вставки. Уменьшение длины (высоты) втулки, работающей при значитель­ ных удельных давлениях, допускается не более 8%, а в остальных случаях до 15%.

соном или под любой размер раз­ вальцовкой или разрезной втул­ кой с конусом. Раздачу исполь­ зуют для ремонта поршневых пальцев при изношенной наруж­ ной поверхности, втулок при из­ носе по наружной цилиндриче­ ской поверхности, шлицев и дру­ гих деталей. Изношенные паль­ цы с отверстием правильной гео­

метрической формы ремонтируют раздачей в приспособлении с пуансоном (рис. 23,а). Перед раздачей детали обжигают для при­ дания им пластичности.

При ремонте шлицев их раздают во всю длину вручную удара­ ми молотка по затупленному зубилу (рис. 23,6). Полученные ка­ навки завариваются электросваркой, а затем шлицы обрабатыва­ ют на плоскошлифовальном станке (рис. 23, в).

Раздачу можно проводить как в горячем, так и в холодном со­ стоянии детали. После раздачи деталь термически обрабатывают (цементация, закалка, отпуск), а затем шлифуют.

Вытяжка. Это частный случай осадки, при которой длина де­ тали увеличивается в результате уменьшения ее сечения. Вытяж­ ку применяют для удлинения тяг или других деталей на не­ большую величину.

Рис. 23. Ремонт деталей методом раздачи:

66

ного станка или в патроне при помощи специального ролика из хромоникелевой стали. Его закрепляют в резцедержателе суппор­ та. Прижимаясь к вращающейся восстанавливаемой поверхности зубцами, он выдавливает углубление, вытесняя часть металла. В результате этого увеличивается диаметр вала или уменьшается диаметр отверстия (на 0,1—0,2 мм на сторону). Полученную по­ верхность шлифуют или обкатывают на станке гладкими роли­ ками.

Обкатывание и дробеструйный наклеп поверхностей вращения. Используют для повышения износостойкости деталей и замены шлифования незакаленных поверхностей после чистового точения. Обкатывание деталей проводят на токарных или револьверных станках с применением специальных роликов.

Дробеструйная обработка создает на поверхности детали на­ клеп, благодаря чему деталь становится более износостойкой. Дро­ беструйную обработку ведут в специальных установках (дробеметах) чугунной и реже стальной дробью величиной от 0,4 до 2,0 мм. Этот вид обработки служит преимуществённо для упроч­ нения деталей, работающих в тяжелых условиях при переменных нагрузках (пружины, зубчатые колеса, валы и т. д.). После дро­ беструйной обработки срок службы деталей резко возрастает, на­ пример для мелкомодульных зубьев шестерен он увеличивается в 2,5—3 раза.

§ 11. Восстановление деталей пластическими массами

Применение пластмасс в ремонтной практике обусловлено цен­ ными физико-механическими свойствами этих материалов.

Основными преимуществами пластмасс являются малая плот­ ность, значительная механическая прочность, высокая коррозий­ ная стойкость, хорошие антифрикционные свойства и легкость об­ работки прогрессивными методами с минимальными ■отходами. На основе полимерных материалов изготавливают синтетические клеи, пригодные для прочного склеивания разнородных материа­ лов. К недостаткам пластмасс следует отнести низкую теплостой­ кость и теплопроводность, склонность к старению, способность некоторых пластмасс поглощать влагу и набухать.

Пластмассы широко применяют в качестве конструкционных материалов для изготовления износостойких деталей и компенса­ торов, применяемых для восстановления поверхностей деталей и защиты их от коррозии (табл. 1).

Детали из пластмасс изготавливают следующими основными методами: прессованием на прессах в горячих прессформах, лить­ ем под давлением в специальных машинах, литьем без давления с применением литейных форм и термостатов для надежного ох-

68

лаждения и механической обработкой на металлорежущих и де­

ревообделочных станках.

Готовые детали из пластмасс собирают и соединяют в узлы склеиванием, сваркой, клепкой, болтами, винтами и другими сред­ ствами.

Существует несколько способов сварки пластмасс: газовыми теплоносителями (подогретым воздухом или инертными газа­ ми) ,_ контактным нагревом, токами высокой частоты, нагреванием, трением и ультразвуком.

Пластмассовые покрытия наносят на поверхность деталей тон­ ким слоем и используют для защиты от коррозии, восстановления первоначальных размеров и повышения износостойкости. Для тонкослойного покрытия напылением пригодны любые порошко­

лением и отличается от него лишь нагревом заготовок в зависимюсти от типа пластмассы.

§ 12. Восстановление деталей склеиванием

Склеивание как метод восстановления неподвижных соедине­ ний находит все большее распространение при ремонте оборудо­ вания. Процесс склеивания отличается простой технологией, срав­ нительно низкой себестоимостью, прочностью и надежностью. Кроме того, дополнительные детали (компенсаторы износа неболь­ шой толщины) соединить в большинстве случаев можно только склеиванием. Клеевой слой непроницаем для воды, масла и ке­ росина.

Этим способом заделывают трещины в корпусных деталях, на­ кладывают заплаты, приклеивают тонкостенные втулки, восста­ навливают отверстия шкивов и выполняют другие работы. Склеен­ ные детали обрабатывают на металлорежущих станках, металли­ зируют и хромируют.

При ремонтных работах применяют разные клеи, отличающие­ ся по составу и физико-химическим свойствам, например карбинольный клей, клей БФ, эпоксидные клеи и др. Перед склеива­ нием подогнанные друг к другу поверхности деталей необходимо

1—2% азотной кислоты и 50—80% наполнителя, которым может быть мел, графит, цемент, железный порошок.

Готовый клей стеклянной палочкой наносят на подготовлен­ ные поверхности деталей, затем эти поверхности соединяют, слег­ ка притирая, чтобы вытеснить воздух. Процесс затвердения клея

69