книги из ГПНТБ / Ремонт строительных машин учебник

Расчетная толщина осаждающегося металла может быть най­ дена по формуле

где 7 — плотность осаждаемого металла, г/см3; / к— площадь катода, наращиваемого металлом, дм2.

Отношение величины тока i к площади /к называется катодной плотностью и обозначается DK. При этих обозначениях толщина

Приведенная формула позволяет найти лишь среднюю величи­ ну h, которая будет совпадать с фактической только в том случае, если осаждающийся металл равномерно распределяется по поверх­ ности катода. В действительности это достигнуть удается только при малых толщинах наращиваемого металла.

Основное время t электролитического осаждения металла при заданных h и DK равно

f IQfr я. (6.14)

Величина тока i, необходимая для получения осадка металла заданной величины, может быть определена по формуле

Приведенные формулы позволяют произвести расчеты мощно­ сти энергетических источников, их количества, продолжительности процессов осталивания, хромирования или осаждения других ме­ таллов.

Пример. Для восстановления изношенных поршневых пальцев двигателя КДМ-100 требуется нарастить слой хрома h= 0,08 мм; диаметр пальца 60 мм, длина 130 мм. Одновременно в ванну за­

Ш

Величину тока, необходимого для хромирования одновременно 1 2 пальцев, находим по формуле (6.16)

i = / к£>к = itdlnDK= 3,14-0,6-1,3-12-45== 1323 а.

Источниками тока установок для электролитического наращи­ вания металлов служат низковольтные мотор-генераторы АНД, вырабатывающие ток 500/250; 1000/500 и 1500/750 а при напря­ жении 6 / 1 2 в.

В комплект оборудования для электролитического наращивания входят ванны различного назначения: для ведения процесса хро­ мирования, промывания деталей холодной и горячей водой и для обезжиривания деталей.

Для подвешивания деталей в комплект оборудования входят специальные подвески, конструкция которых позволяет изменять в ванне расстояние между деталями и анодами.

Восстановление деталей хромированием и осталиванием. Хро­ мирование— наиболее распространенный вид электролитического наращивания металлов на поверхности деталей машин. Это обус­ ловлено тем, что слой хрома характеризуется высокой твердостью, износостойкостью и способностью выдерживать воздействие высо­ ких температур и агрессивных сред.

Твердость хромового покрытия достигает 950 кгс!мм? и более, по износостойкости оно в несколько раз превышает закаленную сталь, в обычных атмосферных и температурных условиях покры­ тие не окисляется.

Недостатками хромирования являются малая скорость покры­ тия (0,015—0,25 мм в час), снижение прочности осадка при уве­ личении толщины покрытия и сравнительно большая стоимость. Поэтому хромированием восстанавливаются, как правило, детали,

имеющие небольшие износы (поршневые пальцы, шейки коленча­ тых и распределительных валов, стержни клапанов и т. п ).

Хромирование может быть гладким и пористым. Необходи­ мость применения пористого осадка вызывается тем, что гладкие хромированные поверхности плохо удерживают смазку и при тре­ нии быстро изнашиваются. Поэтому для лучшего удержания смаз­ ки на трущихся поверхностях покрытие делают пористым.

Свойства хромовых покрытий, основные из которых приведены в табл. 6.4, зависят от состава электролита, плотности тока и тем­ пературы электролита и оцениваются по внешнему виду поверх­ ности, которая может быть молочной, блестящей и матовой.

При выборе режима хромирования необходимо исходить из ус­ ловий работы деталей. При восстановлении деталей, работающих на износ под действием значительных удельных давлений и при знакопеременных нагрузках, следует применять осадки молочного вида; для деталей, работающих в условиях трения при малых удельных нагрузках (до 5 кгс/см2),— блестящие осадки; для дета­ лей, сопрягаемых с неподвижной посадкой,— матовые или блестя­ щие осадки.

112

и фильтрации ввиду больших выделений шлака при проведении процесса и недостаточно надежное сцепление осадков с поверх­ ностью легированных и термически обработанных сталей.

Меднение применяется в сочетании с покрытиями из других металлов, например с хромом, никелем и т. п., причем медь в этих случаях является основанием для последующего наращивания других металлов. Самостоятельно медь применяется для восста­ новления посадочных мест втулок подшипников при прессовых по­ садках. Меднение применяется также для наращивания изношен­ ных бронзовых и латунных деталей.

няют медные пластины, а при индивидуальном покрытии втулок — цилиндры, изготовленные из листовой меди толщиной 2 —3 мм.

Никелирование применяется в основном как декоративное по­ крытие деталей. В настоящее время начинает применяться хими­ ческое никелирование (восстановление никеля из его солей без применения электрического тока) для восстановления прецизион­ ных деталей (плунжерных пар насосов дизельных двигателей, зо­ лотниковых распределителей гидропривода и т. и.).

Для никелирования приготовляется раствор следующего соста­ ва: сернокислый никель — 30 г/л, гипофосфат натрия (или гипо­ сульфит калия или кальция— 1 0 г/л), углекислый натрий, лимонная или янтарная кислота— 10 г/л при концентрации pH =40—50. Ни­ келирование производится путем погружения детали в раствор, на­ гретый до температуры 80—90° С. Скорость наращивания никеля составляет 15—30 мкм/ч. После наращивания деталь подвергают отпуску, нагревая ее до 350—400° С в течение 1 ч.

§ 4. Электрические способы размерной обработки восстанавливаемых поверхностей деталей

В ремонтном производстве нашли широкое применение новые электрические способы обработки деталей — электроискровой и анодно-механический.

Электроискровой способ обработки металлов основан на ис­

пользовании электроискровой эрозии (разрушении) металлов под действием искрового электрического разряда.

Если в воздушной среде между двумя электродами (рис. 6.12, а) создавать искровые импульсные разряды, то поверхность анода будет разрушаться, а на поверхности катода (детали) будет про­ исходить наращивание слоя металла. Если же такие разряды осу-

без наращивания металла на катод. Это явление называется элек­ троэрозией. Из приведенной схемы процесса следует, что электро­ искровой способ может быть использован как для съема металла

вариант используется при восстановлении размеров поверхностей деталей, износ которых не превышает 0,05—0,15 мм (при переход-

ных посадках); для повышения износостойкости рабочих поверхно­ стей деталей и инструментов; для заточки инструмента и резания металла; при извлечении поломанных шпилек, шпонок, инстру­ мента; для получения в металлах большой твердости отверстий под стопоры и отверстий, ограничивающих распространение тре­ щин перед заваркой.

Для создания импульсных разрядов тока используются спе­ циальные электрические установки, принципиальная схема одной из которых показана на рис. 6.13.

Постоянный электрический ток от генератора D через сопротив­ ление i/? поступает на обкладки конденсатора С и заряжает его. Как только напряжение на конденсаторе достигнет величины, спо­ собной преодолеть сопротивление среды между электродами Эг и Э2, произойдет его разряд, после чего конденсатор снова начнет

116

заряжаться от генератора. Процесс заряда и разряда конденсато­ ра, графически изображенный на рис. 6.13,6, происходит следую­ щим образом. По достижении определенной величины напряжен­ ности электрического поля между электродами с поверхности ка­ тода начинают вырываться единичные электроны, которые под действием силы поля движутся к аноду, ионизируя межэлектрод­ ную среду. В результате эта среда становится проводником и че­

рез нее с катода к аноду мгновенно устремляются электроны — происходит разряд. В результате разряда напряжение на электро­ дах падает и разряд прекращается до тех пор, пока конденсатор снова зарядится до необходимого напряжения.

При разряде, протекающем в очень короткий промежуток вре­ мени А/ (10~5 — 10~ 3 сек), поток электронов как бы обрушивается на анод, нагревая почти мгновенно небольшую часть его поверхно­ сти до 8000—15000° С. В результате этого металл на поверхности анода расплавляется. Так как динамический и тепловой процессы, происходящие в точке приложения разряда, носят взрывной ха­ рактер, то они сопровождаются выбрасыванием расплавленного металла анода.

Если разряд происходит в жидкой среде, расплавленный ме­ талл выбрасывается в эту среду, а в аноде образуется углубление, поперечное сечение которого подобно поперечному сечению катода. Если межэлектродной средой является воздух, расплавленный ме­ талл анода переносится на катод, образуя на последнем наплав­ ленный слой. В качестве анода используется металл, который не­ обходимо перенести на восстанавливаемую или упрочняемую по­ верхность.

Для электроискровой обработки используются специальные ста­ ционарные или переносные установки. Нанесение слоя металла в переносных установках выполняется вручную с помощью электро­ магнитного вибратора.

В качестве инструмента для прошивки отверстий и образова­ ния полостей служит электрод, подводящий ток. Размеры попе­ речного сечения электрода всегда должны быть несколько мень­ ше размеров прошиваемого отверстия. Это обусловливается тем, что разряд происходит не только между торцом электрода и де­ талью, но и по периметру электрода, в связи с чем происходит эрозия боковых поверхностей отверстий и размеры их оказываются несколько больше размеров электродов. Величина зазора между электродом и отверстием зависит от режима работы и от свойств обрабатываемых материалов и принимается равной от 0,05 мм при мягком режиме до 0,15—0*20 мм при жестком режиме.

Материалы электродов выбирают в зависимости от их назна­ чения: для прошивки тонких отверстий применяют латунь; для

твердые сплавы.

Производительность электрической обработки и ее качество (чистота поверхности и точность размеров) зависят от режима ра­

117

боты, характеристики электродов и правильности их расположе­ ния, а также от характеристики среды.

В качестве жидкой среды, повышающей съем металла, рекомен­ дуется смесь 50% керосина и 50% веретенного масла (дизельное

топливо и т. п.).

Наращивание металла электроискровым способом дает возмож­ ность упрочнять и наращивать поверхности деталей, шлицевые валы (по боковым поверхностям шлицев), подвижные шестерни и кулачковые муфты (по боковым поверхностям шлицев и по пазам под вилки управления), рычаги фрикционов, вилки управления муфтами (в местах, входящих в пазы муфт).

Наращивание изношенных поверхностей производится в местах неподвижных посадок на шейках валов и в гнездах корпусных деталей главным образом иод посадку подшипников качения.

Электроискровые установки, работающие при напряжении бо­ лее 60 й, представляют опасность для обслуживающего персонала. Вследствие этого должны быть обеспечены надежное заземление металлических корпусов установки, надлежащая изоляция провод­ ников тока и приняты другие меры предосторожности, предусмо­ тренные правилами техники безопасности при эксплуатации элек­ трических установок низкого напряжения.

К преимуществам электроискрового способа можно отнести то, что интенсивность процесса обработки почти не зависит от меха­ нических свойств обрабатываемого металла, значительно сокра­ щается расход энергии, дорогостоящих и дефицитных материалов и инструментов и не нарушается структура металла детали, так как глубина его прогрева при обработке весьма незначительна.

Анодно-механический способ обработки представляет собой спо­ соб съема металла путем комбинированного теплового и химиче­ ского действия электрического тока в сочетании с механическим воздействием на обрабатываемую поверхность. Этот способ при­ меняется для резки металла, заточки инструмента и шлифовки поверхностей.

На рис. 6.14, а показана принципиальная схема установки для анодно-механической резки металла. Деталь 1 соединяется с поло­ жительным полюсом источника тока (анодом), а инструмент, пред­ ставляющий собой вращающийся механический диск 2,— с отри­ цательным полюсом (катодом). В зазор между инструментом и обрабатываемой поверхностью вводится электролит. Электролитом служит жидкое стекло, разбавленное водой; плотность элек­ тролита 1,27—1,31. Инструмент и деталь включаются в цепь по­ стоянного тока низкого напряжения (25—30 в).

Под действием тока вследствие поляризации электролита на поверхности анода образуется пленка, обладающая большим элек­ трическим сопротивлением и механической прочностью. Переме­ щаемый под давлением (0,2—0,5 кгс/см2) диск разрушает пленку на выступающих мельчайших участках обрабатываемой поверхно­ сти. Плотность тока в местах разрушения пленки возрастает, вслед­ ствие чего мельчайшие выступы обрабатываемой поверхности

118

(микровыступы) быстро расплавляются и в виде снопа искр вы­ брасываются вращающимся диском. Роль диска (инструмента) сводится, таким образом, к подведению тока и удалению защитной пленки с обрабатываемой поверхности.

Из изложенного следует, что работа по съему металла выпол­ няется электрическим током, а интенсивность съема практически не зависит от механических свойств обрабатываемой поверхности и от твердости инструмента. Благодаря этому можно диском из мяг­ кой углеродистой стали разрезать любые твердые сплавы.

Рис. 6.14. А н о д н о - м е х а н и ч е с к а я о б р а б о т к а м е т а л л о в :

а — схема установки для резки металла; б — схема образова­ ния анодной пленки и электрических разрядов между электро­

цесс растворения металла обрабатываемой поверхности (анодное растворение) в результате электрохимического воздействия тока, т. е. явление электролиза. При резке основным процессом является эрозия металла.

Ход процесса обработки зависит от состава и плотности элек­ тролита и окружной скорости движения инструмента. Скорость движения инструмента (окружная скорость вращения диска) для резки металлов составляет 18—20 м!сек.

Для шлифовки используют чугунные диски с насечкой канавок. Шлифовка поверхностей ведется при пониженном напряжении, ко­ торое при доводке доходит до б— 1 0 в; пленка разрушается менее интенсивно и основным процессом является анодное растворение металла.

119