книги из ГПНТБ / Чудаков К.П. Ремонт строительных машин учебное пособие для технических и ремесленных училищ

§ 21. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Сущность металлизации заключается в том, что расплавлен­ ный металл в специальном приспособлении (металлизаторе) рас­ пыляется струей сжатого воздуха и с большой скоростью нано­ сится на предварительно подготовленную поверхность восстанав­

В электрических металлизаторах расплавление металла осущест­ вляется электрической дугой. В газовых металлизаторах металл плавится под действием ацетилено-кислородного или водороднокислородного пламени.

На рис. 116 дана принципиальная схема электрометаллизатора. Тонкая проволока 6 подается в электрометаллизатор 5 с по­ мощью роликов 7 и направляется в наконечники 3. В зоне 2 воз­ никает электрическая дуга, в которой металл расплавляется. В трубку 4 подается сжатый воздух под давлением 5—6 атм, кото­ рый распыляет металл на мелкие частицы (от 0,003 до 0,005 мм) и переносит их со скоростью 140—300 м/сек на поверхность ме­ таллизируемой детали 1, вращаемой с помощью специального приспособления или токарного станка. Металлизатор заключен в корпус, имеющий форму пистолета, почему часто и называет­ ся электрометаллизационным пистолетом.

При металлизации распыленные частицы металла с основным металлом детали не свариваются. Сцепление носит чисто меха­ нический характер. Частицы металла благодаря большой скоро­ сти быстро остывают и достигают поверхности детали в твердом, пластическом состоянии. При ударе о деталь они нагреваются, деформируются и заклиниваются между выступами шероховатой поверхности, которая соответствующим образом, подготовляется перед металлизацией.

При металлизации распыляемый металл претерпевает боль­ шие изменения и поэтому свойства металлопокрытия существен­ но отличаются от свойств проволоки.. Качество металлизации оп­ ределяется структурой покрытия, твердостью, износостойкостью

151

и прочностью сцепления покрытия с основным металлом; проч­ ность в свою очередь зависит от качества подготовки металлизуемой поверхности и режима металлизации.

Нанесенный слой металла также резко отличается от основно­ го металла детали: в нем имеется большее количество пор, ча­ стицы отделены друг от друга ‘прослойками окислов.

Твердость покрытия, как правило, выше твердости исходного металла. Это объясняется тем, что частицы металла, ударяясь о поверхность детали, нагреваются, а потом вследствие высокой отдачи тепла основной массе металла резко охлаждаются и, сле­ довательно, получают закалку.

Износостойкость покрытия различна, в зависимости от вида износа, претерпеваемого в работе деталью. При сухом трении происходит разрушение металла по границам окисных пленок и износостойкость оказывается ниже, чем у основного металла. В условиях трения со смазкой покрытие обладает повышенной из­ носостойкостью; некоторые исследователи получали износостой­ кость напыленного слоя в 2—3 раза более высокой, чем у исход­ ного металла, что объясняется повышенной твердостью и в ос­ новном пористостью покрытия, способствующей удержанию смазки на .поверхности детали.

Механическая прочность металлопокрытия весьма незначи­ тельна, за исключением сопротивления сжатию, которое для стального покрытия достигает 100 кг!мм2. Что касается других видов деформации (растяжения, сдвига, кручения), то металли­ зированные покрытия сопротивляются им довольно плохо. Вследствие этого увеличение размеров деталей путем металли­ зации повышения прочности не дает. Детали, восстанавливаемые металлизацией, недолговечны, если действующие нагрузки носят динамический характер, так как в этом случае разрушается по­ верхностный слой.

Прочность сцепления стальных покрытий, в зависимости от толщины слоя и способа подготовки деталей,.колеблется от 80 до 400 кг!см2. Так как к гладкой шлифованной поверхности металлизационный слой не пристает, задачей подготовки детали к металлизации является создание шероховатой поверхности.

Прочность сцепления зависит также от природы металла и режима металлизации. Известно, что алюминий дает плохое сцеп­ ление, тогда как цинк обладает очень хорошей сцепляемостью с другими металлами. Этим свойством цинка пользуются для соз­ дания подслоя при металлизации металлом с плохой сцепляемо­ стью. Обычно толщину подслоя берут равной 0,05—0,1 мм.

Предварительный нагрев детали повышает прочность сцепле­ ния. Большое влияние на прочность оказывает давление воздуха и расстояние от сопла металлизационного пистолета до детали: чем. меньше это расстояние и чем больше давление воздуха, тем выше прочность сцепления.

152

Т е х н о л о г и ч е с к и й п р о ц е с с н а п ы л е н и я включает подготовку детали, самую металлизацию и обработку детали пос­ ле металлизации. Процесс подготовки детали состоит из следую­ щих операций: очистка поверхности от жира и грязи, предвари­ тельная обработка для придания детали правильной геометриче­ ской формы, придание металлизуемой поверхности шероховато­ сти, а также изолирование участков, не подлежащих покрытию.

Рис. 117. Схема элежтрометаллизациовной установки

Шероховатость поверхности детали может быть получена на­ резанием на токарном станке рваной резьбы, пескоструйной об­ работкой и электроискровым методом (см. § 23). Наиболее проч­ ное сцепление получается при нарезании рваной резьбы глуби­ ной 0,4—0,8 мм и шагом около 1 мм с вибрацией резца, достигае­ мой установкой его ниже центра на 1—4 мм с вылетом 150— 200 мм.

Рис. 118. Схема металлизационной установки с газовым металлизатором

Пескоструйная обработка заключается в том, что на поверх­ ность детали под давлением сжатого до 5—6 атм воздуха на­ правляется сухой песок; песчинки, ударяясь о поверхность, при­ дают ей шероховатость. Пескоструйная обработка применяется в том случае, когда металлизируются плоские или сложные фор­

мы поверхности.

Установка для электрометаллизации показана на рис. 117. Установка состоит из компрессора 1, воздушного баллона 2, мас­

153

ловлагоотделителя 3, редуктора 8, щитка 4 с рубильником и при­ борами, понижающего трансформатора 7, катушек с проволо­ кой 5 и электрометаллизатора 6.

На рис. 118 показана установка, работающая с газовым металлизатором. К металлизатору 11 с помощью шлангов 5, 8 и 9 подводятся газы: из баллона 13 через редуктор 6 — ацетилен, из баллона 12 через редуктор 7 — кислород и из баллона 2 через масловлагоотделитель 3 и редуктор 4 — воздух, поступающий из компрессора 1. Проволока подводится к металлизатору от ка­ тушки 10.

Характеристика газового металлизатора марки ГИМ-1

После металлизации детали обрабатываются на обычных то­ карных или шлифовальных станках. Режим резания устанавли­ вают несколько пониженным в сравнении с обычными режимами, так как покрытие, обладающее невысокой прочностью, способно при обработке выкрашиваться.

Механическая обработка покрытия одновременно является

.проверкой его качества. Если слой не выкрошился, качество сцеп­ ления считается удовлетворительным и деталь может быть пуще­ на в эксплуатацию.

Металлизация применяется в ремонтной практике в следую­ щих случаях:

1) при ремонте стальных валов, имеющих значительно изно­ шенные шейки и работающих в условиях хорошей смазки при безударной нагрузке;

2) при восстановлении поверхностей, сопряженных с поверх­ ностями других деталей неподвижной посадкой; при этом произ­ водят подготовку поверхности пескоструйной обработкой или рез­ цом и применяют проволоку с содержанием углерода 0,4—0,5%; в данном случае восстанавливаемые поверхности выдерживают многократные перепрессовки;

3) при заделке трещин в, деталях, не подверженных действию значительных нагрузок; подготовка трещин к металлизации про-

154

изводится снятием фасок и их насечкой зубилом; после заполне­ ния металлом шов для уплотнения проковывается;

4) при необходимости повышения жаростойкости стали, что достигается покрытием ее слоем алюминия толщиной 0,2—0,3 мм с последующим кратковременным отжигом (I—2 часа при 850— 950°); при этих условиях имеет место диффузия алюминия в сталь с образованием таростойкого сплава феррум — алюминий (FeAl); срок службы деталей при этом увеличивается в 5—10 раз по сравнению с обычным котельным железом;

5)для защиты поверхностей детали, не подлежащих цемента­ ции, эти поверхности металлизируются тонким слоем меди;

6)при производстве антифрикционных псевдосплавов, полу­ чаемых в результате металлизации поверхности подшипников од­ новременно двумя-тремя металлами, которые образуют слой с высокими антифрикционными свойствами; так, например, если на поверхность вкладыша одновременно напылить алюминий и сви­ нец при соотношении 1:1, получается хорошо прирабатывающий­ ся износостойкий материал (псевдосплав), который по своему качеству превосходит лучшие сорта оловянистых баббитов; этот способ еще недостаточно распространен, однако является пер­ спективным и, очевидно, в ближайшее время найдет самое широ­

кое применение при ремонте подшипников скользящего трения.

§ 22. РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Ремонт деталей по методу пластических деформаций состоит в том, что изношенную деталь подвергают давлению с таким рас­ четом, чтобы в результате пластических деформаций, возникаю­

поверхности вполне оправдывает себя.

Ремонт по методу пластической деформации детали широко распространен в практике благодаря своим значительным преи­ муществам перед другими способами ремонта. Эти преимущества сводятся к следующему:

1) простота и доступность выполнения в любых производст­ венных условиях;

155

2) сохранение (частичное, а иногда и полное) неизменности геометрических и механических свойств поверхности на участках детали, не подвергшихся пластической деформации;

3) минимальная трудоемкость и невысокая стоимость восста­ новления деталей.

К'Недостаткам такого метода следует отнести изменение струк­ туры, механических качеств детали и появление остаточных на­ пряжений в ней.

Рассмотрим основные закономерности пластической деформа­ ции.

Пластичностью металла называется способность его к необра­ тимому изменению формы под действием силы без нарушения це­ лостности тела. При любом воздействии сил деталь деформирует­ ся, т. е. меняет форму и размеры. После прекращения действия сил деталь частично восстанавливает свою форму. Деформации, которые восстанавливаются, называются упругими, невосстанавливаемые — называются остаточными или пластическими.

В пластически деформированном теле всегда имеют место ос­ таточные напряжения. В процессе работы детали эти остаточные напряжения в сумме с напряжениями от действующих нагрузок могут вызывать трещины и коробление. Для снятия или умень­ шения остаточных напряжений применяют термическую обра­ ботку.

Способность пластически деформироваться зависит от свойств; металла, температуры его, скорости деформации и особенностей способа деформации.

Свойства металла определяются его твердостью и хрупкостью, которые в свою очередь зависят от химического состава, структу­ ры металла, величины и формы структурных составляющих.

Температура детали при деформации оказывает очень боль­ шое влияние на способность детали деформироваться. В горячем состоянии для получения деформации требуются значительно меньшие усилия. Так, например, для получения пластической де­ формации стали в обычном состоянии, т. е. при комнатной темпе­ ратуре, нужно такое усилие, которое создает напряжение поряд­ ка 50—80 /сг/жж2; при нагреве же до 900° требуется усилие в 10— 15 раз меньше. Таким образом, при деформации целесообразно доводить нагрев до 0,85—0,9 температуры плавления. Следует при этом иметь в виду, что длительный нагрев, особенно до столь высоких температур, вызывает окисление обработанных поверх­ ностей и потерю металла на окалину; кроме того, наблюдается также обезуглероживание поверхностных слоев металла. Чтобы предупредить эти вредные явления, необходимо производить на­ грев в нейтральной или науглероживающей среде. При этом на­ гревают только тот участок детали, который подлежит деформа­ ции. Если деформация ведется без предварительного нагрева (вхолодную), то имеют место значительные изменения механиче­ ских и физических свойств металла.

156

Способы деформации также оказывают большое влияние на

•ее результаты. Деформация может протекать при растягивающих или сжимающих напряжениях либо при сложном напряженном состоянии, когда одновременно действуют как сжимающие, так и растягивающие напряжения. Если при деформации растягиваю­ щие напряжения малы или совершенно отсутствуют, металл под­ дается пластической деформации сравнительно легко. Поэтому при выборе способа деформации или при изготовлении штампа желательно обеспечивать деформации сжатия.

Деталь подвергают ремонту методом пластической деформа­ ции лишь при условии, что она имеет зоны металла, которые мо­

0,6 мм. При износе рабочей фаски эта высота уменьшается вплоть до исчезновения пояса; уменьшается также и диаметр тарелки до величины D'. При ремонте происходит раздача тарелки по диа­ метру до величины D" за счет использования материала самой та­ релки.

Раздачу тарелки осуществляют с предварительным нагревом клапана до температуры 935—975° в специальном штампе. .

Р е м о н т п о р ш н е в о г о п а л ь ц а также успешно произ­ водится методом пластических деформаций как в холодном, так и (чаще) в горячем состоянии (рис. 121). Поршневой палец 2 из­ нашивается по наружному диаметру, и ремонт его сводится к раз­ даче с помощью пуансона 1 в специальном штампе 4. Предвари­ тельно нагретый палец помещают в отверстие матрицы 3\ диа­ метр отверстия несколько больше диаметра нового пальца. Во внутреннее отверстие пальца вгоняют пуансон 1, диаметр которо­ го больше настолько, чтобы при раздаче наружный диаметр пальца получился равным диаметру отверстия матрицы. После

157

раздачи палец нагревается вторично, подвергается закалке и по­

тием в холодном состоянии. Осадка может производиться по двум схемам.*

вставляется в матрицу, ограничивающую при сжатии течение ме­ талла к наружной поверхности.

■Схема по рис. 122, б применяется для тех случаев, когда не­ обходимо увеличить наружный диаметр; при этом ограничивает­ ся течение металла к внутренней поверхности. При осадке втул­ ки уменьшается ее длина, поэтому этот способ применяется толь­ ко тогда, когда некоторое изменение длины втулки не влияет на ее работоспособность.

Возможен ремонт поршневых втулок методом пластической деформации вхолодную, а именно способом обжатия (рис. 122, в). В таком случае втулка проталкивается через специаль­ ное отверстие матрицы. При этом длина ее не изменяется, мате­ риал течет в сторону внутренней поверхности втулки за счет

158

уменьшения наружного диаметра. Восстановление же наружного диаметра до первоначального размера осуществляют электроли­

чается в том, что поверхность цилиндрической детали подвергает­ ся деформации посредством рифленого ролика (рис. 123, а). При этом диаметр детали увеличивается. Накатка производится спе­ циальным инструментом — державкой с роликом. Ролик 3, име­ ющий -на своей поверхности рифление, укрепляется на оси 2. Державка 4 устанавливается в резцедержателе токарного стан­ ка, а деталь 1 закрепляется в центрах или в патроне. При вра-

Рис. 123. Ремонт деталей накаткой:

а — державка с роликом, б — схема увеличения диаметра детали путем накатки

щении детали ролик прижимается к ее поверхности и своими рифлями выдавливает углубления а, вытесняя металл, образую­ щий выступы б. За счет этого диаметр вала увеличивается на h = 0,1—0,2 мм (рис. 123, б). При соединении отремонтированно­ го таким способом вала с подшипником касание сопряженных поверхностей происходит по вершинам рифлений вала. Площадь соединения меньше, чем первоначальная площадь соприкоснове­ ния в неизношенном состоянии; поэтому износостойкость соеди­ нения значительно понижается. Для повышения износостойкости детали, отремонтированной этим способом, необходимо сделать более энергичную накатку и затем накатанный участок шлифо­ вать.

Способ ремонта накаткой чаще всего применяется для восста­ новления поверхностей деталей, сопряженных неподвижной по­ садкой, при невысокой их твердости и работе в легких условиях.

Ремонт деталей методом пластических деформаций охваты­ вает и такие способы, как правка изогнутых валов и элементов металлоконструкций как ib холодном, так и в горячем состоянии

(см. § 25).

159

§ 23. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ

ОБРАБОТКОЙ МЕТАЛЛА

При этом методе восстановления деталей используется искро­ вой разряд, вызывающий точечное расплавление металла и вы­ брасывание его частиц со скоростью взрыва. Иными словами, искра, возникающая между электродами в электрической цепи, разрушает поверхность электродов, при этом частицы металла переносятся от анода к катоду.

На рис. 124 показана схема электроискровой установки. Элек­ троинструмент 5, являющийся катодом, и анод-деталь 4 включа­ ются в электрическую цепь. Электрический ток от источника 1 попадает на обкладки конденсатора 3, где накапливается в виде

Рис. 124. Схема электроискрового сверления металла:

статического заряда,. При сближении электродов точка детали, наиболее близкая к инструменту, в первую очередь принимает на себя электрический заряд; при разряде происходит отрыв метал­ ла детали в этой точке и на поверхности образуется лунка. При следующем сближении происходит отрыв в другой точке. Отор­ ванные частицы металла переносятся на катод (инструмент). Чтобы предотвратить попадание их на инструмент, процесс ве­ дут в жидкой среде: керосине, минеральных маслах и других жидкостях, не проводящих тока. При этом частицы металла, оторванные от детали, охлаждаются и, не достигнув инструмен­ та, падают.

Установлено, что количество металла, оторванное искрой еди­ ничного разряда, зависит от мощности искры и -свойств материа­ ла. Мощность искры зависит от силы тока и емкости конденса­ тора. При большем разряде от поверхности детали отрываются более крупные частицы металла и чистота обработки грубее. Мощность импульса при этом характеризуется так называемой жесткостью режима, последний определяется номером, выражаю­ щим отношение силы тока в цепи станка к напряжению:

№ = — -ж Е ■

160