3 Описание возможных способов устранения дефектов шейки вала под шестерню

Изношен наконечник 17 насоса.

Материал наконечника – сталь 45.

Износ поверхности диаметром 22 в сопряжении с ротором 3, величина износа 0.15 мм.

Возможными способами восстановления износа наконечника, с учётом имеющихся установок на ремонтном участке, являются: вибродуговая наплавка, электромеханическая обработка, электроконтактное напекание металлических порошков.

Вибродуговая наплавка

Наплавка вибродуговым способом является разновидностью автоматической и отличается от нее тем, что электрод во время наплавки постоянно вибрирует. Вибрация электрода облегчает зажигание дуги и делает процесс наплавки более устойчивым. В процессе наплавки деталь нагревается незначительно, поэтому деформации ее малы и, следовательно, не нарушается термическая обработка на участках детали вблизи места наплавки. После наплавки не требуется термическая обработка детали, так как в процессе наплавки под действием охлаждающей жидкости происходит закалка наплавленного слоя. Толщину слоя наплавки можно регулировать в пределах от 0,5 до 2 мм на сторону. Для повышения износостойкости наплавленного слоя используют легирующие флюсы. Основное преимущество вибродуговой наплавки заключается в возможности надежного наплавления тонких слоев на изношенные места. При значительных износах лучше использовать обычные способы наплавки.

Вибродуговая наплавка отличается от других сварочных процессов наличием колебаний электродной проволоки с частотой 50-100 Гц и низким напряжением источника сварочного тока. Цикл наплавки состоит из переноса металла электродной проволоки на деталь за счет чередования электрических разрядов и коротких замыканий цепи. Введение индуктивности в цепь дуги обеспечивает накопление электрической энергии в индуктивности во время разомкнутого состояния цепи, сдвиг фаз тока и напряжения, поэтому переход тока через нуль происходит при наличии напряжения источника питания и возникновении электродвижущей силы самоиндукции, которая совпадает по направлению с напряжением источника питания. Это обеспечивает повторное возникновение дугового разряда после разрыва сварочной цепи и устойчивое горение дуги.

Электрод и деталь оплавляются во время дугового разряда, при этом на конце электрода образуется капля металла. Мелкокапельный перенос металла на деталь происходит преимущественно во время короткого замыкания. Длительность существования дуги со­ставляет 20 % времени цикла, поэтому провар основного металла неглубокий, с небольшой зоной термического влияния [6].

Принципиальная схема вибродуговой наплавки показана на рисунке 1.1.

Для ремонта деталей наплавкой предназначены наплавочные установки разного типа. Одним из широкоуниверсальных типов оборудования является установка УД-209, позволяющая производить наплавку под слоем флюса или в среде защитных газов деталей диаметром от 10 до 400 мм. Пределы регулирования сварочного тока – от 60 до 500 А. Общий вид УД-209 показан на рис. 1.2. Установка даёт возможность наплавлять гладкие цилиндрические поверхности, заваривать шлицы, шпоночные канавки, винтовую резьбу. При наплавке применяется наплавочная проволока диаметром от 0,8 до 2 мм со скоростью подачи до 350 м/ч [7].

Рисунок 1.1 – Вибродуговая наплавка: 1 – электродная проволока, 2 – деталь, 3 – источник постоянного тока, 4 – электромагнитный вибратор, 5 – механизм подачи проволоки, 6 – охлаждающая жидкость, 7 – насос, 8 – катушка самоиндукции.

Каретка 5 установлена на станине станка и служит основанием для механизма подачи проволоки 6 через мундштук 4 в зону наплавки. Смещение мундштука с «зенита» выполняется суппортом, винтовой парой винт-гайка. Механизм подачи проволоки состоит из электродвигателя и червячного редуктора, соединённых между собой изоляционной муфтой и изолирующей прокладкой. Механизм подачи проволоки выполнен совместно с колебателем мундштука и обеспечивает одновременную подачу и колебание электрода. Для регулировки скорости подачи проволоки имеются сменные шестерни.

Поступательное перемещение каретки 5, параллельное оси вращения ремонтируемой детали, осуществляется с помощью винтовой передачи гайка – ходовой винт. Это движение подачи каретки кинематически увязывается с вращением шпинделя: определённое перемещение каретки на один оборот шпинделя. На рассматриваемой установке привод шпинделя имеет бесступенчатое регулирование частоты вращения с помощью электродвигателя с тирристорным преобразователем. Высокая степень редукции привода шпинделя обеспечивается с помощью ременной передачи и стандартного червячного редуктора.

Рисунок 1.2 – Схема установки УД-209 для вибродуговой наплавки: 1 – станина, 2 – передняя бабка, 3 – пульт управления, 4 – мундштук, 5 – каретка, 6 – механизм подачи проволоки, 7 – газоотсос, 8 – задняя бабка с выдвижной пинолью для установки в её отверстии вращающегося центра – опоры ремонтируемой детали.

На боковой стенке передней бабки закреплена таблица для настройки режимов наплавки. Наплавочный агрегат имеет также систему отвода газов, образующихся при наплавке. Система отвода газов смонтирована совместно с защитным кожухом 7 [7].

Наплавка производится электродной проволокой диаметром 1,2…2 мм на постоянном токе обратной полярности. Марка проволоки выбирается в зависимости от марки стали, из которой изготовлена деталь, и необходимой твердости наплавленного металла. При наплавке используется электродная проволока марки: СВ-0,8, 10Г2, ЭП-681, 30ХГСА и др. и флюс АН-26 или ОСЦ-46 [7].

Толщина наращиваемого слоя 0,6…1 мм при твердости 40 HRC.

Таблица 1.1 – Режимы вибродуговой наплавки

Диаметр		Режим наплавки
Напла-вляе-мой детали, мм	Электрод-ной проволо-ки, мм		Сила тока, А	Напряжение, В	Скорость		Смеще-ние электро-дов, мм
					Подачи проволоки, м/ч	Наплавки, м/ч
40-50	1,6-2,0		110-130	25-28	70-100	14-18	4-5
60-70	1,6-2,0		170-180	26-28	70-120	20-24	5-6
80-90	2,0		170-200	26-29	120-150	20-24	6-7
100	2,0		170-200	25-28	120-150	20-24	7-8

Преимущества вибродуговой наплавки:

- простое оборудование;

- доступность материалов;

- малый нагрев детали, а вследствие этого и малая деформация ее;

- возможность получения достаточно твердой поверхности без ее термообработки;

- большая производительность;

- не требуется особой квалификации от работника.

Недостатки вибродуговой наплавки:

- снижение усталостной прочности до 60 % из-за образования закалочных структур в материале, вызывающих растягивающие напряжения и неоднородность твердости;

- наличие пор в покрытии по причине быстрого перехода металла из жидкого состояния в твердое [7].

Электромеханическая обработка

Электромеханическая обработка- это разновидность способа восстановления деталей давлением, отличающийся локальным нагревом восстанавливаемой поверхности с одновременным деформированием разогретого участка.

1– высаждающая пластина; 2 – деталь; 3 – сглаживающая пластина; D₀ – диаметр после сглаживания; D₁ – диаметр после высадки; D₂ – начальный диаметр; S – шаг высадки

Рисунок 2 – Схема восстановления деталей электромеханическим способом

Нагревание достигается пропусканием электрического тока через деформирующий инструмент. Высадка увеличивает диаметр детали, а последующим сглаживанием получают необходимый (заданный) размер. Для этого деталь устанавливают в центрах токарного станка, в суппорте которого закрепляют пружинную державку с твердосплавной пластинкой 1 (рисунок 2). К детали и державке подводят ток силой 300... 800 А, напряжением 1…5 В. При вращении детали и продольной подаче суппорта твердосплавная пластинка 1 деформирует нагретый до температуры 800... 900°С металл. В результате чего на поверхности детали образуются спиральные гребни и ее диаметр увеличивается с начального D₂ до диаметра О_л. После прохода сглаживающей пластинки 3 получают окончательный диаметр D_o. Высаживающие пластины изготавливают из сплава Т15К6 с углом при вершине 60°. Шероховатость рабочей поверхности инструмента (пластины) должна быть не более R_A = 0,04 мм. Сглаживающая пластина изготовляется из того же материала и должна иметь радиус закругления рабочей сферы 80... 100 мм.

Для подвода тока к детали на патроне устанавливают медное кольцо и медно-графитовые щетки. В качестве источника питаний используют обычный сварочный трансформатор, имеющий 3.. .4 витка независимой дополнительной обмотки проводов сечением 120 мм². Этим же проводом подводят ток к детали и державке.

Наложение ультразвука на инструмент при сглаживании повышает качество обработки. При этом обработка ведется без подключения тока. Электромеханический способ целесообразен при увеличении диаметра детали не более чем на 0,15 мм.

Режимы электромеханической обработки приведены в таблице 2.

Таблица 2- Режимы электромеханической обработки

Режимы работы	Высадка	Сглаживание
Подача, мм/об Давление инструмента, Н для сырых сталей для закаленных сталей Окружная скорость детали, м/мин Сила тока, А Число проходов	1...2 700...800 900…1200 3...8 400...500 2…4	1…1,5 300…400 300…400 5…8 350…400 1…2

Этот способ применяют для восстановления мало изношенных поверхностей валов и осей, а также как финишную упрочняющую обработку (без высадки). Его достоинствами являются простота технологии и оборудования, высокие качество и производительность, низкая себестоимость, отсутствие расхода материалов и коробления деталей и др. Он особенно эффективен в условиях, перерабатывающих и небольших ремонтных предприятий. Применяют установку ОР-14136-УСХИ-ГОСНИТИ в комплекте с токарным станком [4].