Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нормирование работ по восстановлению деталей автотракторной техники. Лабораторный практикум.pdf
По способу плавления исходного материала различают газопламенные
,
газоэлектрические и детонационные методы. Наибольшее распространение по
лучили методы электродугового и плазменного напыления
.
При газотермическом напылении источником тепловой энергии является
пламя, образующееся в результате горения смеси кислорода и горючего газа
(
ацетилена, метана и др
электрическая дуга, горящая между электродами в потоке газа
.), а
при электродуговом и плазменном напылении
.
–
Исходный материал покрытия подаётся в высокотемпературный газовый
поток в виде проволоки (прутка) или порошка. Для электродугового напыления
можно использовать только проволоку, для детонационного напыления
ко порошок, для газопламенного и плазменного методов
–
как проволоку, так и
–
толь
порошок. Максимальная температура при газотермическом напылении покры
тий составляет: при газопламенном методе
и плазменном
– 7500...2000 К.
Скорость частиц напыляемого материала состав
ляет: при газопламенной обработке
60...2500,
при плазменной
– 100...400,
– 1800...3500 К,
– 50...100 м/с,
при детонационной
при электродуговом
при электродуговой
– 700 м/с и
более
.
–
-
-
-
-
сти
лия
Напыление покрытий происходит в следующем порядке
1)
расплавление
2)
ускорение
3)
полёт
;
4)
удар
.
напыляемых частиц в направлении к обрабатываемой поверхно
частиц и их сцепление с поверхностью обрабатываемого изде
наплавляемого материала
и
распыление расплавленного материала
;
:
;
Во всех процессах газотермического напыления в высокотемпературном
потоке газа напыляемый материал ускоряется, нагревается, плавится (или пла
стифицируется) и в виде потока жидких капель (или пластифицированных час
тиц) при ударном взаимодействии с обрабатываемой поверхностью формирует
покрытие
.
Принципиальная схема газотермического напыления показана на рис
. 8.1.
Верхняя часть рисунка показывает распыление проволочного материала, ниж
няя
–
напыляемого порошка. Проволочный материал поступает в высокотемпе
-
-
-
-
-
-
ратурный поток газов в расплавленном состоянии, при напылении из порошков
в твёрдом состоянии. Частица порошка (нижняя часть) на участке
до температур плавления. На участке
В
частицы плавятся и превращаются в
жидкие капли металла. При движении жидких капель на участке
исходить перегрев и частичное испарение капель
.
А
нагревается
В
может про
–
-
71
Рис. 8.1. Схема процессов газотермического напыления для проволочных
(верхняя часть рисунка) и порошковых материалов:
А – область нагрева исходного материала до начала плавления;
Б – область нагрева до полного плавления; В – область движения частиц материала
в расплавленном состоянии (возможны перегрев, испарение);
Г – распылительная газотермическая головка (горелка); О – основа; П – покрытие;
1 – твёрдая частица порошка; 2 – частица, расплавленная не полностью; 3 – расплавленная
частица (капля); 4 – испаряющаяся (перегреваемая) капля (частица); 5 – центральное пятно;
6 и 7 – соответственно среднее и периферийное кольца пятна напыления
Струя сжатого воздуха (или другого газа-носителя) распыляет каплю рас
плавленного металла на мельчайшие частицы, сообщает им значительные уско
рения, под действием которых происходит разгон частиц, формирование рас
пылённых частиц по величине и конфигурации. В полёте частицы распределя
ются в определённом порядке по сечению струи
.
Наиболее интенсивное напыление происходит по центру потока, где со
средотачиваются самые крупные фракции наименее окисленных распылённых
частиц. Основная масса напыляемого материала поступает по центру потока
(
пятно
ристость и окисление частиц. В наружной части факела
5),
где достигаются наилучшее сцепление с основой, минимальная по
(
кольцо
7)
материал
напыляется с минимальной скоростью, при этом образуется окисленный слой
частиц с высокой пористостью и плохим сцеплением с подложкой
.
Жидкие или пластифицированные частицы с поверхностной плёнкой час
тично разрушаются при ударе с обрабатываемой поверхностью. При ударе кап
-
-
-
-
-
-
-
-
ли разрушается окисная плёнка и происходит частичное разбрызгивание жид
кого ядра. Частицы, отвердевшие до удара, не разрушаются. Такая схема фор
мирования покрытия приводит к появлению в нём микропустот и микропор
образованных газовыми пузырями
72
.
-
,
Так как напыление покрытия осуществляется на практически холодную
подложку, при охлаждении капель (частиц) напыляемого слоя в них возникают
внутренние
(«
усадочные
»)
напряжения. Сцепление частиц покрытия происхо
дит за счёт механического сцепления, адгезии, частичной сварки и действия
внутренних напряжений
(«
усадочных» сил
).
Технологические операции процесса газотермического напыления
После разборки детали поступают в моечное отделение, где их очищают
моющим раствором, дефектуют и отправляют в цех (участок, отделение) напы
ления
.
Механическая обработка изделий.
Для устранения дефектов, об
разовавшихся в процессе эксплуатации, или придания правильной геометриче
ской формы изношенным поверхностям деталей они подвергаются механиче
ской обработке, в том числе специальной (нарезка «рваной» резьбы, фрезерова
ние канавок, насечка поверхностей, накатка резьбы роликом
).
-
-
-
-
-
-
Обезжиривание.
При нанесении всех покрытий перед струйной обработ
кой поверхность детали обезжиривают органическими растворителями, мою
щими средствами и т.д. Чугунные детали, кроме обезжиривания, подвергают
обжигу при температуре
порах
.
Струйная обработка. В
260...530 °С
целях активации поверхности и придания ей ше
для выгорания масла, содержащегося в
роховатости поверхность деталей подвергают струйной обработке. Поверх
ность деталей, не подлежащая напылению при струйной обработке, должна
быть защищена. После обработки детали обдувают сухим сжатым воздухом для
удаления частиц абразива с поверхности
10...15
Процесс напыления.
мин. В качестве плазмообразующих газов используют аргон или азот
Операция напыления проводится сразу же в течение
.
Для предотвращения перегрева изделий и окисления покрытий применяют ох
лаждение
.
-
-
-
-
.
-
Для осуществления процесса напыления включают установку и в случае
необходимости
–
систему охлаждения изделий. Необходимую толщину полу
чают многократным повторением напыления. После напыления изделие сни
мают с приспособления, не допуская повреждения покрытия. Экран-маски и
другие защитные приспособления снимают после охлаждения до комнатной
температуры изделия с покрытием, чтобы не повредить его
.
73
-
-
Окончательная механическая обработка.
Окончательная обработка дета
-
лей с нанесенным покрытием проводится на шлифовальных или токарных
станках
.
Контроль качества покрытий.
Детали с покрытием подвергаются кон
тролю по внешнему виду, толщине, геометрическим размерам. Контроль по
внешнему виду проводится в целях выявления внешних дефектов
–
сколов
вздутий, шелушения и других дефектов. Осмотр осуществляется с помощью
лупы. Геометрические размеры детали с покрытием и толщину покрытия изме
ряют с помощью штангенциркуля, микрометра и толщиномеров
.
Исследования и опыт напыления газотермических покрытий показывают
что прочность их сцепления во многом зависит от принятого технологического
процесса подготовки поверхности к нанесению покрытия и от строгого соблю
дения последовательности выполнения предусмотренных процессом операций
−
напыляемая
деталь должна быть очищена и обезжирена в соответст
:
вующих растворителях согласно технологическому процессу очистки, приня
-
,
-
,
-
-
-
тому на ремонтных предприятиях
−
поверхности
деталей, на которые напыляется покрытие, и прилегаю
щие к ним участки на расстоянии
;
15...20 мм
должны быть дополнительно обез
жирены уайт-спиритом или бензином и протерты чистой хлопчатобумажной
материей. При обезжиривании поверхностей особое внимание следует обра
щать на удаление масла и других загрязнений из отверстий, каналов, канавок
и т.п. Для этого деталь дополнительно надо обезжирить в расплаве солей
−
следы
масла или каких-либо других загрязнений на восстанавливае
;
мой поверхности резко снижают прочность сцепления напылённых покрытий
В связи с этим подготовленная к напылению поверхность детали должна тща
тельно оберегаться от загрязнения (трогать поверхность руками без сухих чис
тых хлопчатобумажных перчаток не допускается; детали хранят в специальных
закрывающихся стеллажах, причём время их хранения до напыления не должно
превышать
2,5 ч).
-
-
-
.
-
-
Материалы для напыления
Для напыления используют проволоку и порошки. При восстановлении
стальных и чугунных деталей напылением наиболее часто применяют стальную
проволоку диаметром
личения износостойкости концентрация углерода должна быть выше
74
0,8...3,0 мм с
содержанием углерода
0,3...0,8%.
.
Для уве
-
Для противокоррозионных покрытий используют цинковую, алюминие
-
вую и стальную проволоки (ст
. 10х18Н10Т).
Проволоки из алюминиевой бронзы применяют для получения ан
тифрикционных покрытий ответственных подшипников скольжения
.
Для создания различных составов покрытий наиболее технологично ис
пользовать при газотермическом напылении порошковые материалы
.
Порошки должны иметь сферическую форму, хорошую сыпучесть и лег
ко подаваться питателем в плазмотрон. Размер частиц
25...150
мкм. Более мел
кие частицы не имеют достаточную кинематическую энергию, чтобы при ударе
образовать прочную связь с обрабатываемой поверхностью. Более крупные
(
более
150
мкм) не успевают прогреться, что также не способствует образова
нию прочной связи с подложкой. Так как порошки гигроскопичны (интенсивно
поглощают влагу
порошки перед нанесением прокаливать при
при
600...800 °С.
), их
следует хранить в герметичной таре или металлические
150...200 °С, а
керамические
–
-
-
-
-
-
Основными характеристиками, определяющими качество порошка для
напыления, являются текучесть, минимальный и максимальный размеры час
тиц, их форма и склонность к адгезии (слипанию и комкованию
),
стабильность
гранулометрического и химического составов. Для получения износостойких
покрытий могут применяться следующие группы порошков
−
порошки
из
самофлюсующихся сплавов на никелевой, никельхромо
:
вой и кобальтовой основах, которые широко применяются для газопламенного
напыления с последующим оплавлением покрытий. Они придают комплекс
ценных эксплуатационных свойств: износостойкость, эрозионную и коррози
онную стойкость, удовлетворительно противостоят высокотемпературному
окислению. Недостатки
сплавов
;
−
порошки
−
порошки
из
из
–
высокая стоимость, дефицит основных компонентов
металлических сплавов
;
карбидов и оксидов металла. Тугоплавкие соединения
-
-
-
применяются в основном с подслоем из металлических порошков. Только дето
национное напыление позволяет наносить рабочие слои некоторых покрытий
без подслоёв
−
механические
;
смеси порошков. Смеси на основе вышеперечисленных
групп порошков находят всё большее применение для газотермичсского напы
ления благодаря простоте и невысокой стоимости их приготовления. Однако
75
-
-
использование механических смесей порошков имеет существенные недостат
-
ки, главным из которых является сегрегация
(
расслоение) компонентов при
смешивании, транспортировании из дозирующих устройств в струю, а также в
процессе напыления. Сегрегация компонентов смесей приводит к неравномер
ности структуры покрытия, увеличению пористости, снижению прочности и
ухудшению эксплуатационных характеристик покрытия. Механические смеси
не поддаются стандартизации, поэтому их составы, как правило, подбирают
опытным путём. Особых способов приготовления такие смеси не требуют. Они
могут перемешиваться на любом оборудовании или спекаться с последующим
дроблением
−
комплексы исходных компонентов
порошковой частице
;
композиционные
.
порошки представляют собой интегрированные
(
металл, керамика, пластмасса) в каждой
Свойства газотермических покрытий
-
В зависимости от назначения покрытий они должны иметь комплекс фи
зико-механических характеристик, отвечающих условиям эксплуатации. Все
покрытия (износостойкие, коррозионно-стойкие, теплозащитные и др
.)
должны
иметь высокую прочность сцепления с подложкой и не отслаиваться в процессе
службы
.
Прочность сцепления покрытия с подложкой. По
сравнению со сварны
ми соединениями прочность на отрыв напылённых слоёв низка и составляет
5...80
МПа. Детонационная и плазменная металлизация позволяют получить
большее сцепление покрытия с подложкой. Толщина покрытия обычно не пре
вышает
напряжения, которые приводят к отслаиванию покрытия
1 мм,
так как с увеличением толщины возникают большие внутренние
Твёрдость.
.
Материал покрытия, как правило, имеет более высокую твёр
дость, что объясняется закалкой частиц, их наклёпом при ударе о поверхность и
наличием в слое окисных плёнок
.
-
-
-
-
Плотность и пористость.
Покрытия из А
1
2О3
И
ZrO
имеют пористость
2
сующихся сплавов на основе никеля могут иметь пористость менее
Износостойкость.
Износостойкость покрытий не имеет взаимосвязи с
Обычная плотность составляет
10...15%.
Покрытия из самофлю
2%.
80...97%.
твёрдостью. В условиях сухого трения плазменные покрытия не работают, так
как износ покрытий в
76
2–3
раза превышает износ обычных материалов. В усло
-
-
виях же жидкостного и граничного трения покрытия имеют высокую взаимо
()(
)
[
]
отлобв3в2в1о
ш
α+α++++
=
-
связь и низкий коэффициент трения. При этом смазка легко распространяется
по поверхности покрытия, прочно на ней удерживается и заполняет поры. Та
ким образом, наблюдается эффект самосмазывания покрытия. При недостаточ
ной подаче смазки или при её временном прекращении заедание наступает зна
чительно позже, по сравнению с неметаллизированной поверхностью. Масса
поглощаемого смазочного масла составляет
покрытия или
8...10% от
объёма
.
В процессе работы образуется дисульфид молибдена Мо
1,00...1,25% от
массы нанесённого
S2,
работающий
как твёрдая смазка. В условиях абразивного износа высокую стойкость имеют
покрытия из самофлюсующихся сплавов на основе никеля и А
сти
,
ля (СНГН) в
3,5–4,6
покрытий из самофлюсующихся сплавов на основе нике
раза выше износостойкости закалённой стали
1
2О3
45.
. В
частно
Хорошие
антифрикционные свойства для подшипников скольжения имеют покрытия из
оловяно-свинцово-медных псевдосплавов
.
-
-
-
-
-
Коррозионная стойкость.
Для получения защитных покрытий обычно
используют алюминий, цинк, медь, хромоникелевые сплавы и др. Вследствие
пористости покрытий их толщина не должна быть меньше
0,23 мм –
стали
.
для алюминия
; 0,18 мм –
для меди
; 0,6...1,0 мм –
0,2 мм
для цинка
для нержавеющей
Так как основные приёмы газотермического напыления носят ручной или
машинный характер, то штучное время определяют по следующей формуле
мин
01,01
; Тв2 –
вспомогательное время
где
Тв1 –
вспомогательное время, связанное с осмотром и протиркой поверхно
сти детали перед напылением
ТТТТТ , (8.1)
, Тв1 = 1…5
:
связанное с обезжириванием поверхности детали растворителем перед напыле
нием
, Тв2 = 1…5
воротом и снятием детали
го места (составляет
мин
; Тв3 –
, Тв3 = 3…6
3% от
вспомогательное время, связанное с установкой, по
мин; α
–
время на обслуживание рабоче
об
оперативного времени или согласно нормативным
;
,
-
-
-
данным α
ляет
5% от
= 30…120
Основное время
а
)
при механизированном напылении материалов
= 15…20
об
мин
);
α
–
время на отдых и личные надобности (состав
отл
оперативного времени или согласно нормативным данным α
мин
).
:
отл
-
=
77
(
)
[
]
γ+π
γ
4
о
=
где
Т
= , (8.2)
о
d –
диаметр напыляемой поверхности, мм
5
106qK
hiyLd
н
; L –
длина напыляемой поверхно
-
сти, мм
100 мм у = 0,4 мм;
у = 0,8 мм; h –
d = 50…100 мм h = 1,4…1,7 мм;
напылённого металла (для стали конструкционной
ния
бронзы безоловянной
; y –
перебег металлизатора (при
– γ = 2,7 г/
L = 50 мм у = 0,8 мм;
при
L = 100…200 мм у = 0,3 мм;
толщина напылённого слоя (при
при
d ≥ 100 мм h = 1,8…2,7 мм); γ –
3
см
;
для никеля
– γ = 7,6 г/
– γ = 8,9 г/
3
см
); i –
число проходов (определяется толщи
см
при
L = 50…
при
L = 200 мм и
d < 50 мм h = 1,2…1,3 мм;
плотность
– γ = 7,85 г/
3
;
для меди
– γ = 8,94 г/
3
см
;
для алюми
см
более
при
3
;
для
ной напылённого слоя и тем, что нагрев поверхности детали не должен превы
шать
80...90 °С), i = 1…2; q –
Kн –
коэффициент напыления, зависящий от диаметра напыляемой поверхности
(
для стали конструкционной
Kн = 1,13;
для меди
б
)
при ручном напылении материалов
– Kн = 1,14;
производительность металлизатора
– Kн = 1,0;
для бронзы безоловянной
для алюминия
– Kн = 0,34;
– Kн = 0,97);
:
, q = 3…20 кг/ч;
для никеля
2,7qKFhi
Т
= , (8.3)
где
F –
о
площадь напыляемой поверхности
10
5
н
(
для круглой поверхности
-
-
-
–
= ),
в
)(2dFπ
)
при ручном напылении синтетических материалов
см
2
;
FТ 0035,0
. (8.4)
Отчёт о проделанной работе
1.
Обосновать
2.
Составить
выбранный способ восстановления
карту технологического процесса с указанием последова
.
тельности выполнения операций, применяемого оборудования, приспособле
ний, инструмента, материалов и технических условий. Уметь объяснить выпол
ненные расчёты и принятые технологические решения по восстановлению де
талей газотермическим напылением, а также знать основные характеристики
используемого оборудования и инструмента
3.
Защитить
результаты работы и сдать отчёт
.
.
-
-
-
-
78
1.
Газотермическое
2.
Технологические
3.
Материалы
4.
Какие
для газотермического напыления
группы порошков могут применяться для получения износо
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
напыление, его преимущества и недостатки
операции процесса газотермического напыления
.
.
.
-
стойких покрытий
5.
Свойства
?
газотермических покрытий
.
79
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПАЙКОЙ
Цель работы:
Лабораторная работа 9
закрепить знания об особенностях в области восстановле
-
ния деталей автотракторной техники пайкой, получить практические навыки по
установлению оптимальных режимов получения неразъёмных соединений и
умению рассчитывать норму времени
Оборудование:
паяльник; металлическая подставка под паяльник; припои
флюсы; ванна; рукавицы из асбестовой ткани, материал для пайки
.
.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Выполнив данную работу, студент должен сделать заключения о том
какие детали и узлы автотракторной техники целесообразнее восстанавливать
рассматриваемым способом, отметить его преимущества по сравнению с дру
гими, а также ограничения на применение; как на основе имеющихся справоч
ных и нормативных материалов провести предварительные расчёты
.
;
,
-
-
ИЗУЧЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ВЫПОЛНЯЕМОЙ РАБОТЫ
Восстановление деталей
паянием (пайкой)
заключается в соединении
двух металлических поверхностей, находящихся в твёрдом состоянии, с помо
щью припоя (расплавленного промежуточного металла или сплава
),
имеющего
температуру плавления, меньшую, чем у основного металла. Паяние в авторе
монтном производстве применяется при ремонте радиаторов, топливных баков
и топливопроводов, карбюраторов и др
В качестве припоев применяются
.
легкоплавкие (мягкие) припои,
пред
ставляющие собой сплавы на оловянной и свинцовой основах, имеющие темпе
ратуру плавления ниже
ления выше
450…500 °С,
400 °С, и
тугоплавкие (твёрдые) с температурой плав
преимущественно медно-цинковые и алюминиевые
припои. Припои должны иметь температуру плавления ниже температуры
плавления основного металла и лёгкую растекаемость по его поверхности; вы
сокую жидкотекучесть для хорошего заполнения шва; достаточно высокие
-
-
-
-
-
-
прочность и пластичность; коррозийную устойчивость; близкое значение коэф
фициента термического расширения с коэффициентом расширения основного
80
-