Мураткин ОВ иРА для заочников / учебное пособ ОВДиРА

происходит увеличение диаметра валов или уменьшение диаметра отверстий втулок на величину 2hн.

Восстановление осуществляют на токарном станке. Изношенную деталь устанавливают в центрах, а устройство для алмазного выглаживания – в

резцедержателе станка. При обработке детали и инструменту задают точно такие же формообразующие движения, как при нарезании резьбы с крупным шагом. В результате на поверхности образуются регулярный микрорельеф,

состоящий из профильных винтовых канавок и выступов.

Рис. 4.21. Схема высадки металла при выглаживании

Рис. 4.22. Схема осадки наплывов цилиндрическим индентором

Для повышения точности диаметрального размера и увеличения площади опорной поверхности (площадь опорной поверхности не должна быть меньше

60% от ее номинального значения) можно производить второй проход, на котором осуществляют осадку наплывов цилиндрическим индентором (рис. 4.22.). При этом формируется система полузакрытых каналов в виде ласточкиного хвоста, позволяющая устранить действие абразивных частиц и увеличить маслоемкость поверхности. Эффективность работы такой поверхности проявляется также в контакте с различного рода уплотнительными элементами.

Необходимо отметить, что высота наплыва hн при алмазном выглаживании не превышает 30 мкм, что безусловно ограничивает технологические возможности способа.

Для восстановления изношенной поверхности детали с повышенной твердостью и увеличения высоты наплыва применяют электромеханическую обработку. Сущность процесса электромеханической высадки металла такая же, как при алмазном выглаживании. Особенностью способа электромеханической высадки металла является то, что через зону контакта инструмента с деталью пропускают электрический ток, который разогревает металл до температуры 850…900 ºС и тем самым облегчает его пластическую деформацию (рис. 4.23.). В качестве инструмента используют специально заточенную пластину или ролик, которые изготавливают из твердого сплава.

Источником питания служит сварочный трансформатор переменного тока,

который позволяет плавно изменять силу тока. После увеличения диаметра вала на 0,4…0,7 мм за счет наплывов проводят шлифование или электромеханическое выглаживание широкой твердосплавной пластиной для получения требуемого размера под посадку подшипника. В результате на изношенной поверхности образуется остаточный рельеф в виде выступов и полузакрытых канавок.

Необходимо отметить что, наружный диаметр вала выполняют несколько больше, чем предусмотрено для новой детали, поскольку запрессовка деталей

не приводит к повреждению сформированного профиля поверхности, так как он обладает высокой демпфирующей способностью как в радиальном, так и в осевом направлении. Восстановленные электромеханической обработкой посадочные поверхности вала обладают повышенной износостойкостью,

фреттингстойкостью и контактной жесткостью. Они достаточно хорошо удерживают напрессованные подшипники, поскольку сила трения в контакте вала с подшипником зависит не от площади контакта, а от величины натяга и коэффициента трения.

Рис. 4. 23. Восстановление посадочной поверхности вала методом электромеханического вытеснения: 1 – источник питания; 2 – вал; 3 –

изношенная посадочная поверхность; 4 – твердосплавная пластина

Широкие технологические возможности для формирования регулярного микрорельефа поверхности и улучшения эксплуатационных свойств деталей имеют способы вибрационного поверхностного пластического деформирования

(виброобкатывание, виброраскатывание, чеканка и др.) (рис. 4.24.). Их суть заключается в том, что в результате сложного относительного перемещения деформирующего инструмента (например, шара) относительно обрабатываемой поверхности на ней выдавливаются по определѐнному заданному рисунку и форме канавки, между которыми сохраняется первичный микрорельеф

поверхности или создаѐтся новый микрорельеф (рис. 4.25.). Низкочастотная вибрация инструмента в процессе обработки позволяет весьма точно и в больших пределах регулировать размерные параметры регулярного рельефа,

взаиморасположение его неровностей, а также изменять в нужную для эксплуатации сторону физико-механические свойства материала поверхностного слоя.

цилиндрической поверхности вибрационным пластическим деформированием

(а – выброобкатыванием; б – чеканкой): 1 – деталь; 2 – инструмент; 3 –центр; 4

– поводок; 5 – шкив на электродвигателе; 6 – кулачок

На поверхности детали можно получать разнообразный и сложный профиль микрорельефа, который зависит от соотношения технологических параметров процесса виброобработки (например, от соотношения числа двойных ходов nдв.х и частоты вращения заготовки n).

В процессе виброобработки на поверхности образуется система смазочных канавок и карманов, которая дает возможность оптимизировать площадь контакта и повысить маслоѐмкость поверхности. При этом существенно улучшаются все физико-механические характеристики поверхностного слоя.

Значительное упрочнение материала поверхностного слоя при виброобкатывании достигается в результате того, что деформирующий

инструмент "атакует" каждый выступ микронеровностей исходной поверхности с различных сторон, как бы раскатывая металл в разных направлениях.

Рис. 4.25. Вид поверхностей, обработанных методами вибрационного пластического деформирования

Обычно для создания системы масляных канавок вибрационное обкатывание производят шариками диаметром не менее 3…4 мм. Но обработку деталей, изготовленных из вязких материалов, выполняют с меньшими усилиями деформирования и диаметрами шариков (1…2 мм).

Микрорельеф, сформированный виброобработкой, повышает плавность работы подвижного сопряжения за счет снижения коэффициента трения в

1,6…2,2 раза. При сухом трении канавки работают как ловушки,

задерживающие в себе продукты износа, пыль и абразивные частицы,

благодаря чему устраняется их абразивное действие.

Создание регулярного микрорельефа на обеих поверхностях пары трения

(например, гильза – поршень) повышает износостойкость сопряжения в среднем в 2 раза. Но при этом необходимо помнить, что отделочно-

упрочняющую обработку необходимо применять обоснованно так, чтобы повышалась износостойкость наиболее слабого звена пары трения. Нарушение этого правила вместо повышения долговечности узла трения может привести даже к снижению его ресурса.

Пластическое деформирование используют в ремонтном производстве не только для восстановления формы и размеров детали, но и в качестве отделочно – упрочняющей обработки, которую проводят для повышения

качества поверхностного слоя деталей, а именно для повышения твердости,

формирования остаточных напряжений сжатия и создания оптимальной шероховатости поверхности. В зависимости от вида деформирующего инструмента и характера контакта с поверхностью детали различают статические, динамические и комбинированные способы поверхностного пластического деформирования. При выборе способа учитывают форму и размеры детали, ее жесткость и прочность материала, а также требования к точности обработки.

Встатических способах отделочно – упрочняющей обработки

(обкатывание, раскатывание, алмазное выглаживание, дорнование и др.)

деформирующими элементами являются шарики, ролики, алмазные инденторы,

дорны, которые при обработке находятся в непрерывном контакте с поверхностью детали и оказывают на нее постоянное воздействие с определенным усилием деформирования.

В основе динамических способов отделочно – упрочняющей обработки лежат ударные воздействия на поверхность детали деформирующих элементов в виде металлической, стеклянной дроби или микрошариков. Эти способы с успехом применяют для упрочнения поверхностей деталей сложной конфигурации.

Комбинированные способы объединяют статические или динамические способы поверхностного пластического деформирования с химическими или термическими воздействиями на материал изделий.

Способы поверхностного пластического деформирования повышают эксплуатационные свойства изделий такие, как износостойкость, усталостная прочность, фреттингстойкость, контактная жесткость и др. Таким образом,

методы поверхностного пластического деформирования в определенной мере заменяют энергоемкие методы термического и химико-термического упрочнения, применение которых в условиях ремонтного производства бывает весьма проблематично.

Контрольные вопросы

1.Какие способы объемного и поверхностного пластического деформирования восстановления деталей Вы знаете?

2.На каких основных положениях основаны способы восстановления деталей объемным пластическим деформированием?

3.Как восстановить внутренний диаметр втулки способами пластического деформирования?

4.Каким образом можно восстановить посадку обоймы подшипника качения на валу, не используя никаких дополнительных материалов для наращивания диаметра вала?

5.Какими способами можно получить на поверхности детали регулярный микрорельеф?

4.2.Восстановление деталей сваркой и наплавкой

4.2.1. Устранение дефектов деталей сваркой

Сварка и наплавка являются наиболее распространенными технологическими способами, применяемыми в ремонтном производстве при восстановлении деталей.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлических изделий местным сплавлением или давлением (в этом случае применяется термин – наварка).

Ремонтную сварку используют для устранения различного рода дефектов локального характера, таких как трещины, сколы, изломы, пробоины. Эти дефекты являются типичными повреждениями у рамы, картеров коробки передач, передних и задних мостов, элементов рулевого управления, кузова,

кабины автомобиля и др. В большинстве случаев ремонтируемые изделия восстанавливаются сваркой электрической дугой.

Процесс ремонтной сварки характеризуется интенсивным тепловложением в изделие с глубиной провара практически на всю толщину дефектного участка.

При этом основным затруднением на пути получения качественного сварного соединения является образование трещин в шве и околошовной зоне.

Для получения высокого качества ремонтируемых деталей необходимо учитывать важное свойство материалов, из которых они изготовлены, –

свариваемость. Свариваемость – это совокупность технологических характеристик, которые позволяют обеспечить надежное, равнопрочное с основным металлом сварное соединение, без трещин в металле шва и околошевной зоны. Свариваемость зависит от физико-химических свойств свариваемых металлов, способа и режима сварки, режимов подогрева и охлаждения места сварки, составов присадочного материала, флюса, покрытия электрода, защитного газа и др. При сварке соединяемые металлы и присадочный материал должны быть либо идентичны по химическому составу,

либо должны обладать одинаковой основой, которая обеспечивает полную металлургическую совместимость.

Качественная оценка свариваемости металлов и сплавов, а также влияние на нее отдельных химических элементов сводится к следующему:

хром при сварке образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали, но при этом резко повышающие твердость в зонах термического влияния. Хром также содействует образованию тугоплавких окислов,

затрудняющих процесс сварки;

никель увеличивает пластические и прочностные свойства стали,

способствует образованию мелкозернистой структуры наплавленного металла;

молибден дает возможность существенно повысить несущую способность стали при ударных нагрузках и повышенных температурах, а также получить мелкозернистую структуру металла шва. Однако молибден инициирует появление трещин в наплавленном металле и околошовной

зоне. В процессе сварки, наплавки молибден склонен к выгоранию и

образованию окислов;

ванадий способствует образованию закалочных структур в сталях, которые затрудняют сварочные процессы. В процессе сварки ванадий активно окисляется и выгорает;

благодаря вольфраму происходит значительное повышение твердости и износостойкости сталей даже при высоких температурах, но при этом образующиеся окисные пленки сильно затрудняют сварочные процессы.

углерод при содержании в сталях более 0,35% резко ухудшает их свариваемость; приводит к образованию закалочных структур, трещин и пористости;

марганец при малом содержании в сталях (до 0,8%) существенного влияния на сварочные процессы не оказывает, но при большем содержании способствует образованию закалочных структур и трещин;

кремний при большом его содержании (более 0,8%) в сталях, аналогично марганцу, оказывает негативное влияние на сварочные процессы вследствие образования тугоплавких окислов и повышения жидкотекучести высококремнистых сталей;

титан и ниобий затрудняют свариваемость коррозионностойких сталей

(12Х18Н9Т и др.) и способствуют образованию горячих трещин.

Необходимо отметить, что лучшей свариваемостью обладают малоуглеродистые стали, а худшей – чугун и алюминиевые сплавы. Поэтому сварка чугуна и алюминиевых сплавов требует применения особых технологических приемов.

Большое разнообразие форм и размеров деталей обусловливает необходимость применения в ремонтном производстве различных способов сварки.

Наибольшее распространение при устранении различных повреждений получила электродуговая сварка. При ручной электродуговой сварке покрытыми металлическими электродами, сварочная дуга горит с электрода на

изделие, оплавляя его разделанные кромки, расплавляя материал электродного стержня и покрытия электрода (рис. 4.26.). Кристаллизация основного и присадочного расплавленных металлов образует сварной шов.

Рис. 4.26. Схема электродуговой сварки покрытым металлическим электродом: 1 – электродный стержень; 2 – электродное покрытие; 3 –

сварочная дуга; 4 – капли металла стержня; 5 – ванна расплавленного металла;

6 – металл сварного шва; 7 – шлак

Электрод состоит из стержня и электродного покрытия. Электродный стержень – это сварочная проволока, которая, по своему химическому составу,

должна быть наиболее близкой к составу основного металла, в противном случае механические характеристики сварного соединения могут быть не удовлетворительными. Электродное покрытие – многокомпонентная смесь металлов и их оксидов, которая при ее плавлении создает газовую и шлаковую защиту металла сварочной ванны от воздействия атмосферы. Состав наплавляемого металла можно изменять с помощью легирующих компонентов электродного покрытия. Наличие в покрытии кремния и марганца способствует раскислению металла сварочной ванны и его легированию, придавая шву более высокие физико-механические свойства.

При сварке металл ванны подвергается воздействию окружающего воздуха и под влиянием высоких температур происходит его окисление,