Восстановление деталей под ремонтный размер

Сущность данного способа заключается в том, что одну из сопрягаемых деталей обрабатывают до заранее заданного ремонтного размера, а другую заменяют новой деталью соответствующего ремонтного размера. Как правило, ремонтируют сложную и дорогостоящую деталь, а заменяют более простую и дешевую. При этом способе восстанавливают геометрическую форму и чистоту поверхности деталей, работоспособность сопряжения, так как обработку под ремонтный размер осуществляют с теми же допусками, с которыми изготовляют новые детали.

Различают три вида ремонтных размеров: стандартные, регламентированные, свободные.

Стандартные ремонтные размеры используют для поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, толкателей, вкладышей. Эти детали изготовляет промышленность.

Регламентированные ремонтные размеры установлены техническими условиями на восстановление деталей. При этом механическую обработку производят до достижения заданной величины.

Свободные ремонтные размеры предусматривают обработку до получения правильной геометрической формы и чистоты рабочей поверхности деталей. Сопряженную деталь подгоняют к восстановленной до свободного ее размера. Детали обрабатывают, оставляя припуск для окончательной подгонки по месту.

Количество ремонтных размеров n определяют по формуле. Например, для валов оно составляет

где dн и dmin — соответственно номинальный и предельный (наименьший) размеры вала; w — ремонтный интервал. В этой формуле разность номинального и предельного диаметров выражает уменьшение диаметра шейки вала без нарушения ее прочности, ремонтный интервал — величину уменьшения диаметра шейки на один ремонтный размер:
где i — износ шейки на сторону, а— припуск на обработку на сторону. Количество ремонтных размеров для отверстий n определяют по формуле
где dmax — предельный (наибольший) размер отверстия. Постановку дополнительных деталей применяют при восстановлении под ремонтный размер цилиндров блоков, прошедших последний ремонтный размер; гнезд клапанов; посадочных отверстий под подшипники коробок передач; задних мостов; отверстий с изношенной резьбой. Изношенные отверстия всех перечисленных деталей под втулки обрабатывают растачиванием и сверлением. Дополнительную деталь (втулку) чаще всего крепят путем посадок с натягом. Прочность посадки втулки в отверстие или на вал контролируют по усилию запрессовки Р:
где fn — коэффициент трения при запрессовке; р — удельное давление на контактной поверхности, МПа; d — диаметр сопрягаемых поверхностей деталей, мм; l — длина контактной поверхности сопряжения, мм. После установки и запрессовки дополнительной детали ее обрабатывают механическим способом до требуемых размеров.

Восстановление деталей склеиванием

Технологический процесс склеивания состоит из подготовки деталей к склеиванию, их соединения, сжатия, выдержки при заданной температуре и последующей механической обработки. Клеи используют при восстановлении кузовов, приклеивании накладок на пробоины, заделке трещин, наклейке фрикционных накладок на тормозные колодки.

Для ремонта применяют клеи БФ-2, БФ-4, ВС-10Т.

Клеями БФ-2 и БФ-4 соединяют металлы, пластмассы. При температуре 140...150°С и давлении 0,5...1 МПа время выдержки 30...60 мин. Указанные клеи рекомендуется использовать при склеивании деталей, работающих при температуре не выше 80° С.

Клеем ВС-10Т соединяют детали, работающие в диапазоне температур от -60 до +100° С. На подготовленные поверхности наносят первый слой клея и детали выдерживают на воздухе 15...20 мин, затем наносят второй слой клея и выдерживают 10...15 мин. При сушке в сушильном шкафу время выдержки сокращается до 5 мин. После соединения склеиваемых поверхностей строго соблюдают режим отверждения клея: удельное давление 0,1...0,3 МПа, температура 140-180°C, время отверждения 45 мин. Нагрев и последующее охлаждение производят со скоростью 3...4°С в минуту. Соединенные клеем ВС-10Т поверхности устойчивы к воздействию влаги, нефтепродуктов и не вызывают коррозии металлов.

В ремонтном производстве при восстановлении деталей все более широко применяют различные виды синтетических материалов, эпоксидные составы. Их используют для устранения механических повреждений на деталях (трещин, пробоин, отколов), для компенсации износа рабочих поверхностей деталей, а также соединения деталей склеиванием. Большое внимание к использованию синтетических материалов объясняется простотой технологического процесса и применяемого оборудования, невысокой трудоемкостью процесса, достаточно высокими физико-механическими свойствами пластмасс, низкой их стоимостью.

В эпоксидные составы кроме эпоксидной смолы входят отвердители, пластификаторы и наполнители. Отвердители предназначены для того, чтобы перевести эпоксидную смолу в необратимо твердое состояние. На практике применяют два вида отвердителей — холодные и горячие. В качестве холодных отвердителей применяют полиэтиленполиамин (ПЭПА) и аминофенол (АФ-2). Эпоксидная смола переходит в твердое состояние при комнатной температуре, но для ускорения процесса отверждения его ведут при температуре 60...70°С. При горячем отверждении смолы используют малеиновый ангидрид. Процесс отверждения рекомендуется проводить при температуре 120...160° С.

Для повышения пластических свойств эпоксидного состава в него вводят пластификаторы, в качестве которых наиболее часто используют дибутилфталат (ДБФ), низко молекулярную алифатическую смолу ДЭГ-1 и тиокол НВБ-2. Для придания эпоксидному составу требуемых физико-механических свойств в него вводят наполнитель: стальной или чугунный порошок.

Восстановление деталей способом пластического деформирования

Способ основан на использовании пластических свойств металла, из которого изготовлены детали. Пластичность металлов — это их свойство необратимо деформироваться под действием механических нагрузок.

Принципиальные схемы пластического деформирования: а - осадка, б - раздача, в - обжатие, г - вытяжка, д — накатка; δ — деформация, Р — усилие

В зависимости от направления действующей силы и требуемой деформации различают следующие виды пластического деформирования: осадку, раздачу, обжатие, вытяжку, правку, накатку.

Размеры изношенных поверхностей деталей изменяют за счет перемещения металла с нерабочих элементов (поверхностей) деталей на изношенные.

Процесс восстановления деталей способом пластического деформирования состоит из подготовки детали, деформирования и последую щей обработки,

Осадкой уменьшают внутренний и увеличивают наружный диаметры полых деталей, а также увеличивают наружный диаметр сплошных деталей путем уменьшения их длины. Если отверстия и прорези в восстанавливаемых деталях надо сохранить, то в них устанавливают вставки, копирующие форму и размеры этих элементов деталей.

Раздачей восстанавливают наружные размеры полых деталей путем увеличения их внутренних размеров.

Обжатием уменьшают внутренний диаметр полых деталей, уменьшая их наружный диаметр.

Вытяжкой увеличивают длину деталей путем местного обжатия

Правкой восстанавливают детали, которые потеряли первоначальную форму вследствие деформаций изгиба и скручивания. Для получения требуемой остаточной деформации деталей при правке их перегибают в направлении, обратном первоначальному прогибу, на величину, которая в 10...15 раз больше.

Накаткой уменьшают внутренние и увеличивают наружные диаметры цилиндрических поверхностей деталей из пластических материалов путем выдавливания металла на отдельных участках этих же поверхностей. Таким способом восстанавливают изношенные посадочные места под подшипники качения. При этом соблюдают три условия.

Первое — высоту подъема гребешка зубом накатки принимают в зависимости от шага и угла заострения зуба накатки.

Второе условие — шаг накатки должен быть кратным обкатываемому диаметру:


где n—количество зубцов накатки, шт.; t — шаг накатки, мм; d0— диаметр обкатки, равный диаметру изношенной детали минус двойная глубина внедрения зуба накатки, мм.

Третье условие — потеря опорной поверхности должна быть не более 0,5 всей восстанавливаемой поверхности детали.

Если твердость восстанавливаемых деталей свыше HRC 25...30, то перед накаткой их отпускают. Данный способ восстановления используют для деталей, воспринимающих удельное давление до 7МПа.

Узловая распределительная подстанция (УРП)

Эти способы наиболее распространены в ремонтном производстве. Их отличают высокая производительность, низкая себестоимость, простота технологии.

Сваркой устраняют механические повреждения в деталях (трещины, отколы, пробоины).

В процессе ремонта используют большей частью дуговую сварку, при которой местное плавление свариваемых деталей осуществляется электрической (сварочной) дугой. Она представляет собой мощный устойчивый электрический разряд, происходящий в газовом промежутке между электродами либо между электродом и изделием.

Для получения дуги нужна электрическая цепь с источником питания Для питания дуги электрическим током пользуются при переменном токе сварочным трансформатором, при постоянном токе — сварочным преобразователем, агрегатом с двигателем внутреннего сгорания или сварочным выпрямителем. От источника питания 5 ток подводится сварочными проводами 4 через электрододержатель 3 к электроду 2 и свариваемой детали 6, между которыми горит дуга 1, включив источник питания, зажигают дугу и поддерживают ее горение. Для зажигания дуги на выводах источника питания должно быть напряжение в несколько десятков вольт.

Восстановление чугунных деталей. Детали из серого чугуна сваривают с предварительным общим подогревом, с местным подогревом или без подогрева, используя электроды из различных металлов,

Сварку стальными электродами применяют при ремонте неответственных чугунных деталей небольших размеров, не требующих после сварки механической обработки. Сварку стальными электродами с покрытиями используют при соединении деталей несложной формы, средних размеров и массы, с толщиной стенок до 15 мм, работающих при незначительных статических и ударных нагрузках. Покрытие чаше всего состоит из 40% графита и 60% карборунда.

Сварку чугунными электродами используют для устранения раковин и трещин. Металл сварного шва получается близким по химическому составу к материалу детали.

Сваркой медными электродами восстанавливают детали, работающие при незначительных статических нагрузках.

Детали из чугуна предварительно подогревают до температуры 250...450°С и сваривают стальными низкоуглеродистыми электродами с защитно-легирующими покрытиями ОММ-5, МР-3, К-5, чугунными электродами и ацетилено-кислородным пламенем с применением чугунных присадочных прутков. Детали перед сваркой нагревают в термических печах, горнах или газовыми горелками. К сварке с подогревом до температуры 250...450°С относится газовая сварка серого чугуна. В качестве присадочного металла используют латунные прутки, что обеспечивает достаточно плотный сварной шов, который поддается механической обработке.

Газовую сварку чугуна можно разделить на собственно сварку и пайку. При сварке в качестве присадочного металла применяют стальную сварочную проволоку Св-08 и Св-08А или стержни из чугуна А, при пайке — латунные прутки.

Сварка с подогревом детали до температуры 500...700°С предусматривает следующую технологию: механическую обработку под сварку, формовку свариваемых деталей, нагрев, сварку, охлаждение. Формовка с помощью формовочной земли и графитовых пластинок предохраняет расплавленный металл от вытекания. Детали нагревают в нагревательных печах либо с помощью индукционных подогревателей, Для этой сварки применяют чугунные электроды. Наиболее распространены покрытия электродов ОМЧ-1 и УЗТМ-74. Данный способ обеспечивает высокое качество сварки, однако в технологическом отношении он очень трудоемок и применяется только при восстановлении сложных корпусных деталей. Сварку ведут без перерывов, с тем, чтобы металл сварочной ванны все время был в расплавленном состоянии.

Наплавкой получают слой материала с разнообразными свойствами, например высокой твердостью, износостойкостью.

Более всего распространены следующие виды наплавки: механизированная под флюсом, в углекислом газе, вибродуговая, контактная.

Наплавка под флюсом характеризуется непрерывностью процесса за счет автоматической подачи электродной проволоки или ленты, возможностью применения тока большой силы без перегрев» проволоки путем подвода его на минимальное расстояние от дуги, а также использованием механизмов для передвижения источников теплоты, устройств для закрепления и вращения наплавляемых деталей. Для наплавки под флюсом применяют подвесные и самоходные сварочные головки А-384, А-409, ABC, полуавтоматы ПШ-5-1, ПШ-54, ПДШМ-500. При наплавке деталей из малоуглеродистых сталей используют электродную проволоку Св-08, Св-08Г2С, из среднеуглеро-дистых и низколегированных сталей — проволоку Нп-65, Нп-80, Нп-ЗОХГСА. Флюсы применяют двух видов: плавленые и керамические.

Наплавка в углекислом газе позволяет получать наплавленный металл высокого качества (без пор, раковин и трещин). Сущность данного способа заключается в непрерывной подаче защитного газа в зону дуги, горящей между наплавляемой деталью и электродом. Подвод на строго определенное расстояние от зоны горения дуги охлаждающей жидкости позволяет регулировать твердость нанесенного слоя в пределах HRC 20...50. Режим наплавки выбирают в зависимости от диаметра детали и проволоки. Расход газа определяют, исходя из величины сварочного тока, а также в зависимости от скорости наплавки и вылета электрода. Для наплавки в углекислом газе применяют автоматы АДПГ-500, АТП-2, АДСП-2, полуавтоматы ПДГ-2М, А-547Р, ПГШ-2М, преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500, сварочную головку ОКС-125М ГОСНИТИ. Источниками тока служат выпрямители ВС-300, ВДГ-301.

Восстановление деталей методом электролитического наращивания

Из этих способов при ремонте чаще всего используют хромирование и железнение.

Хромирование. Процесс протекает в стальной ванне С внутренней облицовкой 3 из свинца или винипласта. Электролит 4 представляет собой раствор, состоящий из хромового ангидрида, серной кислоты и дистиллированной воды. Восстанавливаемую деталь 2 подвешивают в ванне на подвеске, присоединенной к отрицательному полюсу источника тока. Таким образом, деталь служит катодом. В ванне находится несколько пластинок из сплава свинца и сурьмы, присоединенных к положительному полюсу источника тока. Суммарная площадь пластинок (анода 1) должна в 2…2,5 раза превышать площадь катода.

Схема электролитического хромирования деталей
1— анод 2— деталь, 3 - облицовка ванны, 4 — электролит,

Технологический процесс хромирования выполняют в следующем порядке.

Механическая обработка детали — шлифование и полирование детали для придания поверхности правильной геометрической формы.

Изоляция мест, не подлежащих хромированию. В качестве изоляторов применяют винипласт, хлорвинил и клей АК-20.

Монтаж деталей на подвеске.

Обезжиривание для тщательной очистки поверхности от оксидов, жиров. Детали промывают керосином, бензином. Ответственные детали сложной конфигурации окончательно обезжиривают, протирая венской известью (водным раствором смеси из оксида кальция и магния), а затем промывают в холодной проточной воде.

Удаление тончайшей пленки оксидов (декапирование) путем травления в 5%-ном растворе серной кислоты. После этого детали промывают в дистиллированной воде.

Осаждение хрома на поверхности детали.

Заключительные операции: детали промывают в горячей воде, демонтируют с подвески, снимают изоляцию, контролируют качество осадка хрома и шлифуют под заданный размер.

Наиболее прогрессивен способ хромирования с использованием тока переменной полярности.

Свойства хромовых покрытий зависят от режима осаждения хрома на поверхности металла, т. е. от катодной плотности тока и температуры электролита. Изменение этих параметров влияет на твердость, износостойкость и внешний вид осадка.

Железнение. Процесс железнения, т.е. наращивания слоя железа, протекает в 10...20 раз быстрее, чем хромирование. Этим способом можно наносить слой металла толщиной до 2 мм.

В качестве электролита применяют водный раствор хлористого железа, содержащий небольшое количество соляной кислоты. Его заливают в стальную ванну, внутренняя поверхность которой футерована кислотостойким материалом. Учитывая повышенную агрессивность хлористых электролитов, ванны футеруют графитовыми плитками, пропитанными смолой. Хорошая теплопроводность этого материала позволяет нагревать электролит через водяную рубашку.

Последовательность выполнения процесса железнения такова: механическая обработка поверхностей; промывка бензином; монтаж деталей на подвеску; изоляция элементов деталей, не подлежащих покрытию; обезжиривание венской известью; промывка холодной проточной водой; анодная обработка в 30%-ном растворе серной кислоты, промывка холодной водой, промывка горячей водой (температура 50...60° С); нанесение покрытия; промывка горячей водой (температура 80...90° С), нейтрализация 10%-ным раствором каустической соды; промывка горячей водой (температура 80...90°С); демонтаж деталей с подвески, снятие изоляции, механическая обработка и контроль качества.

При железнении применяют растворимые аноды из малоуглеродистой стали 10, 15 или 20. Температура электролита 60...80°С, плотность тока 0,4...0,5 А/м2, скорость осаждения металла на деталь 0,3…0,5 мм/ч.

Восстановление деталей напылением металла

Напыление — один из способов нанесения металлических покрытий на изношенные поверхности. Сущность процесса состоит в распылении предварительно расплавленного материала струей воздуха, плазмы или пламенем газов и их смесей. Мелкие частицы расплавленного металла подаются на детали с высокой скоростью, деформируются при ударе об их поверхность, внедряются в ее неровности и образуют металлическое покрытие.

Преимущества способа — высокая производительность процесса в сочетании с простотой технологии и применяемого оборудования, а также высокая износостойкость покрытий и возможность нанесения их толщиной до 10 мм и более практически из любых металлов. Недостатки процесса — невысокая прочность сцепления покрытия с основным металлом при пониженной механической прочности.

По способу получения тепловой энергии для нагрева распыляемого материала напыляющие аппараты подразделяют на дуговые, газовые, высокочастотные и плазменные.

Дуговое напыление, заключается в расплавлении электрической дугой исходного материала и напылении его струей сжатого воздуха на поверхность детали. Электрическая дуга горит между двумя проволоками, протягиваемыми роликами. Струя сжатого воздуха вытягивает дугу. Размер распыляемых частиц колеблется в пределах 10..50мкм. Скорость напыления на расстоянии 30 мм от сопла — до 250 м/с. Толщина напыленного слоя составляет от 20 мкм до 10 мм. Для электродугового напыления используют аппараты ЭМ-ЗА, ЭМ-9, ЭМ-б, ЭМ-10.

Газопламенное напыление осуществляют с помощью аппаратов , в которых металлическая проволока или порошковые материалы распыляются ацетилене кислородным пламенем или пламенем других горючих газов в смеси с кислородом. При этом способе повышается прочность сцепления, уменьшаются размеры распыливаемых частиц металла и снижается его окисление. Недостатки — низкая производительность и сложность установки.

Для газопламенного напыления применяют аппараты ГИМ-1М, ГИМ-2М, МГИ-1-57, МГИ-2-65.

Высокочастотное напыление основано на использовании принципа индукционного нагрева при плавлении исходного материала. Распылительные головки аппаратов работают по принципу концентратора вихревых токов высокой частоты или конического нагревательного индуктора. В качестве источников питания применяют ламповые генераторы токов высокой частоты ГЗ-46, ЛГП-30, ЛГПЗ-60.

Преимущества высокочастотного напыления — незначительное окисление металла и достаточно высокая механическая прочность покрытия, недостатки — сложность и высокая стоимость оборудования.

Плазменное напыление выполняют с помощью плазматронов, в которых плазмообразующий газ (аргон) протекает сквозь столб электрического разряда, частично или полностью ионизируется и превращается в плазму.

Плазмагрон состоит из катода и анода (сопла), охлаждаемых водой. От источника постоянного тока между катодом и анодом возбуждается электрическая дуга. Плазмообразующий газ, введенный в зону горения, ионизируется и выходит из сопла плазматрона в виде струи небольшого сечения. Высокая электропроводность плазменной струи значительно повышает плотность тока, температуру газа и скорость его истечения. Рабочая температура струи достигает 7000...15 000°С при скорости истечения до 1500 м/с.

Для плазменного напыления используют установки У ПУ-ЗМ, УМП-4-64, УМП-5-68, которые обеспечивают более высокие, чем при других способах напыления, механические свойства покрытия и более прочное его соединение с поверхностью детали. Покрытие обладает высокой износостойкостью и не снижает усталостной прочности детали. За счет высокой температуры плазменной струи можно наносить покрытия практически из любых материалов. Процесс полностью автоматизирован, что повышает производительность труда.

При плазменной наплавке проволокой можно использовать газопорошковую среду, которая служит как для защиты сварочной ванны, так и для использования порошка в качестве присадочного материала. В качестве плазмообразующего газа при распылении порошка кроме аргона применяют азот, водород, гелий.

Прочность сцепления повышается в 7...10 раз в случае оплавления покрытия при температуре, близкой к точке плавления нанесенного материала. Для плазменного напыления с последующим оплавлением наиболее пригодны порошковые сплавы на основе никеля, так называемые самофлюсующиеся порошковые материалы никельхромборкремниевой группы Ni — О — В — Si — С в виде гранулированных порошков.

Подготовка деталей к напылению включает в себя обезжиривание и очистку, механическую обработку, создание, шероховатости на поверхности детали (дробеструйной обработкой или накаткой зубчатым роликом) и защиту поверхностей, не подлежащих напылению.

После напыления обработка деталей состоит из медленного охлаждения их до температуры окружающей среды и механической обработки поверхности до требуемого размера. В зависимости от метода напыления, твердости покрытия, требуемой точности и шероховатости поверхностей применяют токарную обработку, растачивание или шлифование.

Восстановление деталей пайкой

Способ заключается в соединении двух металлических поверхностей, находящихся в твердом состоянии, с помощью припоя (расплавленного промежуточного металла или сплава), температура плавления которого меньше, чем у основного металла.

Пайку в ремонтном производстве применяют при восстановлении радиаторов, топливных баков, топливопроводов, электрооборудования.

Качество, прочность и эксплуатационная надежность паяного соединения зависят от выбора припоя. Припои с верхней температурной границей плавления до 500°С относятся к мягкоплавким, а выше 500°С — к тугоплавким.

В процессе пайки оксидов на соединяемых поверхностях могут образовываться тугоплавкие оксиды. Чтобы воспрепятствовать этому, применяют флюсы, которые растворяют пленки оксидов на поверхности металла и припоя, улучшают условия смачивания этой поверхности припоем, сохраняют свой состав и свойства в процессе пайки, не вызывают коррозии паяных соединений и не выделяют ядовитых газов при нагреве. В качестве флюса применяют состав из 10% фтористого натрия, 8% хлористого цинка, 32% хлористого лития и остальное — хлористый калий.

Для пайки мягкоплавкими припоями применяют жидкие флюсы, представляющие собой водные растворы хлористых солей — хлористого цинка и хлористого аммония (нашатыря). Концентрация раствора хлористого цинка 20...50%, Флюс поставляют в готовом виде.

При пайке тугоплавкими припоями на медной основе деталей, изготовленных из углеродистых сталей, меди и ее сплавов, в качестве флюсов чаще всего применяют плавленую и растолченную в порошок буру, иногда с добавкой борной кислоты или борного ангидрида.

Процесс пайки состоит из следующих операций:

разделка трещины под углом 90°;

зачистка кромки и прилегающих поверхностей до металлического блеска;

выжигание углерода;

собственно паяние;

промывка паяного соединения холодной водой для снятия остатков флюса.

Электроискровая обработка деталей.

Сущность процесса электроискровой обработки, заключается в использовании явления электролитической эрозии (разрушения) и переносе металла инструмента (анода) 2 на наращиваемую поверхность детали (катод) 1 при прохождении искровых разрядов между ними.

Процесс электроискровой обработки протекает следующим образом. При подключении установки к источнику тока конденсаторы С заряжаются, а при замыкании цепи в результате непосредственного контакта электродов или за счет пробоя межэлектродного пространства разряжаются с образованием мощного электроискрового разряда. Электрический разряд вызывает резкое повышение температуры (до 10000...15000° С), в результате чего металл анода плавится, закипает и взрывается. При взрыве частицы расплавленного металла анода выбрасываются и, достигая поверхности детали (катода), оседают на ней. Для периодического замыкания и размыкания цепи электрод (инструмент 2) совершает колебательные движения, которые создаются электроконтактным вибратором, питаемым от сети переменного тока промышленной частоты. Толщина наращиваемого этим способом слоя металла не превышает 0,2...0,3 мм.

Схема процесса электроискровой обработки;

В качестве источника тока используют селеновые выпрямители Рекомендуются следующие режимы электроискрового наращивании металла: ток в разрядном контуре от 1 до 10 А, напряжение на электродах от 50 до 100 В, емкость конденсаторов от 10 до 150 мкФ.

Для электроискрового наращивания металла на детали выпускают установки УПР-ЗМ, ЭФИ-25.