Методы и способы восстановления деталей: механической обработкой, сваркой и наплавкой, напылением, электролический и электромеханический способы, пластическим деформированием.

Восстановление методом дополнительных деталей применяется тогда, когда у деталей сложной формы отдельные элементы повреждены или изношены более допустимого размера. При этом изношенный или поврежденный элемент детали удаляют или изменяют его размер, а затем устанавливают дополнительную деталь, с помощью которой у ремонтируемой детали восстанавливают первоначальную форму и размеры.

Этот метод применяется в тех случаях, когда ремонтируемую деталь нельзя обработать под ремонтный размер, сохраняя ее прочность. Восстанавливают детали путем установок втулок, колец и т.п. Минимальная толщина стенок втулок составляет 2,5-3,0 мм. Дополнительная деталь изготавливается из того же материала, что и ремонтируемая. Посадочные поверхности чугунных деталей обычно восстанавливают дополнительными деталями из стали 20.

Механическая обработка металлов стала неминуемым делом во многих областях промышленности. В металл вгрызаются разнообразные «кусачки», с каждым годом совершенствуются обрабатывающие машины и инструменты. Ниже рассмотрены базовые виды металлообработки.

 

Рисунок 1.3.5. Базовые виды металлообработки.

 

Фреза - это зубчатое колесико, каждый зубок которого, собственно, является порядочным резцом. Колесико вращается и отрезает кусочки металла от материала, который под ним передвигается. Этот процесс называется фрезерованием.

Для сверления металла используются сверлильные станки - расточные или особо распространенные в слесарных и сборочных цехах вертикально-сверлильные. Они бывают настольными (весьма быстроходными), настенными и на колонне.

Последовательно перемещая деталь, на многошпиндельном сверлильном станке можно выполнить целый ряд различных операций механообработки (сверление, зенкерование, развертывание и т. д.) или одновременно обработать несколько отверстий в одной детали. Но и любой одношпиндельный станок теперь можно приспособить для одновременного сверления нескольких отверстий. Далее - шлифовальный станок, имеющий что-то общее с бруском, о который точат ножи. Только шлифовальный станок - это шлифовальный круг из карборунда или карбида кремния.

А чем обрабатываются ровные металлические поверхности? Эту функцию уже давно выполняет строгальный станок. Большой ровный брусок прикрепляется к движущемуся столу и вместе с ним движется туда-сюда, при этом в него вгрызается прочный резец.

Предметы все больше будут производиться штамповкой - горячей и холодной, ковкой, прессовкой, литьем в формы, вальцовкой, протяжкой, введением автоматических линий и целых заводов. Предметы будут производиться столь точно, что их не нужно будет даже дополнительно обрабатывать. Потому что штамповка материала быстрее, дешевле и продуктивнее, чем обработка.

То, что раньше делалось вручную, теперь делают машины и автоматы. Но даже автоматизация производственного процесса не является последним словом техники. Что-то где-то немного изменится, заменится, упростится - и возникает нечто грандиозное.

Есть случаи, когда в результате смены процесса технологии, например, при переходе с обработки металлов на штамповку, в результате смены материалов (использование, например, вместо металла пластмассы) и замены конструкции предмета так упрощалось производство, что устранялись целые автоматические линии со сложными обрабатывающими

машинами.

Обкатка шестерен, например, в технологическом отношении особо выгодна; шестерни, полученные обкаткой, менее пористы, чем при литье; они более точны, чем после штамповки, и не образуется шлак, как при металлообработке. Трудоемкие процессы литья, фрезерования или штамповки здесь заменены обкаткой.

 

Рисунок 1.3.6. Обкатка шестерен.

 

Сварка - технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами соединяемых тел. Сваркой заделывают трещины и пробоины, соединяют и закрепляют отломанные части и дополнительные детали. Подготовка детали к сварке заключается в разделе фасок стыкуемых деталей, трещин, тщательной очистке деталей до металлического блеска.

Существуют свыше 60 методов сварки, наиболее распространенными из которых являются:

1. Ручная дуговая - применяется для заварки трещин, обломов, приварки накла­док, вставок, заплат;

2. Автоматическая и механизированная дуговая - то же и сварка тонколистового материала;

3. Аргонно-дуговая - сварка алюминия и коррозионностойких сталей;

4. Газовая - заварка трещин, обломов, сварка тонколистового материала;

5. Контактная - сварка тонколистового материала;

6. Трением - стыковая сварка деталей и их элементов при повышенных требова­ниях к качеству сварного соединения;

7. Термитная - сварка крупногабаритных и массивных деталей;

8. Электрошлаковая - приварка обломов, сварка крупногабаритных деталей;

9. Электроннолучевая - сварка ответственных деталей с повышенной точностью;

10. Ультразвуковая - сварка цветных металлов, пластмасс, сталей;

11. Высокочастотная - сварка коррозионностойких сталей, пластмасс;

12. Магнитно-импульсная - сварка разнородных материалов;

13. Взрывом - то же;

14. Давлением - сварка деталей и элементов различных по конфигурации;

15. Диффузионная в вакууме - сварка ответственных и мелких деталей с повы­шенной точностью;

16. Кузнечная - сварка неответственных деталей с невысокой точностью при повышенных требованиях к прочности сварного соединения.

Наплавка - нанесение слоя металла заданного состава на деталь или режущую часть инструмента методами сварки для образования поверхностного слоя, обладающего за­данными свойствами (повышенной прочностью, износостойкостью, кислотостойкостью и т.д.), а также для восстановления изношенной поверхности.

Наплавкой восстанавливают размеры деталей и получают износостойкие покрытия на рабочих поверхностях. Перед наплавкой изношенные поверхности деталей подвергают очистке металлическим песком, можно металлической щеткой, остатки нефтепродуктов и т.п. удаляют, для чего деталь подогревают до 250-300º С; если детали уже подвергались наплавке, то перед новой наплавкой ранее наплавленный слой металла удаляют.

Основные способы на­плавки:

1. Дуговая под флюсом - наплавка деталей диаметром более 50 мм при повы­шенных требованиях к качеству наплавленного металла и толщине слоя наплав­ленного металла более 1 мм;

2. Дуговая в среде С0₂ - наплавка стальных деталей диаметром более 16 мм ши­рокой номенклатуры;

3. Дуговая с газопламенной защитой - наплавка стальных и чугунных деталей работающих в различных условиях;

4. Вибродуговая - наплавка стальных деталей работающей в различных условиях при невысоких требованиях к сопротивлению усталости;

5. Дуговая порошковой проволокой или лентой - наплавка износостойких слоев на детали, работающие в условиях интенсивного изнашивания, ударных нагрузок, в узлах трения;

6. Дуговая в среде аргона - наплавка алюминиевых деталей и деталей из коррозионностойких сталей;

7. Контактная - наплавка гладких цилиндрических деталей с износом не более 1мм;

8. Газовая - наплавка цилиндрических и профильных деталей с местным изно­сом при повышенных требованиях к износостойкости;

9. Плазменная - наплавка ответственных деталей при повышенных требованиях к износостойкости и сопротивлению усталости;

10. Многоэлектродная под флюсом - наплавка деталей со значительным износом по величине и площади;

11. Лежачим электродом - наплавка плоских поверхностей и поверхностей со сложной конфигурацией со значительным износом;

12. Электроимпульсная - наплавка наружных цилиндрических поверхностей с износом до 0,5 мм с ограничением температуры нагрева детали;

13. Электроискровая - наращивание и упрочнение поверхности с износом до 0,2 мм при невысоких требованиях к сплошности покрытия;

14. Электрошлаковая - наплавка деталей с износом более 6 мм;

15. Жидким металлом - наплавка деталей со значительным износом (более 3 мм) при повышенных требованиях к износостойкости и невысоких требованиях к стойкости против ударных нагрузок;

16. С одновременным деформированием - наплавка деталей с наружным шлицевым профилем;

17. С одновременным резанием - наплавка и обработка износостойких материа­лов в нагретом состоянии, обработка которых в холодном состоянии затруднена;

18. Лазерная - наплавка износостойких материалов на ответственные детали со сложным профилем;

19. Высокочастотная - наплавка износостойких материалов на рабочие органы и лезвия почвообрабатывающих и землеройных машин;

20. Высокочастотная в огнеупорной среде - наплавка проушин и цевок звеньев гусениц тракторов.

Метод пластической деформации - суть метода в перераспределении металла под действием сил деформации. При использовании этого метода изменяются не только форма и размеры детали, но и механические свойства металла в зависимости от степени деформации и температуры.

Восстановление методом деформации может выполняться в холодном и горячем состоянии деталей. Восстановление холодным способом требуются значительные усилия на пластическую деформацию, а во втором случае – при нагреве детали до определенной температуры эти усилия меньше в 12-15 раз. Однако нагрев детали снижает твердость и прочность ее поверхности, поэтому после проведения пластической деформации деталь подвергают термической и термохимической обработке.

Холодное пластическое деформирование:

1. Раздача - восстановление наружных поверхностей полых деталей с нежестки­ми требованиями к внутреннему размеру;

2. Раздача с одновременной вытяжкой - восстановление специальным деформи­рующим инструментом наружных поверхностей и длинных полых деталей с не­жесткими требованиями к внутреннему размеру;

3. Вытяжка - восстановление длины деталей с нежесткими требованиями к на­ружному размеру;

4 Раскатка - закрепление дополнительных ремонтных деталей в отверстиях;
5. Дорнование и калибровка - восстановление поверхностей отверстий после осадки или термического воздействия;

6. Протягивание - то же;

7. Осадка - восстановление наружных и внутренних поверхностей деталей при нежестких требованиях к длине, допускается в пределах 8-12% первоначальной высоты, если линейные размеры в период износа уменьшились на 1%;

8. Правка - восстановление формы. Наиболее распространенный вид пластической деформации.

Правкой восстанавливают первоначальные формы деталей (валы, оси, тяги, металлические конструкции и т.п.) нарушенные вследствие остаточной деформации (изгиба, скручивания).

В зависимости от степени деформации правят с нагревом или в холодном состоянии на прессах, молотах, с помощью винтовых, гидравлических и специальных приспособлений. Правят в токарных станках с помощью упора. Холодная правка термически обработанных деталей не всегда дает требуемые результаты, так как остаточные, возникающие при холодной правке, вызывают частично повторную деформацию. Для устранения этих напряжений деталь подвергают нагреву до температуры, несколько ниже температуры отпуска (600-800º С) и постепенно охлаждают. При значительной деформации детали правят в горячем состоянии при температуре 800-900º С. А после правки их снова подвергают термической обработке;

9. Накатка - восстановление поверхности неответственных деталей, восстано­вление рифленой поверхности;

10. Обжим - восстановление внутренней поверхности детали при нежестких требованиях к размеру наружной;

11. Чеканка - восстановление формы детали, упрочнение сварных швов.

Горячее пластическое деформирование:

1. Давление в закрытом штампе - восстановление формы и элементов детали за счет перераспределения металла из нерабочих поверхностей на рабочие для ком­пенсации износа;

2. Гидротермическая раздача - восстановление наружных поверхностей полых деталей с нежесткими требованиями к внутреннему размеру;

3. Термопластический обжим - восстановление внутренних поверхностей полых деталей;

4. Накатка - восстановление зубчатых профилей шестерен и звездочек;

5 Ротационное деформирование - восстановление зубчатых и шлицевых поверх­ностей;

6. Выдавливание - местное деформирование с целью восстановления профиля и размеров рабочих поверхностей;

12. Оттяжка - восстановление формы рабочих поверхностей и режущих кромок;

13. Термомеханическая обработка - восстановление физико - механических харак­теристик металла, упрочнение.

Электролитическая механическая обработка -управляемое удаление шероховатостей с поверхности деталей с использованием приложения потенциала и подходящего электролита, с целью получения желательных формы и размеров. 6.7. Нанесение гальванополимерных покрытий - восстановление внутренних и наружных поверхностей цилиндрических деталей.

Электролитическое натирание цинком и железоцинковыми сплавами - вос­становление внутренних и наружных поверхностей при невысоких требованиях к твердости поверхности.

Нанесение полимерных материалов:

1. Напыление - восстановление формы поверхности обли­цовок и оперений, восстановление антифрикционных и электроизоляционных покрытий, восстановление посадочных поверхностей, заделка трещин, пробоин.

Одним из современных способов ремонта и восстановления деталей машин является газотермическое, газопламенное или плазменное напыление. Восстановление изношенных деталей – сложный организационно-технологический процесс, при котором в отличие от производства новых деталей в качестве заготовки используют изношенную или уже сформированную деталь. В этом случае затраты на выполнение таких операций, как литье, ковка, штамповка и т.п. отсутствуют. В то же время при восстановлении деталей появляется ряд дополнительных операций: мойка, разборка, дефектация, комплектация, затраты, на которые следует учитывать при выборе способа.

Плазменное напыление имеет ряд преимуществ перед газопламенным: позволяет наносить покрытия из материалов широкого состава (металлы, сплавы, оксиды, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные композиции) на разнообразный материал основы (металл, керамика, графит, пластмассы и т.п.) Главное надо определить слабое место в работе технологического оборудования в цехах и возможности имеющегося оборудования у нас в РМЦ.

Подбор материалов, разработка технологии напыления, ведение процесса – это все реально на нашем предприятии. Таким образом, уже восстанавливается определенная номенклатура деталей. Покрытия, полученные плазменным напылением, по физико-механическим свойствам превосходят покрытия, полученные газопламенным и дуговым способами напыления.

Сущность процесса дугового напыления заключается в том, что подающим механизмом через наконечник непрерывно подаются под углом две изолированные, находящиеся под напряжением проволоки, при соприкосновении которых возникает электрическая дуга. Расплавленный в ней электродный металл распыляется струей сжатого воздуха, подводимого под давлением 0,4 – 0,5 МПа через сопло в зону дуги и направляется на поверхность детали, образуя напыленный слой. Данный метод называется металлизацией.

Газопламенный метод напыления также применяется у нас на заводе.

Нанесение плазменным, высокоскоростным газопламенным методом, методом электродуговой металлизации на поверхности с целью придания специальных свойств поверхностному слою – способы и методы напыления могут быть применены как к деталям, вновь изготавливаемым, так и подлежащим восстановлению после износа.

2. Литье под давлением, опрессовкой - восстановление антифрикционных, элек­троизоляционных и декоративных покрытий.

3. Намазывание жидких прокладок, герметиков - восстановление герметичности соединений.

Электромеханическая обработка - высокоэффективная технология поверхностного упрочнения концентрированными потоками энергии, основанная на комплексном термодеформационном воздействии при пропускании электрического тока большой плотности (108–109 А/м2) и низкого напряжения (2–6 В) через зону контакта детали и деформирующего электрода-инструмента.

Метод газотермического напыления характеризуется широтой технологических возможностей:

- покрытия можно наносить на объекты любых размеров: мосты, суда, трубопроводы, строительные конструкции, котлы, различные тела вращения (наружные и внутренние поверхности), коленчатые валы, лопатки турбин и др.;

- толщина покрытия может составлять от 0,01 до 10 и более мм;

- покрытия могут иметь заданную пористость от 0,1 до 30 и более процентов;

- покрытия могут быть изготовлены из любых материалов, имеющих точку плавления или интервал размягчения;

- в качестве подложки можно использовать дерево, стекло, пластмассы, керамику, композиционные материалы, металлы;

- нанесение покрытий не вызывает значительного нагрева напыляемой поверхности, следовательно, обеспечивается сохранение геометрических размеров деталей и заданной внутренней структуры.

Изделия, подвергаемые напылению, могут иметь практически любую форму и быть изготовлены из любого материала, имеющего температуру плавления выше 400С. Применение предлагаемых технологий, материалов и оборудования позволяет существенно сократить затраты при ремонте.

Применение современных высококачественных газотермических покрытий позволяет эффективно решать проблемы, связанные с уменьшением износа трущихся деталей, снижением коэффициента трения у подшипников скольжения, штоков, плунжеров, а также сокращения гидроабразивного износа и коррозии в элементах торцевых уплотнений, рабочих поверхностей колес и лопастей.

Ресурс работы изделий с газотермическими покрытиями увеличивается до 10-15 раз.