Ремонт и монтаж валов
Ремонт валов
Вали и оси, применяемые в оборудовании, характеризуются большим разнообразием форм, размеров и материалов, из которых они изготовлены.
В процессе эксплуатации валов изнашиваются посадочные места шеек валов, шпоночные канавки, шлицы, резьба, появляется изгиб вала.
Способ ремонта изношенного вала выбирают в зависимости от характера и размеров дефекта, а также технической оснащенности ремонтной базы.
Шейки валов, имеющие небольшие царапины, риски, овальность до 0,1 мм, ремонтируют шлифованием. Если износ значительный, шейки валов протачивают и шлифуют под очередной ремонтный размер, при этом диаметр шеек при ударной нагрузке не должен уменьшаться более 5 %, а при спокойной нагрузке более 10 %.
В тех случаях, когда необходимо восстановить первоначальные размеры шеек, на шейки после их обточки напрессовывают переходные втулки, которые затем обтачивают и шлифуют. Изношенные поверхности валов можно ремонтировать также наращиванием металла металлизацией, хромированием, наплавкой и другими методами.
Рисунок – Способы наплавки поверхностей валов
а – вдоль вала; б – по спирали.
Трещины на валах заделываются сваркой. Для этого участок, охваченный трещиной, на всю глубину обрабатывают под сварку (снимают фаски, зачищают свариваемые поверхности). Сварку трещин следует проводить как можно быстрее, чтобы предотвратить закалку металла шва и околошовной зоны, иначе шов может оказаться хрупким.
Поломанные валы восстанавливают сваркой. Прочность восстановленного вала на участке сварки обычно не превышает 60 % прочности целого вала. Поэтому ответственные, сильно нагруженные валы при поломке не ремонтируются, а заменяют новыми.
Рисунок – Способы сварки поломанных валов
а – только с подготовкой шва; б – с центрирующим шплинтом; в – с центрирующей шпилькой; г – со вставкой.
Рисунок – Кондуктор для сварки поломанных валов
1 – поломанный вал; 2, 3 – крепежные планки; 4 – жесткая рама; 5 – центровочная линза
Погнутые валы выправляют механическим способом в холодном состоянии или при нагреве. Правку проводят в центрах с помощью пресса или домкрата.
Рисунок – Пресс для правки валов
1, 6 – подвижные винты; 2, 4 – призмы; 3 – выпрямляемый вал; 5 — рама
Незначительную погнутость небольших валов (до 0,05% длины) можно выправить молотком с шаровой головкой.
Валы больших диаметров можно выправить путем местного нагрева пламенем горелки до 200 – 600 °С. Температура нагрева и время выдержки при этой температуре должны быть тем выше, чем больше диаметр и прогиб вала. Нагревают только участок прогиба, остальные поверхности защищают от действия пламени горелок. Вал должен остывать медленно, поэтому его оборачивают асбестом. При исправлении больших прогибов методом нагрева восстановленный вал следует отжечь, чтобы снять остаточные напряжения.
Изношенные шпоночные пазы ремонтируют:
— обработкой пазов обеих деталей до следующего по стандарту большего размера шпоночного соединения (кроме пазов в ответственных деталях);
— заваркой шпоночных пазов электронаплавкой с обработкой новых в другом месте;
— заваркой стенок изношенных пазов больших размеров с последующим фрезерованием до стандартного размера.
При износе шлицев их можно ремонтировать путем раздачи зубьев вручную, на токарном или строгальном станках.
Сорванную и забитую резьбу на валу прорезают на другой диаметр, а если это сделать нельзя, то ее заваривают и нарезают новую. Возможна также посадка втулки на проточенное место и нарезание не ней резьбы прежнего размера.
Рисунок – Установка резьбовой втулки на вал
1 – вал; 2 – втулка; 3 – стопорный штифт
Монтаж валов
Валы и оси устанавливают при сборке таким образом, чтобы они занимали правильное положение в пространстве по отношению к базовой детали и другим валам и осям. Это обычно достигается правильной сборкой опор, в которых они покоятся.
Тяжелые валы устанавливают в опоры с помощью подъемных механизмов. При этом валы стропятся пеньковым канатом или стальным тросом, но обязательно с деревянными подкладками, что позволяет предохранить обработанную поверхность валов и деталей, закрепленных на них, от повреждений.
Установка и выверка валов почти всегда связаны с регулированием положения, а иногда и соответствующей обработкой (подшабриванием) подшипников. Одновременно с точным соблюдением положения оси вала добиваются такого сопряжения подшипников с валом, чтобы в пределах допустимых зазоров между ними он проворачивался вокруг своей оси легко и плавно. Шейки валов должны прилегать к соответствующим вкладышам равномерно по всей опорной поверхности. Равномерность контакта проверяют по отпечаткам как на вкладыше, так и на поверхности вала (проверка на краску).
При сборке машин очень важно точно выдержать взаимное расположение валов.
Параллельность валов проверяют штангенциркулем. С его помощью измеряют расстояние между образующими проверяемых валов в нескольких точках, добиваясь равенства результатов замеров путем регулировки положения осей, т. е. подшипников.
Перпендикулярность валов проверяют с помощью специальных угольников.
Горизонтальность валов проверяют уровнемером с призматической опорной поверхностью.
Вертикальность валов проверяют с помощью отвеса.
В монтажной и ремонтной практике часто приходится проверять соосность совместно работающих валов. Соосность валов может быть нарушена в результате радиального смещения осей валов, остающихся параллельными друг другу, или наклона осей, вследствие чего валы оказываются расположенными в разных плоскостях, пересекающихся друг с другом.
Выверка соосности валов называется центровкой. Плохая центровка является причиной быстрого выхода из строя подшипников, узлов уплотнения (сальников), деталей соединительных муфт и самих валов.
Центрируемые валы проверяют одновременно на радиальное смещение и перелом осей в месте соединения. Способ центрирования зависит от конструкции и размеров валов, а также от деталей, насаженных на их концы.
Если на стыкуемые концы валов насажены детали, наружные цилиндрические поверхности которых обработаны концентрично посадочным отверстиям (полумуфты, шкивы), достаточная точность центровки достигается с помощью линейки. К поверхности детали на конце одного из валов прикладывают жесткую линейку и измеряют расстояние между ней и поверхностью детали на другом валу и расстояние между торцами этих деталей в плоскости линейки по периферии. Если валы не смещены и являются соосными, то при совместном их проворачивании эти расстояния должны быть постоянными в любом положении.
Если на концах валов нет точно обработанных деталей, то для их центровки используют специальные приспособления.
Рисунок – Проверка соосности вала.
а – центровка вала по муфтам; б – центровка с использованием индикаторов;
Источник
Ремонт валов и осей
Валы служат для передачи крутящего момента от одной вращающейся детали машины к другой. Обычно на них насаживают ряд деталей механизма и они работают не только на кручение, но и на изгиб.
Оси не передают вращательного движения и крутящего момента, а воспринимают только изгибающий момент. Они поддерживают детали, закрепленные на них или вращающиеся относительно их. Оси бывают неподвижными и вращающимися. Различают также оси изогнутые и прямые.
При ремонте валов и осей чаще всего приходится устранять:
- износ шеек (нарушение цилиндрической формы) и потерю необходимой чистоты поверхности (задиры, царапины);
- изгиб или скручивание;
- нарушение крепления (поломки фиксирующих штифтов, винтов) и плотности посадки и пр.
1. Восстановительные работы
Перед началом восстановительных работ целесообразно произвести экспертную оценку причин, которые привели к необходимости ремонта вала или оси, и рассмотреть возможные пути восстановления вала или оси и возможные пути устранения причин, которые привели к необходимости ремонта вала. Если нет возможности заменить вал или ось новым, то рассматриваются возможные методы его восстановления.
Например, для быстроходных машин максимально допустимую овальность шеек валов определяют, исходя из условий вибрации машины. Обычно конусность шеек валов не должна превышать допусков на овальность, а конусность посадочных мест должна находиться в пределах допусков на посадку. Перед установкой деталей на станок для восстановительных работ необходимо проверить их центровые отверстия. Поврежденные центровые отверстия исправляют резцом, центровыми сверлами или карандашами для правки шлифовальных кругов. Для этого вал устанавливают на станке одним концом в универсальном четырехкулачковом патроне, другим — в люнете. Проверяют правильность установки рейсмусом или индикатором (в зависимости от требуемой точности) по поверхности неизношенных шеек вала.
Небольшие овальность (до 0,2 мм) и конусность, а также неглубокие задиры, риски и царапины на шейках вала устраняют наждачной шкуркой или пастой ГОИ при помощи деревянного хомута или притиров. При значительных отклонениях размеров (не менее 0,4 мм) шейки вала исправляют шлифованием или проточкой на токарном станке с последующей доводкой для восстановления шероховатости поверхности.
Для получения чистой и гладкой поверхности цапфы протачивают за два приема (черновое и чистовое протачивание), используя хорошо заточенный резец с максимальными передним углом и углом в плане и минимальным радиусом закругления. Такой резец создает наименьшее радиальное усилие и минимальный прогиб вала. После протачивания поверхность цапфы вала полируют на токарном станке, используя пасту ГОИ или тонкий наждачный порошок.
Для исправления закаленных поверхностей цапф валов их шлифуют или обтачивают резцами из твердых сплавов.
Посадочные поверхности и шейки под подшипники до номинального размера или размера, превышающего номинальный, восстанавливают электроискровой обработкой, гальваническими способами, металлизацией или электровибрационной (виброконтактной) наплавкой. После наращивания шейки валов их протачивают или шлифуют для получения номинального размера.
Обычно принято считать допустимым при ремонте уменьшение диаметра шеек вала не более, чем на 5% при ударной нагрузке, и не более, чем на 8–10% при спокойной нагрузке. Нельзя оставлять на галтелях задиры, риски, царапины или следы резца, а также уменьшать радиус галтелей, так как это ослабляет вал и может вызвать его поломку.
Повреждения на галтелях устраняют опиливанием или протачиванием с последующим шлифованием. При значительном износе галтели крупных тихоходных валов заваривают, после чего вал отжигают и протачивают.
Шейки работающих при спокойной нагрузке валов, имеющие значительный износ, иногда восстанавливают электровибрационной (виброконтактной) наплавкой или электронаплавкой. В последнем случае наваривают шейки вдоль оси вала, причем каждый навариваемый шов располагают на диаметрально противоположной стороне, так как непрерывная наплавка влечет за собой изгиб вала.
Наплавленный металл неоднороден по микроструктуре, химическим и физико-механическим свойствам. Наплавленные поверхности имеют неравномерный припуск при обработке (2–4 мм); неравномерную и повышенную твердость; пленку окислов и шлаковые включения. Твердость металла после наплавки под слоем легирующего флюса может достигать НВ=48 ÷ 51 HRC. Этим в процессе обработки создаются неблагоприятные условия резания. Резко изменяющиеся силы резания повышают вибрации резца и детали, что приводит к микровыкрашиваниям и микросколам рабочих поверхностей резца и повышенному его износу и снижает качество обработанной поверхности.
Для предварительной черновой обработки наплавленных поверхностей стальных деталей применяют резцы, оснащенные пластинками сплава Т5К10, обладающие высоким сопротивлением к ударам и вибрациям. Эти резцы (рис. 1, а) имеют отрицательный передний угол γ=8 ÷ 10°. При отрицательных передних углах часть пластинки резца у главной режущей кромки получается более прочной, чем при положительных углах.
Большие углы в плане (α=60 ÷ 75°) уменьшают радиальную составляющую силу резания, что облегчает условия работы вершины резца при неравномерном припуске на обработку детали. При положительном угле γ упрочняется вершина резца и улучшается отвод тепла (рис. 1, г). Для черновой обточки наплавленных поверхностей выбирают: скорость резания 60– 100 м/мин, глубину резания 2–4 мм, подачу 0,3–0,8 мин–1.
Рис. 1. Геометрия и форма заточки резцов с пластинками твердых сплавов: а — плоская отрицательная двойная; б — плоская с широкой отрицательной фаской; в — плоская с узкой отрицательной фаской; г — углы заточки резца
Для окончательной чистовой обточки стальных наплавленных поверхностей применяют резцы с пластинками из твердого сплава Т15К6. Этот сплав более износоустойчив, чем Т5К10, но и более хрупок. Резцы (рис. 1, б) выполняют с положительным передним углом, шириной фаски 1,5 мм; передним углом γ=–2° для мягких сталей и γ=–5° для твердых сталей. При чистовой обработке выбирают скорость резания 80–120 м/мин, глубину резания 0,3–0,8 мм, подачу 0,2–0,3 мин–1. При обработке основного металла скорость резания увеличивают до 200 м/мин.
При обработке деталей (например, при ремонте цилиндров) применяют тонкое точение, характеризующееся малой (0,1–0,2 мм) глубиной резания и подачей (0,03–0,2 мм/об) при больших скоростях резания (150–300 м/мин).
Большую роль при чистовой токарной обработке играют своевременная заточка на универсально-заточных станках и тщательная доводка на доводочных станках резцов мелкозернистыми кругами карбида бора.
При обработке чугунов широко применяют резцы с пластинками из твердых сплавов ВК8, ВК6 и ВКЗ. Резцы с пластинками сплава ВК8 применяют при прерывистом точении и переменном сечении стружки (ими же производят обдирочную обработку литых заготовок). Для чистовой обработки применяют резцы с пластинками твердого сплава ВК6, для отделочной – ВКЗ.
Заточка резцов отличается большим радиусным переходом r=3 ÷ 5 мм между главной и вспомогательной режущими кромками и малым (γ=±5°) передним углом. Отрицательный передний угол рекомендуется при обработке с ударами, неравномерными припусками и по корке; положительный передний угол применяют при чистовой обработке. В последнем случае делают маленькую отрицательную фаску f=0,3 ÷ 0,5 мм под отрицательным углом γ от –3 до –5° (рис. 1, в).
Чугун обрабатывают при скоростях резания 80–180 м/мин. Для получистовой обработки чугуна и углеродистой стали применяют также резцы с минералокерамическими пластинками ЦМ–332. При получистовой обработке чугуна и углеродистой стали этими резцами рекомендуют повышать скорость резания до 300 м/мин, глубину резания 0,5–2,0 мм, подачу 0,15– 0,4 мм/об.
Хрупкие минералокерамические пластинки не применяют для обработки поверхностей с прерывистым точением и с неравномерным припуском, а также редко применяют для черновой обработки.
У резцов с минералокерамическими пластинками делают отрицательный передний угол γ до 10° и главный угол в плане φ=30 ÷ 45°. Малые углы φ увеличивают ширину срезаемого слоя; усилия резания распределяются на более длинном участке режущей кромки. Такой резец отличается большей прочностью. Для предварительной заточки минералокерамических резцов применяют круги зеленого карбида кремния зернистостью 46, а для окончательной — зернистостью 80. Грани резцов доводят пастой карбида кремния зернистостью 220–280 или пастой карбида бора.
Величина подачи при черновой обработке ограничивается мощностью станка, прочностью пластинки твердого сплава, жесткостью детали, инструмента и станка, а при чистовой обработке — требованиями к шероховатости поверхности и точности обрабатываемой детали. Рекомендуемые величины подач даны в табл. 1.
Таблица 1. Рекомендации по выбору подач при черновом продольном и поперечном точении при глубине резания до 5 мм
| Материал резца | Диаметр заготовки, мм | |||||
| до 30 | 31 – 50 | 51 – 80 | 81 – 120 | 121 – 180 | свыше 180 | |
| Подача, мм/об | ||||||
| Обрабатываемый материал: сталь, чугун, бронза | ||||||
| Быстрорежущая сталь и твердый сплав | 0,2 – 0,5 | 0,4 – 0,8 | 0,6 – 1,2 | 1,0 – 1,6 | 1,4 – 2,0 | 1,8 – 2,6 |
| Обрабатываемая поверхность наплавлена обычными электродами с меловой обмазкой | ||||||
| Быстрорежущая сталь | 0,2 – 0,4 | 0,3 – 0,7 | 0,5 – 0,8 | 0,6 – 1,2 | 0,7 – 1,2 | 0,8 – 1,5 |
| Твердый сплав | 0,2 – 0,4 | 0,2 – 0,4 | 0,3 – 0,5 | 0,4 – 0,7 | 0,4 – 0,7 | 0,4 – 0,8 |
| Обрабатываемая поверхность наплавлена качественными электродами со специальной обмазкой | ||||||
| Быстрорежущая сталь | 0,2 – 0,4 | 0,2 – 0,4 | 0,3 – 0,5 | 0,4 – 0,7 | 0,4 – 0,7 | 0,4 – 0,8 |
| Твердый сплав | 0,15 – 0,3 | 0,15 – 0,3 | 0,2 – 0,4 | 0,3 – 0,5 | 0,3 – 0,6 | 0,4 – 0,7 |
Практика показала, что скорость резания при чистовом точении наплавленного металла составляет примерно 20–30% от скорости резания при точении стали 45.
Выбор марки твердого сплава для чистового и для чернового точения производят «по корке». При чистовом точении испытанию подвергались резцы, оснащенные пластинками твердого сплава следующих марок: ВКЗ, ВК8, Т14К8, Т15К6Т, Т30К4; при черновом точении: ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6Т. Рекомендации по режимам резания приведены в табл. 2.
Таблица 2. Рекомендации по выбору режимов резания для деталей, восстановленных электродуговой наплавкой
Источник