Этапы проектирования технологического процесса восстановления детали
Исходными данными для разработки технологического процесса восстановления детали являются:
— чертеж детали и чертеж сборочной единицы, в которую она входит (для анализа условий работы);
— сведения о дефектах, выявленных при дефектации детали (дефектовочная ведомость);
— справочные материалы о технологических методах устранения отдельных дефектов и уровне восстановления служебных свойств детали различными методами;
— справочные и нормативные данные по материалам, режимам восстановления и обработки, техническим нормам и т.д.;
— перечень имеющегося оборудования, режущего, измерительного и вспомогательного инструмента;
— научно-техническая информация по современным методам восстановления деталей машин;
— программа выпуска восстановленных деталей, от которой зависят тип производства и степень детализации технологического процесса ремонта.
Для обеспечения преемственности между изготовлением и восстановлением детали желательно также иметь технологический процесс ее изготовления.
Проектирование технологических процессов восстановления в общем случае включает следующие основные этапы:
— анализ по конструкторской документации требований к точности размеров, геометрической формы, качеству обработки и эксплуатационным свойствам восстанавливаемых поверхностей, определение допустимых, ремонтных и предельных значений их размеров;
— анализ дефектов и разработка ремонтного чертежа детали;
— выбор методов восстановления изношенных поверхностей и устранения отдельных дефектов детали на основе ее конструктивно-технологических характеристик и требуемых физико-механических свойств, оценка технико-экономических показателей методов восстановления деталей;
— составление технологического маршрута ремонта детали (определение последовательности операций, выбор необходимого оборудования, приспособлений, инструментов и средств контроля по всем операциям, обеспечивающим высокую производительность и требуемое качество);
— разработка технологических операций (рациональное построение и выбор структуры технологических операций, задание рациональной последовательности переходов в операциях);
— выбор необходимых материалов, рациональных режимов восстановления поверхностей и их обработки;
— определение квалификации рабочих и техническое нормирование ремонтных работ.
При подробной разработке технологического процесса восстановления детали указываются операции, переходы, оборудование, приспособления, инструмент, режимы обработки и норма времени.
Для повышения качества и эффективности ремонта машин наряду с широкоуниверсальными средствами технологического оснащения могут создаваться или приобретаться специальное оборудование, приспособления и инструменты, наибольший эффект от применения которых достигается при организации ремонта в специализированных цехах или участках.
При выборе варианта восстановления детали учитываются:
— производственные возможности ремонтного предприятия (наличие специалистов, станочного и специального технологического оборудования, оснастки, инструмента);
— возможность организации восстановления деталей в заданном объеме и в установленные сроки с учетом производственных возможностей предприятия;
— социальные факторы (уровень механизации и автоматизации производства, энерговооруженность труда, соблюдение норм охраны труда при использовании данного метода восстановления и т.д.);
— экологические и другие факторы.
Последовательность выполнения операций восстановления зависит от их назначения и особенностей. Например, восстановление взаимного расположения рабочих поверхностей некоторых деталей, в частности, типа валов часто обеспечивается правкой, после которой восстанавливаемые поверхности подвергаются механической обработке (протачивание или растачивание). При этом детали устанавливаются и закрепляются по наиболее точным, неизношенным или предварительно восстановленным базовым поверхностям.
Выбору или подготовке технологических баз при механической обработке восстанавливаемых деталей должно уделяться особое внимание, так как от способа закрепления детали на станке зависят точность обработки и продолжительность выполнения операции.
Выбор технологических баз. Выбор и создание установочных баз при восстановлении деталей имеют особенности и являются более сложной задачей, чем при их изготовлении. Это обусловлено тем, что в большинстве случаев ремонтируемые детали могут иметь значительные деформации, а у многих из них установочные базы отсутствуют, повреждены или изношены. В качестве постоянных технологических баз нельзя использовать изношенные поверхности, так как невозможно гарантированно обеспечить точное взаимное расположение поверхностей детали. В этой связи при восстановлении детали часто требуется создавать новые технологические базы, для чего соответствующая операция должна быть включена в технологический процесс восстановления. Задача выбора новых баз должна решаться с учетом функционального назначения и взаимосвязи поверхностей деталей, величины их износа и повреждений.
Обычно поверхности, используемые при изготовлении как технологические базы (например, конические поверхности центровых отверстий деталей типа валов), не изнашиваются, и их можно использовать многократно. Имеющиеся на них дефекты в виде следов коррозии, окалины, забоин и т.п. должны быть устранены, например, путем калибрования центровых отверстий, при подготовке детали к механической обработке. Точная установка корпусных деталей при механической обработке обычно обеспечивается с помощью двух технологических отверстий, которые при эксплуатации детали, как правило, не используются и редко повреждаются. Эти отверстия следует использовать для базирования детали и при восстановлении.
При выборе технологических баз следует руководствоваться следующими положениями:
— рекомендуется использовать те же технологические базы, что и при изготовлении детали (центровые отверстия в деталях типа валов, специальные технологические отверстия в корпусных деталях и т.д.);
— при отсутствии таковых или невозможности их использования из-за повреждений за технологическую или измерительную базу принимают основные или вспомогательные поверхности, которые не подлежат восстановлению;
— если в процессе восстановления деталь должна быть обработана по всем поверхностям, то поверхности, являющиеся базовыми, обрабатываются в первую очередь, при этом создаваемые базовые поверхности должны обеспечивать возможность обработки за одну установку максимального количества поверхностей;
— принятая технологическая база должна сохраняться на большинстве операций технологического процесса (принцип постоянства баз), а при невозможности его соблюдения за следующую базу необходимо принимать обработанную поверхность детали, положение которой задано на чертеже с определенной точностью относительно подлежащей обработке поверхности.
После восстановления или исправления базовых поверхностей ремонту подвергаются все остальные изношенные поверхности деталей.
Последовательность выполнения технологических операций. Общие принципы проектирования технологических процессов восстановления деталей предполагают выбор рациональных технологических способов устранения дефектов и построение общей оптимальной последовательности технологических операций. Практикой ремонтного производства выработана рациональная последовательность выполнения технологических операций, обеспечивающая высокое качество и экономичность восстановления деталей. Она включает: устранение общей деформации детали, восстановление или создание новых технологических баз, подготовительные операции перед нанесением металлических или неметаллических покрытий, нанесение покрытий, черновая обработка восстанавливаемых поверхностей, чистовая их обработка, финишные операции и контроль качества.
При восстановлении детали с применением методов наращивания материала можно выделить следующие основные этапы технологии.
Подготовительный этап. Независимо от способа восстановления он включает подготовительные операции (очистка, обезжиривание, правка деталей). Часто на этом этапе выполняется также механическая обработка для восстановления базовых поверхностей детали, придания правильной геометрической формы изношенным поверхностям, подготовки их к нанесению покрытий (нарезание «рваной» резьбы), устранения отдельных дефектов (задиров) или подготовки их к устранению (разделка трещин под сварку) и т.д.
Наращивание изношенных поверхностей для создания припуска на обработку (наплавка, напыление и пр.). Здесь в первую очередь выполняют операции, связанные с высокотемпературным воздействием на деталь, при котором возможны структурные изменения металла и деформации деталей (наплавка, сварка, термообработка). Затем выполняются операции, не требующие нагрева детали, например, электролитические процессы осталивания или хромирования. При необходимости детали повторно подвергают правке и термообработке.
Предварительная и окончательная обработка (токарная, фрезерная, слесарная и др.) восстанавливаемых поверхностей для обеспечения предъявляемых к ним требований.
Контроль качества восстановленных деталей. Контролируется качество выполнения отдельных операций и в конце технологического процесса восстановления детали проводится окончательный ее контроль.
В других случаях возможны иные этапы восстановления детали.
Выбор способа восстановления деталей. Основными направлениями восстановления деталей машин и оборудования являются: восстановление геометрической формы деталей механической обработкой; восстановление их номинальных размеров за счет наращивания на изношенные поверхности слоя материала с последующей их механической обработкой; применение дополнительных ремонтных деталей; замена изношенных деталей новыми. Выбору способа восстановления детали должен предшествовать анализ его целесообразности с учетом конкретных условий производства и предъявляемых к ней технических требований.
Во всех случаях необходимо выбрать рациональный способ восстановления, обеспечивающий в конкретных производственных условиях требуемое качество с минимальными затратами.
Применение конкретного метода восстановления определяется условиями работы детали, ее геометрическими параметрами и конструктивными особенностями, материалом, необходимостью последующей термической обработки, характером и размерами устраняемых дефектов, экономичностью процесса, технической оснащенностью ремонтного предприятия и другими факторами.
Производственный опыт и результаты исследований позволяют дать общие рекомендации по выбору рациональных способов восстановления деталей различных сопряжений. Так, например, стальные детали, имеющие износ более 0,8 мм, восстанавливают наплавкой слоя металла. При толщине наносимого слоя до 2—3 мм предпочтительны вибродуговая наплавка и металлизация, свыше 3 мм — автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса.
При восстановлении деталей подвижных соединений узлов трения при толщине наращиваемого слоя до 1 мм рационально твердое осталивание. При износе меньше 0,3 мм поверхности восстанавливают газотермическим напылением, пластическим деформированием, нанесением электролитических покрытий. Если же толщина наращиваемого слоя на детали неподвижных соединений составляет 0,02—0,08 мм, то целесообразно электроискровое наращивание, обеспечивающее одновременно с восстановлением посадки упрочнение поверхностей. Для восстановления тонкостенных деталей сложной конфигурации применяются способы, которые не вызывают в металле характерных для сварки структурных изменений и значительных внутренних напряжений, например, электролитическое хромирование, осталивание и др.
Принятый способ восстановления детали должен обеспечить выполнение установленных конструкторской документацией технических требований к физико-механическим свойствам материала, точности и качеству обработки ее поверхностей.
Источник
Основы проектирования технологических процессов ремонта деталей оборудования
Задачей проектирования технологических процессов ремонта деталей является разработка рациональной последовательности и содержания технологических операций по восстановлению работоспособности неисправной детали до уровня, близкого к уровню работоспособности новой детали путем использования для этого рациональных способов восстановления, состава оборудования, технологической оснастки и режимов их использования.
Основу проектирования этих процессов составляет последовательное решение таких вопросов: анализ назначения, конструкции и условий эксплуатации детали; анализ возможных ее неисправностей, дефектов; выбор рациональных способов устранения дефектов; формирование рационального маршрута ремонта детали; формирование порядка выполнения каждой операции (переходов, проходов, приемов); определение оборудования, инструмента, материалов, приспособлений по каждой операции; выбор (расчет) технологических параметров и их значений по ее элементам; оформление технологической документации (ремонтных чертежей, операционных, маршрутных карт, карты эскизов). Порядок выполнения ремонтно-восстановительных операций устанавливается таким образом, чтобы последующие операции не нарушали бы качественных показателей детали, достигнутых на предыдущих операциях. Кроме восстановительных операций технологический процесс обязательно должен содержать, кроме начальных и окончательных, промежуточные операции мойки, чистки деталей и контроля их качества.
При проектировании необходимо руководствоваться типовыми технологическими процессами ремонта деталей, концентрирующими научный и практический опыт ремонтного производства.
В качестве примера рассмотрим особенности проектирования таких типовых деталей машин, как базовые, валы.
К базовым деталям оборудования, механизмов, агрегатов относятся корпуса, станины, рамы.
Корпусные детали. Корпусные детали, поступающие в ремонт, имеют такие дефекты: трещины, изломы, пробоины, обломы болтов и шпилек, срыв резьбы, износ посадочных поверхностей под подшипники, стаканы и втулки, коробления привалочных поверхностей, износ резьбы, нарушение соосности отверстий под подшипники валов, параллельность осей этих отверстий между собой и межосевые расстояния. Наибольшая повторяемость дефектов характерна для посадочных отверстий под подшипники и стаканы. Типовой технологический процесс ремонта корпусов определяет такую последовательность устранения дефектов [28]: очистка и мойка; дефектация (и комплектование маршрутов при ремонте крупной партии однотипных корпусов); удаление сломанных болтов, шпилек, винтов; выполнение сварочных и наплавочных работ; подготовка технологических баз (механическая или слесарно-механическая обработка установочных плоскостей и отверстий); восстановление резьбовых отверстий; предварительная механическая обработка поверхностей, подлежащих восстановлению электролитическими и иными покрытиями или методом установки дополнительных деталей (втулок, колец, вкладышей); электролитическое и иное наращивание поверхностей; установка и закрепление дополнительных деталей; окончательная механическая обработка поверхностей; мойка корпусов окончательная; общий контроль качества.
Одной из важнейших задач при ремонте корпусных деталей является обеспечение базирования корпусов. От этого в первую очередь зависит качество ремонта.
Наиболее приемлемой схемой базирования большинства корпусных деталей является схема базирования, используемая на предприятии-изготовителе (заводская). Но использование баз основного производства без введения коррективов не всегда достаточно эффективно. Уменьшение погрешности до необходимого значения получают введением в технологический процесс слесарной операции по развертыванию технологических базовых установочных отверстий не более чем на 0,1 мм с соответствующим увеличением диаметра пальцев установочного приспособления. Комплект баз основного производства у большинства корпусных деталей составляет плоскость и расположенные в ней два базовых отверстия.
Использование комплекта заводских технологических баз при восстановлении корпусов имеет свои особенности. Размеры базовых отверстий корпусов, поступивших в ремонт, отличаются от размеров, указанных на рабочих чертежах. Неиспользуемые при эксплуатации базовые отверстия изнашиваются на 0,2-0,4 мм в процессе многократных установок и снятия корпусов на установочных приспособлениях при их изготовлении. Кроме того, при диагональном расположении базовых отверстий у большинства корпусов в процессе эксплуатации нарушается их взаимное расположение. Поэтому при проектировании установочных приспособлений необходимо учитывать изменение межосевого расстояния и износ базовых отверстий.
Необходимо также учитывать то, что у корпусов, поступающих на восстановление, на базовой плоскости имеются забоины, возникающие в процессе разборки агрегатов и транспортирования корпусов. Наличие забоин в местах контакта корпуса с установочными пластинами приводит к увеличению припуска на обработку отверстий, нарушению взаимного расположения осей отверстий и плоских поверхностей, а также осей резьбовых отверстий относительно восстановленных отверстий, в результате чего может быть не обеспечена собираемость сопряжений. Поэтому в технологии необходимо предусматривать зачистку базовой поверхности в местах контакта с установочными пластинами.
Трещины, пробоины, обломы в корпусах заваривают дуговой (методом отжигающих валиков) или газовой сваркой, запаивают латунью, ставят фигурные вставки или заплаты из листовой стали, полимерными композициями (в ненагруженных местах) на основе эпоксидных смол или клеев, замазки. Перед заделкой трещины ее концы засверливают, очищают ее от ржавчины и масла, предварительно разделывают кромки (при большой толщине корпуса). Корпуса с изломами выбраковывают.
Забоины, царапины и коробление привалочных поверхностей устраняют шлифованием, фрезерованием или шабрением. Шлифование ведут на радиально-сверлильных или плоскошлифовальных станках абразивными кругами большого диаметра.
Посадочные отверстия ремонтируют растачиванием под ремонтные размеры, растачиванием и запрессовкой втулок с последующей обработкой отверстий под номинальный размер, наращиванием отверстий электроискровым или электролитическим способами. Растачивание выполняют на вертикально-расточном станке с применением специального приспособления. Растачивание отверстий в противоположных стенках корпуса производят с одной установки, что обеспечивает необходимую соосность отверстий.
В отдельных случаях возможно восстановление базовых отверстий электроискровым наращиванием слоя толщиной до 0,5 мм.
Эффективным является восстановление посадочных отверстий корпусных деталей способом местного или вневанного осталивания. Стоимость осталивания в 2-3 раза ниже хромирования.
Резьбовые отверстия под болты и шпильки восстанавливают путем нарезания резьбы увеличенного (ремонтного) размера. Если же необходимо обеспечить резьбу номинального размера, то изношенное отверстие рассверливают, нарезают в отверстии резьбу, ввертывают пробку, стопорят ее, сверлят отверстие и нарезают резьбу номинального размера.
Рамы и станины. Основными дефектами рам и станин являются: сварных — трещины, коробление, нарушение сварных соединений; литых — трещины, сколы, износ направляющих; клепаных — усталостные трещины в зоне крепления кронштейнов, обрыв заклепок, ослабление заклепочных соединений. Способы ремонта определяются характером повреждений [6, 28, 32]. Так, трещины могут быть заделаны с помощью стяжек, штифтов, накладок, заваркой. Пробоины и сколы — установкой ввертыша, пробки, вставки, заваркой и наплавкой сколов. Восстановление кронштейнов, ушек, выступающих стержней — установкой вставок, приваркой отломанной части. Восстановление изношенных отверстий — установкой ремонтой втулки, наплавлением слоя на поверхность отверстия, установкой ремонтной пробки, установкой накладок. Восстановление направляющих — при незначительном износе (до 0,3 мм) шлифованием, шабрением с притиркой пастой ГОИ; задиры и глубокие риски — запайкой баббитом; при износе порядка 0,5 мм — фрезерованием, тонким строганием с последующей закалкой ТВЧ, виброобкатыванием; при значительных износах — строганием, фрезерованием с последующей установкой накладок из тестолита ПТ или ПТ-1, гетинакса Б и др.
После установки наиболее вероятных дефектов этого класса деталей и рациональных для условий конкретного ремонтного производства способов устранения этих дефектов составляют технологический маршрут ремонта детали. Затем по каждой операции выбирают оборудование, инструмент, приспособления, рассчитывают или принимают по нормативно-справочной документации технологические параметры и норму времени на выполнение отдельных переходов и операции в целом.
Шлицевые и гладкие валы, оси. Валы и оси могут иметь следующие дефекты: износ и задиры посадочных шеек; износ и смятие рабочих поверхностей шпоночных канавок, шлицев, резьбы; погнутость и скрученность вала; трещины и изломы. Перед началом ремонта вала следует проверить состояние центровых гнезд и при необходимости восстановить их шабером или обработкой на токарном станке.
Скрученность вала более 0,25 0 на 1 м длины считается недопустимой и вал выбраковывают. Валы и оси с дефектами в виде трещин, отколов, выкрашиваний, больших задиров также следует выбраковывать.
У валов наиболее часто дефекты появляются на посадочных поверхностях под подшипники и резьбовых поверхностях. Поверхности под подшипники восстанавливают при износе 0,017-0,060 мм; поверхности неподвижных соединений (места под ступицы со шпоночными пазами и др.) за счет дополнительных деталей — при износе более 0,04-0,13 мм; поверхности подвижных соединений — при износе более 0,4-1,3 мм; под уплотнения — более 0.15-0,20 мм. Шпоночные пазы восстанавливают при износе по ширине более 0.065-0,095 мм; шлицевые поверхности — при износе более 0,2-0,5 мм.
Наиболее часто восстановление гладких валов, осей рекомендуется выполнять по двум типовым маршрутам. Последовательность основных операций по первому маршруту следующая: мойка, дефектация, подготовка технологических баз, правка, наплавка изношенных поверхностей, нормализация, правка, токарная обработка поверхностей, фрезерование шпоночных пазов, закалка поверхностей ТВЧ, шлифование, мойка, контроль качества. По второму маршруту эта последовательность следующая: мойка, дефектация, подготовка технологических баз, правка, наплавка резьбовых поверхностей и шпоночных пазов, токарная обработка и нарезание резьб, электромеханическое высаживание, фрезерование шпоночных пазов, электромеханическое выглаживание, мойка, контроль качества. Состав же и последовательность технологических операций зависят от состава дефектов и выбранных способов их устранения.
Прогиб вала или оси устраняют правкой в холодном состоянии или с предварительным подогревом. Валы диаметром до 60-80 мм и с прогибом до 6-8- мм на 1 м длины правят в холодном состоянии с применением прессов и винтовых скоб. Валы большого диаметра и с большим прогибом правят с нагревом. При прогибе вала до 2-4 мм на 1м длины возможна правка способом местного наклепа. Незначительные погнутости обточенных валов (0,1-0,3 мм на 1 м длины вала) устраняют шлифованием. После правки для снятия внутренних напряжений вал подвергают термообработке (нагрев до температуры 400-450 0 С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 0,5-1 ч).
Посадочные шейки валов восстанавливают до номинальных размеров путем наращивания наплавкой, металлизацией, электролитическим покрытием, полимерами, способом пластического деформирования, применением напрессовки втулки. Весьма эффективно восстановление валов обработкой под ремонтные размеры.
При восстановлении размеров посадочных шеек наиболее распространена наплавка. Наплавку обычно выполняют по винтовой линии. При ремонте валов недостаточной жесткости наплавку ведут продольным наложением валиков. После наплавки вал при необходимости правят, шейки обтачивают твердосплавными резцами и шлифуют под номинальные размеры.
Посадочные шейки под обоймы подшипников качения с износом по диаметру до 0,1-0,2 мм весьма эффективно восстанавливать пластическим деформированием поверхностного слоя электромеханическим способом.
При восстановлении шейки вала путем напрессовки стальной втулки необходимо предварительно обточить вал, чтобы толщина стенок втулки была не менее 3 мм.
Шлицевые поверхности валов могут иметь износ, смятие и выкрашивание рабочих поверхностей. Шлицевую часть вала диаметром более 80 мм наплавляют ручной или автоматической наплавкой продольными валиками. Для уменьшения деформации вала наплавку ведут в определенной последовательности. Шлицевые поверхности с шириной шлицев до 5 мм чаще заваривают сплошь.
При незначительном износе по ширине (0,1-0,2 мм) шлицы валов можно восстановить раздачей шлицев или электроискровым наращиванием боковых поверхностей с последующим их шлифованием. В отдельных случаях сильно изношенную шлицевую часть вала отрезают, приваривают новый конец заготовки, обтачивают и нарезают новые шлицы методом обкатки. При любом способе ремонта окончательные размеры шлицев получают механической обработкой.
Шпоночные пазы могут иметь такие же неисправности, как и шлицы. Шпоночный паз при износе менее чем на 15% его ширины можно расширить под ремонтный размер путем фрезерования. Если увеличением ширины паза не восстанавливается его геометрическая форма, то фрезеруют новый паз, смещенный на 90-120 0 к поврежденному, а старый заваривают. На валах крупных размеров применяют наплавку паза с одной стороны с последующей механической обработкой.
Резьба. При незначительных смятиях и наличии заусенцев резьбу исправляют прогонкой плашкой на токарном станке или слесарными приемами. При значительном износе профиля и при срыве ниток резьбовую часть наплавляют с последующей обточкой шейки и нарезанием резьбы требуемого размера. В отдельных случаях старую резьбу срезают и на этом месте нарезают новую резьбу уменьшенного диаметра.
После формирования окончательного маршрута ремонта вала, оси проектируют технологические процессы выполнения операций.
Источник