Основные способы ремонта изношенных деталей

Классификация способов восстановления деталей машин

В структуре себестоимости капитального ремонта машин 60…70 % затрат приходится на стоимость запасных частей. В то же время себестоимость восстановления большинства деталей не превышает 25…40 % цены новой детали. В настоящее время разработаны прогрессивные технологии восстановления, которые помимо восстановления, упрочняют ее, значительно повышая износостойкость. Восстановление изношенных деталей является одним из основных путей экономии материально-сырьевых и энергетических ресурсов, решения экологических проблем, так как затраты энергии, металлов и других материалов в 25…30 раз меньше, чем затраты при изготовлении новых деталей. При переплавке изношенных деталей безвозвратно теряется до 30 % металла.

Восстановление изношенных деталей позволяет значительно снизить затраты на ремонт техники и поэтому является приоритетным вопросом в развитии системы технического обслуживания и ремонта машин.

Восстановление детали – комплекс технологических операций по устранению дефектов детали, обеспечивающих возобновление ее работоспособности и геометрических параметров, установленных нормативно-технической документацией.

Способы восстановления условно делят на две категории: способы наращивания и способы обработки.

В зависимости от физической сущности процессов, технологических и других признаков существующие способы делятся на десять групп (табл. 1).

Слесарно-механической обработкой устраняют следы износа и восстанавливают форму детали. При этом размеры после обработки отличаются от номинальных. Для обеспечения необходимой посадки применяют сопрягаемые детали с измененными параметрами или ставят компенсатор износа (кольца, бандажи, втулки, резьбовые спиральные вставки и т. д.).

Таблица 1. Способы восстановления деталей

Номер группы	Группа способов	Способ
1	Слесарномеханическая обработка	Обработка под ремонтный размер (РР) Постановка дополнительной ремонтной детали (ДРД) Обработка до выведения следов износа и придания правильной геометрической формы Перекомплектовка
2	Пластическое деформирование	Вытяжка, оттяжка Правка (на прессах, наклепом) Механическая раздача Гидротермическая раздача Электрогидравлическая раздача Раскатка Механическое обжатие Термопластическое обжатие Осадка Выдавливание Накатка Электромеханическая высадка
3	Нанесение полимерных материалов	Напыление: газопламенное, в псевдосжиженном слое (вихревое, вибрационное, вибровихревое) и др. Опрессовка Литье под давлением Нанесение шпателем, валиком, кистью и др.
4	Ручная сварка и наплавка	Газовая Дуговая Аргонодуговая Кузнечная Плазменная Термитная Контактная
5	Механизированная дуговая сварка и наплавка	Автоматическая под флюсом В среде защитных газов: аргоне, углекислом газе (диоксиде углерода), водяном паре и др. С комбинированной защитой Дуговая с газопламенной защитой Вибродуговая Порошковой проволокой или лентой Широкослойная Лежачим электродом Плазменная (сжатой дугой) Многоэлектродная С одновременным деформированием С одновременной механической обработкой
6	Механизированные бездуговые способы сварки и наплавки	Индукционная (высокочастотная) Электрошлаковая Контактная сварка и наварка 4: Трением Газовая Электронно-лучевая Ультразвуковая Диффузионная Лазерная Термитная Взрывом Магнитно-импульсная Печная наварка
7	Газотермическое напыление (металлизация)	Дуговое Газопламенное Плазменное Детонационное Высокочастотное Электроимпульсное Ионно-плазменное
8	Гальванические и химические покрытия	Железнение постоянным током Железнение периодическим током Железнение проточное Железнение местное (вневанное) Хромирование Хромирование проточное, струйное Меднение Цинкование Нанесение сплавов Нанесение композиционных покрытий Электроконтактное нанесение (электронатирание) Гальваномеханический способ Химическое никелирование
9	Термическая и химикотермическая обработка	Закалка, отпуск Диффузионное борирование Диффузионное цинкование Диффузионное титанирование Диффузионное хромирование Диффузионное хромотитанирование Диффузионное хромоазотирование Обработка холодом
10	Другие способы	Заливка жидким металлом Намораживание Напекание Пайка Пайкосварка Электроискровое наращивание и легирование

Способы восстановления пластическим деформированием основаны на свойстве пластичности металлов. При пластическом деформировании металл детали перераспределяется от нерабочих участков детали к рабочим, благодаря чему восстанавливаются размеры изношенных поверхностей. Объем детали остается постоянным. К достоинствам следует отнести следующее: не требуется присадочный материал, простота способов, относительно высокая производительность. К недостаткам относятся: необходимость термической обработки черных металлов, изменение линейных размеров (например, поршневой палец после раздачи укорачивается).

Технология восстановления деталей полимерными материалами отличается простотой и доступностью (используют в полевых условиях), низкой себестоимостью, высокой производительностью и хорошим качеством. Долговечность посадочных мест подшипников после восстановления полимерными материалами многократно повышается.

Способы ручной сварки и наплавки получили широкое применение благодаря простоте и возможности выполнения процесса в труднодоступных местах. К недостаткам относятся: низкая производительность, материалоемкость и не всегда обеспечивается высокое качество.

Механизированные способы сварки и наплавки могут быть автоматическими и полуавтоматическими. Большинство этих способов обеспечивают высокие производительность и качество.

При дуговых способах источником теплоты для плавления присадочного материала и поверхности детали является теплота электрической дуги. При бездуговых способах таким источником служат потери от вихревых токов (ТВЧ), джоулева теплота (электрошлаковая наплавка, контактная приварка), теплота сгораемых газов и др.

Ручные и механизированные сварочно-наплавочные способы получили наибольшее применение (75…80 % общего объема восстановления). Их недостатки – термическое воздействие на основной металл, в том числе на невосстанавливаемые поверхности, деформация деталей, значительные припуски на механическую обработку. Применение большинства из этих способов целесообразно для восстановления сильноизношенных деталей.

При напылении расплавленный присадочный материал (проволока или порошок) с помощью сжатого воздуха распыляется и наносится на подготовленную поверхность детали. Способы напыления различают в зависимости от источника теплоты: дуговое – теплота электрической дуги, газопламенное – теплота газового пламени и т. д. Напыляют металлы, полимеры и др. При напылении металла процесс называют металлизацией. Большинство способов напыления характеризуется высокой производительностью, позволяет достаточно точно регулировать толщину покрытия и припуск на механическую обработку. Серьезный недостаток напыления – низкая сцепляемость покрытий с основой. Для ее повышения применяют нанесение специального подслоя, последующее оплавление и др.

В основе гальванических способов лежит явление электролиза. Их различают по виду осаждаемого металла, роду используемого тока, способу осаждения и др. Гальванические способы высокопроизводительны, не оказывают термического воздействия на деталь, позволяют точно регулировать толщину покрытий и свести к минимуму или вовсе исключить механическую обработку, обеспечивают высокое качество покрытий при дешевых исходных материалах. Такие способы применяют для восстановления малоизношенных деталей. Недостатки гальванопокрытия – многооперационность, сложность и экологическая вредность технологии.

Термическую обработку применяют для упрочнения и восстановления физико-механических свойств деталей (упругости пружин и др.). При химикотермических способах происходит диффузное насыщение поверхности детали тугоплавкими металлами (хромом, титаном и др.) при некотором изменении размеров. Эти способы применяют для восстановления и повышения износостойкости малоизношенных деталей (плунжеров и др.).

На рис. 1 показано распределение способов при восстановлении изношенных деталей машин.

Рис. 1. Распределение способов при восстановлении изношенных деталей машин: 1 – наплавка и сварка (70 %); 2 – ремонтные размеры (12 %); – электролитические покрытия (8 %); 4 – полимерные материалы (6 %); 5 – установка дополнительной ремонтной детали (3 %); 6 – поверхностнопластическое деформирование (1 %)

Как следует из рис. 1 более 70 % изношенных деталей восстанавливается наплавкой и сваркой. Поэтому различные способы сварки и наплавки более подробно рассмотрены в следующей главе.

Источник

Способы и методы восстановления изношенных деталей

Даже если какая-то часть функционального узла или заготовка получила повреждения, это еще не значит, что ее нужно непременно утилизировать. Рассмотрим основные способы восстановления деталей – алгоритм действий и оборудование, которым необходимо при этом пользоваться. Зачем? Чтобы вы знали, как правильно провести починку, и могли продлить срок эксплуатации поломанного элемента, а не тратиться на дорогостоящую замену.

Сразу отметим, что во всех случаях это комплексный процесс, предполагающий предварительную, сопутствующую и/или последующую обработку. Последняя нужна, чтобы обеспечить соответствие стандартным посадкам сопряжения, а также убрать конусность и овальность деформированных поверхностей и обеспечить финальную чистоту покрытий. Выполняемые технологические операции – строгание, шлифование, шабрение, в зависимости от глубины, размеров, степени серьезности полученных повреждений.

Особенности слесарно-механических способов восстановления деталей

Начнем с них, потому что именно они используются в подавляющем большинстве ситуаций, даже после других методов – для доводки. Хотя наиболее распространенные объекты их применения – плоскости: направляющих, клиньев, планок.

С их помощью также ремонтируют винты, валы, оси и тому подобные элементы, причем начиная с центровых отверстий. Если царапины, потертости, овальность и другие риски незначительны (до 0,02 мм), поверхности подвергаются шлифовке, если же деформации более глубокие и серьезные, требуется провести наращивание с последующим обтачиванием и выравниванием до ближайших по значению стандартных параметров.

Ключевая особенность – правильный выбор базы: в этом случае основная установочная уже не подойдет, поэтому следует ориентироваться именно на вспомогательную.

Если износ значительный, в ходе механического способа восстановления деталей зачастую используют промежуточные компенсаторы, которые могут быть:

• подвижные – устраняющие образованный зазор посредством своего перемещения и, таким образом, делающие ремонт необязательной мерой;
• сменные – актуальные тогда, когда люфт уже слишком велик, чтобы его могло нивелировать простое перекрытие комплектующими.

Несколько типовых случаев использования данных элементов:

• посадка на клей (или напрессовка) втулки на цилиндрическую наружную поверхность направляющей оси;
• установка полувтулки на изношенную шейку коленчатого вала;
• использование ввертыша для отверстия с расточенной резьбой;
• компенсация истирания плоскостей при помощи привинченной планки.

Скрепление обычно происходит с одним из элементов сопряжения.

Отдельную группу представляют собой дефекты, появляющиеся и развивающиеся вследствие накопления внутренних напряжений, действия чрезмерных усилий или возникновения трещин и пробоин, больших царапин и задиров, участков выкрашивания. В этих случаях можно выполнить заливку или запайку, поставить штифт или заплатку – в зависимости от материала и характера повреждения.

Восстановление металлических деталей сваркой и наплавкой

Эти несколько способов актуальны тогда, когда нужно получить неразъемные соединения, вернуть исходные размеры сильно деформированным или даже разрушенным элементам, а также повысить стойкость поверхностей к физическим воздействиям.

На заре становления данные операции проводились вручную, сегодня же технологические процессы ремонта автоматизированы, что улучшает точность результата и повышает экономическую эффективность проводимых работ.

Примером современных решений в данной области могут быть мобильные станки от ряда известных производителей, в частности – модели НК450, НК750 и НС Пионер-4000 от ижевского завода «Сармат». Такие машины предназначены для возвращения исходной геометрии отверстиям (устранения элипсности, стандартизации диаметра) и отличаются высокой производительностью, а также опцией удобной регулировки скорости вращения и подачи.

Исправлять полученные повреждения вручную, естественно, не столь просто: нет такого количества дополнительных возможностей, итог сильно зависит от опыта и мастерства человека, легче допустить ошибку и так далее. Но если случай нестандартный, или когда ремонтные работы нужно проводить в труднодоступном месте, где не установить даже самое мобильное оборудование, это до сих пор единственный из реальных вариантов.

При этом актуальны 3 метода – рассмотрим каждый по очереди.

Газовая сварка

Применяется для самых разных элементов, выполненных как из серого чугуна, так и из стали толщиной до 3 мм (тонколистовая). Для нее характерны следующие особенности:

• Горючая среда – ацетилен (чаще всего) или метан, пропан-бутан, водород.
• Чем ближе основной слой по химическому составу к присадке, тем лучше.
• Для улучшения прочности шва берут высокоуглеродистые и/или высоколегированные проволоки – марок НП-40 и НП-50, Св-08А и Св-08ГС, НП-651 и НП-10ГЗ и так далее.
• Мощность пламени и скорость нагрева регулируются в течение технологического процесса – наконечниками и мундштуком соответственно, так, чтобы конец присадочного прутка и расправленный материал как можно дольше находились в рабочей зоне.

Это эффективный способ восстановления изношенных деталей после образования усадочных раковин, изломов, пробоин. Она остается актуальной даже несмотря на то, что чугун сваривается сравнительно плохо (из-за большого содержания углеродистых, фосфорных, серных добавок). Затрудняет ситуацию и склонность материала к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений и резких перепадов температур, а именно эти явления и наблюдаются в ходе работ. Чтобы шов был ровным и непористым, задачу решают или при местном (до 300-400 0С), или при полном подогреве (до 600-800 0С).

Электродуговая сварка

Если сравнивать ее с газовой, то она экономичнее и обеспечивает лучшую надежность стыка. Это более рациональный способ восстановления детали, особенно при правильной подготовке, в рамках которой нужно сделать следующее:

• очистить и разделать кромки;
• пройтись по поверхности стальной щеткой для очистки налипших частиц, напильником и наждачкой для абразивного эффекта, пескоструйной машиной для шлифовки – чтобы удалить неровности;
• промыть с помощью керосина или бензина, протравить щелочным составом;
• скосить кромки (если свариваются листы) под углом 60-70 градусов, выровнять края пробоин или изломов.

Естественно, все эти вспомогательные операции отнимают какое-то количество времени, но это кажущийся минус, так как они способствуют итоговому качеству результата – это целесообразные траты.

Способ восстановления деталей наплавкой

Актуален тогда, когда в процессе эксплуатации определенные элементы постоянно контактируют друг с другом и поверхность хотя бы одного из них необходимо защитить от истирания. Для этого наваривается два-три слоя более твердых материалов, значительно продлевающих общий срок эксплуатации.

Внимание, итоговый уровень стыка самым серьезным образом зависит от того, насколько поврежден элемент, в каком состоянии он находится. Если он выполнен из стали или чугуна с малым содержанием углерода и обладает значительным количеством трещин и пор, их следует обезжиривать, потому что они практически наверняка насобирали достаточное количество масла. Для этого необходимо провести обжиг – используя простую паяльную лампу, газовую горелку или даже нагревательную печь. Образовавшийся при этом налет нужно удалить с помощью наждачки или ветоши, вымоченной в бензине или керосине, а затем пройтись по участку будущего стыка стальной щеткой или абразивом.

Ремонт и восстановление деталей металлизацией

Это способ, с применением которого можно вернуть исходную геометрию посадочных мест коленчатых валов, зубчатых колес, подшипников качения, муфт. Он заключается в покрытии основного материала новым – защитным, расплавленным. При его реализации характерны следующие особенности:

• присадка распыляется струей воздуха (или другого газа под давлением);
• наносимая добавка оседает на поверхности (предварительно обезжиренной) в виде малых окисленных частиц;
• полученная таким образом прослойка является пористой, а не монолитной структурой.

Для улучшения качества сцепления поврежденная заготовка должна быть заранее очищена не только от масла, но и от грязи, а также отшлифована с помощью пескоструйной машины. Чем тверже используемый присадочный материал, тем надежнее будет конечный результат.

Одним из классических способов восстановления и упрочнения деталей стало хромирование, то есть нанесение слоя хрома толщиной до 0,3 мм. Благодаря этому можно не только вернуть исходную геометрию истертого элемента, но и повысить его твердость.

Образованная поверхность может быть:

• Гладкая – актуальна для тех заготовок, которые эксплуатируются при неподвижных посадках, так как не удерживает смазку.
• Пористая – выполняемая электрохимическим путем (конкретно – анодным травлением) и создаваемая для тех частей функционального узла, которые работают в жестких условиях постоянно повышенные температуры или их перепады, значительная скорость скольжения, чрезмерное удельное давление и тому подобное).

Есть и другие варианты обеспечения гальванических покрытий – несколько отличных от уже описанных и поэтому заслуживающих отдельного рассмотрения.

Технология восстановления деталей наращиванием слоя стали гальваникой

Еще одно ее распространенное название – железнение. Согласно ей, основная поверхность усиливается материалом, толщина которого достигает 2-3 мм или даже превышает данный показатель. Естественно, это несколько утяжеляет конечный вес, но зато позволяет возвращать исходную геометрию следующих элементов:

• со сравнительно низкой твердостью;
• подверженным истиранию и серьезным ударам одновременно;
• с неподвижными посадками;
• работающим на износ свыше 0,5 мм.

То есть применяется также и в тех случаях, когда предыдущие рассмотренные варианты не могут быть использованы, а значит сохраняет свою актуальность.

Твердое никелирование

При нем заводские размеры возвращаются благодаря осаждению на изношенном слое специального никельфосфорного состава. Он укладывается на определенные участки заготовки, по специальной маске, электрическим или химическим путем. Последний легче в реализации, так как при его осуществлении можно с помощью специализированных реагентов выделить нужную присадку из раствора солей.

Способы и методы восстановления деталей давлением

Все они сходны и базируются на эффекте пластичности, то есть на способности металла менять свои габариты и пространственную геометрию под воздействием значительных нагрузок (но не разрушаться при этом). В каждом из подобных случаев используется приспособление, переносящее частицы основного материала с неиспользуемых зон в поврежденные.

В результате такой обработки другим становится не только внешний вид заготовки, но также ее свойства. Поэтому особенно важно, чтобы перераспределение стали или чугуна не ухудшало эксплуатационных характеристик элемента, выполненного из сплава, а также не снижало его прочность.

Под давлением на практике возможны следующие виды восстановления деталей оборудования:

• правка рычагов, а также валов, как коленчатых так и гладких;
• осадка зубчатых колес, используемых пальцев, истертых втулок;
• накатка для практического повышения диаметров цапф, шеек направляющих осей за счет образования канавок и поднятия гребешков;
• обжатие вкладышей подшипников;
• вдавливание шлицевых валиков;
• раздача роликов машин, поршней, подобных им комплектующих.

Еще перечисленные варианты обработки позволяют увеличивать долговечность и твердость используемых заготовок. В результате их поверхность становится лучше защищенной от ударных воздействий и трения. Также в числе проводимых операций чеканка, бомбардировка дробью, обкатка, причем не только шариками, но и роликами.

Восстановление и склеивание деталей при помощи пластмасс

Эти материалы часто используются для получения качественного и прочного соединения неметаллических поверхностей. В числе наиболее часто применяемых текстолит, стиракрил (очень быстро твердеет, поэтому так удобен), а также различные древесно-слоистые составы. Последние особенно эффективны при возвращении исходных размеров направляющих промышленных станков, подшипников скольжения, зубчатых колес, втулок и подобных им элементов, испытывающих значительное трение в течение эксплуатационного цикла.

Склеивание – это вполне актуальная операция, которая в целом ряде случаев является отличной альтернативой свалке, клепке, соединению болтами. В качестве составляющей части технологического процесса восстановления деталей обладает следующими преимуществами:

• скрепляет разные по структуре материалы;
• не повышает конечный вес заготовки, а зачастую даже снижает его;
• обеспечивает герметичность шва и дает ему антикоррозионные свойства;
• минимизирует стоимость проведения обслуживания.

В качестве веществ-соединителей можно использовать клеевые составы карбинольного и БФ-типа. Они сделают стык-шов достаточно надежным, непористым, защищенным от влаги, воздействия щелочей, спиртов, кислот, ацетона и других растворителей. При этом довольно известные их марки отличаются экологичностью и сравнительно сбалансированным содержанием компонентов.

Все актуальные на сегодня способы восстановления и ремонта деталей склеиванием осуществляются в 3 этапа:

• Подготовка скрепляемых поверхностей, то есть их очистка от масла и грязи, с последующей пригонкой.
• Нанесение связующего состава – при помощи стеклянного стека или кисточки, на оба соединяемых элемента.
• Выдерживание под прессом, в течение 15-240 минут, при температуре от 60 до 200 0С (в зависимости от марки клея).

Резину и стали скрепляют между собой при помощи БФ-6 (отличается самым быстрым высыханием – за 0,25-1 часа), для предметов, эксплуатируемых в щелочной среде, актуален БФ-4, для работающих при температурах до 90 градусов по Цельсию – БФ-2. Но любой из них следует наносить в 2 слоя, с интервалом в 70-75 минут. Прижимное усилие пресса должно быть 1-15 кг/см2.

Мы постарались сделать классификацию способов восстановления деталей как можно более подробной – чтобы вы могли сразу понять, каким методом лучше всего воспользоваться в вашем случае. И если этот вариант потребует использования наплавочного станка, вы уже знаете, у кого стоит заказать высокопроизводительную и точную модель – у ижевского производителя «Сармат».

Источник