Ремонт деталей методами пластического деформирования
Вдавливание (рис. 43, б), когда восстанавливают фаски клапанов, боковые поверхности шлицев и др.
Раздача (рис. 43, в), когда устраняют износ втулок по наружному диаметру за счет увеличения внутреннего диаметра. Этот способ используется при восстановлении поршневых пальцев, полых штанг толкателей и др.
Обжатие (рис. 43, г), когда уменьшают внутренний диаметр деталей за счет уменьшения наружного размера. Применяют при восстановлении бобышек, рулевых сошек, различных рычагов, тяг, звеньев гусениц.
Вытяжка (рис. 43, д), когда необходимо восстановить длину тяг, стержней (штанг) и других деталей за счет местного сужения поперечного сечения.
Правка (рис. 43, е), когда необходимо восстановить линейность поверхности и форму детали без объемного перераспределения металла. Правкой восстанавливают элементы металлоконструкций, валы, оси, тяги, шатуны, рычаги, диски колес и диски трения и другие детали, нарушенные вследствие изгиба, скручивания, коробления и др.
В зависимости от степени деформации, конструкции и материала детали правят с нагревом или в холодном состоянии. Длинные валы без подогрева можно править на токарном станке с помощью упора, закрепленного в суппорте станка, или на прессах. При правке на прессах валы укладывают на призмах прогибом вверх и нагружают между упорами. При этом вал выгибают в обратную сторону на величину, в 10—12 раз превосходящую стрелу прогиба, и выдерживают под нагрузкой 1,5—2 мин.
Рис. 43. Схема методов восстановления деталей пластическим деформированием
Термически обработанные детали после холодной правки для устранения остаточных напряжений нагревают до температуры, несколько ниже температуры конечной термической обработки, которой они подвергались при изготовлении, с последующим постепенным охлаждением.
Правку в горячем состоянии при нагреве деталей до температуры 600—650 °С выполняют с помощью молота или ручного молотка. Термически обработанные детали после правки с нагревом вновь подвергают термообработке.
Высокую точность (до 0,02 мм на 1 м длины вала) дает правка местным поверхностным наклепом (рис. 44). Результаты правки окончательно проверяют через 20—25 ч.
При восстановлении неподвижных сопряжений ряда деталей с износом не более 0,25 мм применяют электромеханическую обработку, представляющую собой разновидность пластического деформирования (вдавливания), совмещенного с местным нагревом поверхности детали электрическим током. Процесс заключается в следующем: в зону контакта детали 1 (рис. 45), установленной в патроне токарно-винторезного станка, и высаживающего ролика 3, установленного в суппорте станка, подводится ток 600— 1000 А напряжением 2—6 В. Металл в зоне контакта нагревается до температуры 800—900 °С. Нажатием твердосплавленного ролика 3 производится выпучивание металла до размера Dt. Сглаживающим роликом 2 шейку доводят до чертежного размера D0. При этом имеет место некоторое уменьшение контактной поверхности детали.
Пластическое деформирование находит широкое применение не только при восстановлении поверхностей и форм, но и для улучшения физико-механических свойств поверхностного слоя металла, повышения класса шероховатости и увеличения коррозионной стойкости. Особенно часто пластическое деформирование применяют в сочетании с наращиванием металла различными способами (наплавкой, осталиванием и др.) для повышения предела выносливости, а значит и долговечности деталей.
Рис. 44. Схема правки местным поверхностным наклепом
Рис. 45. Схема электромеханического способа пластического деформирования
Упрочнение наружных поверхностей или наклеп выполняется дробью, шариками, механической чеканкой, обкатыванием роликами, а внутренних — раскатыванием, дернованием, проталкиванием шарика (рис. 46).
Дробеструйной обработкой чугунной и особенно стальной дробью диаметром 0,5—2 мм упрочняются детали, работающие в условиях значительных знакопеременных нагрузок (валы, оси, рессоры и др.). Обработка выполняется с помощью дробомета (рис. 46, а) — механической установки роторного типа, выбрасывающей дробь на обрабатываемую поверхность со скоростью 60—70 м/с, или дробеструйной установки (рис. 46, б), где дробь выбрасывается струей сжатого воздуха под давлением 0,5—0,6 МПа.
Наклеп механической чеканкой (рис. 46, в) применяется для упрочнения галтелей, шлицев; наклеп шариками (рис. 46, г), обкатка роликом (рис. 46, д) и шариком (рис. 46, е), а также обкатка вибрирующим роликом (рис. 46, ж) применяются для обработки валов, штоков, клапанов и др.
Роликовая раскатка (рис. 46, з) предназначена для обработки гидроцилиндров, гильз, фасок клапанных гнезд и др.
Рис. 46. Способы пластического упрочнения деталей
Упрочнение отверстий достигается продавливанием через него с некоторым натягом стального стержня-дорна (рис. 46, и) или закаленного шарика.
Источник
Восстановление деталей машин методом пластической деформации.
Восстановление деталей с помощью пластических деформаций основано на их способности изменять свою геометрическую форму и размеры за счет перераспределения металла без разрушения под действием внешних сил.
Ремонт деталей пластической деформацией – один из наиболее распространенных методов ремонта деталей, основанный на пластической деформации изношенных деталей с последующей механической обработкой. Метод используют для выправления вмятин, погнутости, скручивания, изменения посадочных размеров изношенных мест деталей (увеличения диаметра изношенных шеек осей, валов, уменьшения диаметра изношенных поверхностей втулок), повышения прочности деталей (дробеструйный наклеп) и снижения шероховатости механической обработки (накатка роликами шеек валов вместо их шлифования). Этот способ применяется также для восстановления первоначальных свойств деталей, упрочнения их рабочих поверхностей и в качестве заключительной чистовой обработки. Для облегчения пластического деформирования деталь предварительно подогревают, что резко повышает пластичность металла. Так, при нагреве деталей до 900° С прилагаемую нагрузку можно снизить до 0,5…0,6 МПа.
Детали восстанавливают как в холодном, так и в горячем состоянии. В холодном состоянии обычно восстанавливают детали из низкоуглеродистых сталей, цветных металлов и сплавов, а в горячем – из средне- и высокоуглеродистых сталей с температурой нагрева 0,7… 0,9 температуры плавления. После восстановления давлением ответственные детали подвергают термической обработке.
При восстановлении деталей пластической деформацией (давлением) используют пластические свойства металла, способность при некоторых условиях деформироваться под нагрузками, не теряя целостности детали.
Под давлением изменяется не только форма и размеры детали, но и структура и механические свойства металла. Пластическая деформация металла в холодном состоянии упрочняет металл и это называется наклепом металла. В этом случае твердость, прочность и предел текучести металла повышаются, а пластичность уменьшается. Но эти изменения не очень постоянны, т. е. сдвиги и нарушения в кристаллической структуре металла подвержены восстановлению.
При незначительном нагревании упрочненного, металла (у стали 200…300 °С) восстанавливается упорядоченная кристаллическая решетка, причем прочность и твердость несколько снижаются, а пластичность повышается. Структура металла при этом не меняется. При более высоких температурах нагрева начинается восстановление металла.
Изменение структуры вследствие нагрева после холодной пластической деформации металла называется рекристаллизацией. Наименьшей температурой рекристаллизации (порогом рекристаллизации) является температура, при которой твердость металла резко снижается, а пластичность повышается. Для примерного расчета этой температуры температура плавления металла умножается на 0,4. При увеличении деформации температура рекристаллизации уменьшается. Если температура пластической деформации выше температуры рекристаллизации, то упрочнения (наклепа) металла не происходит.
Обработка металлов давлением при температуре ниже температуры рекристаллизации называется холодной обработкой, а при более высокой температуре – горячей обработкой. В этом случае обработку начинают при температуре, значительно выше температуры рекристаллизации. Этим избегают появления наклепа и возникновения трещин.
На свойства металла оказывают влияние остаточные напряжения, возникающие от неодинаковой деформации различных частей деталей. Они вызываются и неоднородным составом металла, а также разным нагревом и охлаждением разнородных частей детали. Остаточные напряжения могут суммироваться с напряжениями, вызванными внешними силами, благоприятно или неблагоприятно, увеличивая или уменьшая прочность детали. Под действием остаточных напряжений деталь может покоробиться, треснуть и т. д. Для устранения напряжений деталь подвергают отжигу или нормализации. При этом температура выше температуры рекристаллизации.
Ремонт изношенных деталей при помощи пластических деформаций требует специальных приспособлений и штампов, поэтому является экономически оправданным только в том случае, когда ремонтируется много однотипных деталей.
2. Способы обработки деталей пластическим деформированием
Различают следующие виды обработки пластическим деформированием: осадку, раздачу, обжатие, вдавливание, вытяжку, правку, накатывание.
Правка применяется при искажении формы деталей, например при изгибе и скручивании валов, осей, шатунов, рам; вмятинах и перекосах тонкостенных деталей. В зависимости от степени деформации и размеров детали правят с нагревом или без него. Инструментом при правке могут служить молотки (стальной, медный, деревянный), кувалды, специальные ключи, скобы, прессы, домкраты и др.
При правке без нагрева у стальных деталей остаются значительные внутренние напряжения. В результате этого после правки они постепенно принимают первоначальную форму. Для снятия внутренних напряжений после холодной правки деталь необходимо стабилизировать, т. е. выдержать при температуре 400…450 °С около 1ч или при температуре 250…300°С в течение нескольких часов.
Крупные и сильно деформированные детали правят в нагретом состоянии, так как холодная правка не всегда дает устойчивый результат, так как в металле в результате наклепа могут возникнуть внутренние напряжения, накладываемые на остаточные напряжения, сохраняющиеся в деталях. Эти процессы не возникают при горячей правке, когда места деформации нагревают до 600…900°С. Например, для правки металлоконструкций нагревают деформированные элементы с помощью газовых горелок и паяльных ламп до 900° С в местах наибольших изгибов с выпуклой стороны. Возникшие при нагреве напряжения растяжения вызывают выпрямление детали.
Осадка применяется для увеличения наружного диаметра сплошных деталей или для уменьшения внутреннего диаметра полых. При осадке диаметр детали увеличивается за счет уменьшения ее длины. Этим способом восстанавливают различные втулки при износе по наружному или внутреннему диаметру, цапфы валов, оси, клапаны двигателей внутреннего сгорания, зубчатые колеса и другие детали, имеющие поверхностный износ не более 1% их диаметра. Осадкой увеличивают диаметр деталей типа пальцев и втулок из цветных металлов за счет некоторого уменьшения их длины.
Этим способом можно уменьшить длину деталей до 15%, однако ответственные детали не уменьшают больше чем на 8%. Приспособление для осадки состоит из верхней и нижней подставок и цилиндрической оправки, диаметр которой должен быть на 0,2 мм меньше окончательного диаметра отверстия. После осадки под прессом отверстие втулки развертывают до требуемого размера. Небольшие по ширине цилиндрические зубчатые колеса восстанавливают в нагретом состоянии с помощью специальных штампов, которые позволяют получить небольшое утолщение зубьев и уменьшение отверстия ступицы.
Отверстие ступицы после осадки растачивают, а затем обтачивают наружные поверхности и нарезают зубья колеса. Если необходимо, производят термическую обработку зубьев на режимах, предусмотренных для новых зубчатых колес. Обжатие проводят при необходимости уменьшить, внутренний диаметр полых деталей за счет изменения наружного диаметра. Этим способом восстанавливают втулки из цветных металлов, проушины различных рычагов при износе гладких или шлицевых отверстий, корпуса гидронасосов и пр. При обжатии изношенную втулку проталкивают с помощью пуансона через отверстие матрицы, размер которой, регулируемый вкладышем, равен наружному диаметру обжатой втулки. После обжатия наружный диаметр увеличивают, например, с помощью электролитического наращивания слоя металла, а внутренний – развертывают до требуемого размера.
Обжатием уменьшают внутренние размеры деталей типа втулок, изготовленных из цветных металлов. Втулку проталкивают пуансоном через установленную в подставке матрицу. Входное отверстие матрицы сужается под углом 7…8°, далее идет калибрующая часть, которая заканчивается входным отверстием, расширяющимся углом 18…20°. После обжатия наружную поверхность втулок омедняют и протачивают, а внутреннюю развертывают.
Вытяжка применяется для увеличения длины детали за счет местного (на небольшом участке) сужения ее поперечного сечения. Этот способ используют при ремонте тяг, штанг и др.
Раздача применяется для увеличения наружного диаметра за счет увеличения внутреннего диаметра полых деталей. Этим способом восстанавливают бронзовые втулки шестеренчатых насосов гидросистем, трубы рулевой колонки и пр. Раздачу чаще проводят в холодном состоянии, закаленные детали предварительно подвергают отпуску или отжигу. Наиболее часто этот способ применяют при восстановлении поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания. Изношенный палец устанавливают в специальную матрицу и раздают с помощью пуансона на прессе.
Вдавливанием восстанавливают тарелки клапанов, шлицы, шестерни при износе по профилю зуба и пр. (рис. 59). Ролики 2 и 3 изготовляют из специальных твердых сплавов или инструментальной стали и подвергают термообработке. Ролик 2, вдавливаясь, перераспределяет металл, а ролики 3 формируют профиль и размеры шлицев. Установка имеет две или три подобные головки, т. е. одновременно обрабатываются два или три шлица под углами соответственно 180 и 120°. Благодаря такой конструкции вал разгружается от изгибающих сил. Перед головками закреплены индукторы высокочастотной установки для разогрева шлицев, сзади роликов – устройство для их охлаждения. Накатыванием увеличивают размеры термически не обработанных цилиндрических поверхностей, на которые устанавливают детали с помощью неподвижных посадок. Такие детали, закрепленные в центрах токарного станка, обкатывают роликом из хромоникелевой стали, имеющим на поверхности насечку.
При накатывании диаметр поверхности увеличивается за счет поднятия гребешков металла. Полученную поверхность шлифуют или накатывают гладким роликом до получения требуемого размера. Накатка может быть применена для восстановления вкладышей, залитых свинцовистой бронзой, а также для восстановления изношенных поверхностей под неподвижную посадку колец роликовых и шариковых подшипников. Накаткой можно увеличить диаметр детали на 0,3…0,4 мм на сторону.
Накатку применяют для сохранения работоспособности только деталей, работающих в легких условиях, так как износостойкость соединений, отремонтированных таким путем, значительно ниже износостойкости нового соединения.
Источник