Восстановление деталей давлением
Процессы восстановления деталей давлением основаны на использовании пластичности металлов, т. е. их способности под действием внешней силы изменять свою геометрическую форму без разрушения. Восстановление формы и размеров, главным образом втулок и полых валиков, пальцев, достигается за счет перераспределения металла самой детали в направлении к ее изношенным поверхностям.
Различают два вида пластической деформации: холодную и горячую. Первая, осуществляемая за счет приложения значительных внешних сил, сопровождается внутрикристаллическими сдвигами металла и его уплотнением. Холодную деформацию чаще всего применяют при ремонте деталей из цветных металлов.
Второй вид деформации достигается предварительным подогревом детали до ковочных температур. В этом случае происходят межкристаллические сдвиги металла, требуется меньшая внешняя сила, упрочнения металла не происходит и уменьшается опасность появления трещин. Наибольшее распространение среди процессов восстановления деталей давлением получили осадка, раздача и обжатие (рис. 3.3).
Осадка. Она характеризуется несовпадением направления внешней силы Р с направлением деформации 6 (рис. 3.3, а). Ее применяют для увеличения диаметров коротких валиков, пальцев и т. п. или для уменьшения размера отверстий втулок за счет уменьшения их высоты. Перед осадкой в имеющиеся во втулке отверстия, канавки или прорези помещают соответствующие вставки, чтобы предотвратить их деформацию. Оправки, ограничивающие деформацию втулки по отверстию, принимают на 0,2 мм меньше его диаметра, а оправки, ограничивающие раздачу втулки по наружному диаметру, — на 0,2 мм больше последнего с учетом припуска на механическую обработку. Втулки 2 осаживают прессом усилием Рдо исчезновения зазора с между оправками 1 и 3. При этом деформируемый металл заполняет боковой зазор между оправками и втулкой. Окончательно отверстие обрабатывают развертками или на станке. При восстановлении осадкой сильно нагруженных втулок (например, втулки верхней головки шатуна) допускается
Рис. 3.3. Схемы восстановления деталей способами давления: а — осадка; б — раздача; в — обжатие; 1, 3 — оправки; 2, 11 — втулки; 4, 5 — нижняя и верхняя части кондуктора; 6- прошивка; 7- ручка; 8 — поршневой палец; 9 — кондуктор; 10 — толкатель; 12 — матрица; Р — внешняя сила; 5 — направление деформации; С — зазор между оправками; D — диаметр оправки
уменьшение нормальной высоты не более 5 %, в остальных случаях-до 15 % высоты.
Раздача. При раздаче направления силы Р и деформации 8 (рис. 3.3, б) совпадают. Раздача применяется для восстановления размеров наружного диаметра полых деталей (пальцы, втулки, оси и т.п.). Для примера приводится процесс восстановления поршневого пальца дизеля Д100 холодной раздачей. Процесс состоит из следующих операций: сортировки, отжига, раздачи, термической и механической обработки.
Сортировка пальцев позволяет избежать непроизводительных расходов по их цементации. При сортировке устанавливают, подвергались пальцы раздаче ранее или нет. Если раздача производится впервые, то после нее пальцы можно обработать на станке, сохранив достаточный для работоспособности пальца цементационный слой. Допускается снятие слоя цементации толщиной до 0,35 мм. Вторично раздаваемые пальцы, как правило, надо цементировать. Кроме того, сортировка пальцев по группам с разницей в диаметрах отверстий 0,2 мм делается для подбора оправок.
Отжиг (высокий отпуск) делают для придания материалу пальца необходимой пластичности. Нагрев и выдержка при 880. 890 °С в течение 0,5. 1 ч, затем охлаждение до температуры окружающей среды.
Раздача ведется прошивками 6 (диаметром 47,2; 47,4 и 47,6 мм), пропускаемыми через отверстие пальца (см. рис. 3.3, б). Припуск на механическую обработку 0,20 мм.
Термическая обработка проводится после раздачи. Если сохранился старый цементационный слой, то палец подвергают только закалке: нагрев и выдержка 0,5. 1 ч при температуре 760. 800 «С, затем охлаждение в масле комнатной температуры. Для снятия внутренних напряжений делают низкотемпературный отжиг: нагрев до 180. 200 «С с последующим охлаждением на воздухе. Палец нагревают в соляной ванне, в электрической печи или на высокочастотной установке.
Механическая обработка состоит из шлифования и полирования до размеров и шероховатости, предусмотренных чертежом. Кроме того, обязательно проверяют твердость рабочей поверхности и отсутствие на ней трещин.
Обжатие. Данный процесс характеризуется совпадением направлений силы Р и деформации 6, при этом у полых деталей в процессе обжатия уменьшается как внешний, так и внутренний диаметр (рис. 3.3, в). Обжатие применяют в тех случаях, когда нужно восстановить нормальную посадку по внутреннему диаметру различных втулок из цветных металлов. Уменьшение наружного диаметра втулки в результате обжатия компенсируется одним из способов наращивания.
Способы восстановления деталей давлением просты. Они дают возможность экономить цветные металлы и высококачественные стали. Применение этих способов ограничивается наличием в деталях необходимого запаса металла.
Источник
Ремонт деталей способом пластической деформации (давлением): раздача, осадка, вдавливание, правка, накатка
Для восстановления деталей методом давления применяют обжатие, осаживание, вдавливание, накатку, вальцевание, правку. Стальные термически обработанные детали с низким содержанием углерода (до 0,3 %), а также детали из цветных металлов и сплавов деформируются без нагрева. Детали, изготовленные из стали с высоким содержанием углерода (более 0,3 %), а также с легирующими присадками, требуют, вследствие большого сопротивления деформации, предварительного нагрева.
При восстановлении давлением в нагретом состоянии стальных деталей со средним и высоким содержанием углерода, а также с различными легирующими присадками необходимо учитывать не только верхний предел нагрева, но и температуру конца пластического деформирования металла. Относительно низкая температура конца деформирования металла может привести к наклепу и появлению в металле трещин. Конечная температура при восстановлении деталей из углеродистой стали должна быть не ниже 800 °С, а из легированной — не ниже 825—875 °С.
Нагрев детали при восстановлении способом давления производится обычно в пламенных печах. Время нагрева, включая выдержку детали в печи в конце нагрева, необходимую для выравнивания температуры детали, можно ориентировочно определить по формуле:
, (76)
где D — диаметр детали, мм; к — коэффициент, равный для углеродистых сталей 12,5, для высоколегированных — 25. Правильный выбор температуры и скорости позволит избежать обезуглероживания поверхностного слоя детали и больших потерь металла в окалину.
При раздаче под действием силы Р увеличивается наружный диаметр детали в направлении деформации при практически неизменной ее высоте. Операция выполняется продавливанием пуансона, шарика и. т.п. При раздаче (рис. а) наружный диаметр детали увеличивается вследствие увеличения размера отверстия. Раздачей восстанавливают преимущественно цилиндрические полые детали, имеющие износ по наружному диаметру. Нормализованные детали подвергают раздаче в холодном состоянии, закаленные ТВЧ или цементированные — в нагретом с последующим восстановлением структуры термической обработкой. Усилие раздачи:
, (77)
где R и r — наружный и внутренний радиусы восстанавливаемой детали, мм; 
— предел текучести стали (Н).
Рис.54. Схема восстановления деталей пластическим деформированием: а — раздача; б — обжатие; в — осаждение; г — вытяжка
Восстановление деталей обжатием. Обжатием (рис.54,б) достигается уменьшение внутренних полых деталей путем изменения наружных размеров. Для обжатия втулок применяют приспособление, приведенное на рис.55
Рис.55. Приспособление для осаживания втулок: 1 — пуансоны; 2 — втулка; 3 — головка шатуна
Усилие обжатия можно определить по формуле:
, (78)
где F— площадь контакта между калибрирующим кольцом и цилиндром, см 2 ; рп — давление на наружную поверхность цилиндра, МПа; f = 0,18—0,34 — коэффициент трения при обжатии; большие его значения принимаются при больших деформациях.
Давление на наружную поверхность определяют по выражению:
, (79)
где 
— радиальное перемещение наружной стенки цилиндра, см; Е — модуль упругости (для стали Е = 2,2х10 5 МПа); r — радиус отверстия цилиндра до обжатия, см; R — наружный радиус цилиндра до обжатия, см; 
— коэффициент Пуассона (для низкоуглеродистых сталей = 0,28, для сталей с повышенным содержанием углерода = 0,29).
Обжатие следует выбирать с учетом получения после обжатия припуска 0,5—1 мм, необходимого для последующего растачивания и раскатывания или хонингования внутреннего диаметра цилиндра.
Восстановление деталей осаживанием. Осаживание применяютдля увеличения наружного диаметра сплошных деталей и уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет сокращения их высоты (рис.54, в).
Осаживанием восстанавливают различные шестерни, пальцы, втулки и другие детали. Втулки восстанавливают, не выпрессовы-вая их из сопряженной детали. В этом случае бронзовую втулку сверху и снизу сжимают по длине специальными пуансонами до тех пор, пока не уменьшится ее внутренний диаметр. Затем втулку растачивают по внутреннему диаметру или развертывают под соответствующий размер.
Давление, необходимое для осадки, в ньютонах:
, (80)
где 
— предел текучести материала детали при температуре осадки, Па; d — диаметр детали до осадки, м; h — высота детали до осадки, м; F—площадь поперечного сечения детали до осадки, м 3 .
Изношенные зубья шестерен восстанавливают вдавливанием в специальных штампах.
Принципиальная схема штампа для восстановления шестерен представлена на рис. 56
Рис.56. Принципиальная схема штампа для восстановления шестерен способом пластического деформирования: 1 — пуансон; 2 — ограничительное кольцо; 3 — шестерня; 4 — матрица; 5 — выбрасыватель; 6 — центрирующий конический вкладыш; 7 — разрезанная коническая пружинящая втулка
Основные операции технологического процесса восстановления шестерен: нагрев до 950°С (для сталей 35Х и 40Х) или 1100— 1160 °С (для сталей 25ХГТ, ЗОХГТ, 18ХГТ); установка шестерни на нижнюю половину штампа: опускание ползуна пресса и деформация шестерни.
Восстановление деталей вытяжкой. Вытяжка применятся для увеличения длины детали за счет уменьшения ее поперечного сечения. По схеме действия силы Р и направлению деформации вытяжка напоминает осадку и вдавливание (рис.54, г).
Восстановление деталей вдавливанием. Вдавливание применяют для увеличения наружных размеров деталей. Вдавливанием восстанавливают шлицевые валы и втулки, зубчатые колеса, шейки валов и другие детали. Сущность восстановления шлицев заключается в том, что металл при помощи инструмента клинообразной формы выдавливается из средней части шлица в сторону изношенных боковых поверхностей, что увеличивает его ширину до 1 мм на каждую сторону. Шлицевые поверхности подвергают вдавливанию в холодном состоянии и, в зависимости от твердости металлов, могут подвергать термической обработке.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Ремонт деталей с применением давления
Способ восстановления деталей давлением основан на пластической деформации металлов, то есть их способности изменять свою форму под давлением с нагревом или без него.
При восстановлении деталей без нагрева требуются большие нагрузки. Пластическая деформация металла происходит без изменения его структуры за счет сдвигов частиц внутри зерен (кристаллов). В результате изменяются механические свойства: снижается вязкость и повышается твердость.
При восстановлении деталей с нагревом до температуры, равной 0,8…0,9 температуры плавления, необходимое усилие значительно снижается. Пластическое деформирование детали происходит вследствие сдвига целых зерен металла. При этом изменяются структура и механические свойства материала. В результате горячей обработки давлением механические свойства металла иногда можно улучшить.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Преимущества способа обработки деталей давлением — простота, невысокая трудоемкость, низкая стоимость и хорошее качество ремонта без применения дополнительного материала. Недостатки — изменение механических свойств детали, нарушение термообработки при нагреве, затраты на нагрев и последующую термообработку, а также возможность появления трещин. Чтобы избежать появления трещин, часто после обработки деталей давлением их подвергают отжигу, нормализации или отпуску.
На практике применяют следующие виды восстановления деталей давлением: осадку, вдавливание, раздачу, обжатие, вытяжку и правку. Кроме того, большое распространение получили виды пластической деформации, изменяющие шероховатость и физико-механические свойства поверхностного слоя детали. К таким видам обработки относятся: обкатка и накатка роликами и шариками, ударно-вибрационные виды обработки, обдувка поверхностей и др.
Осадка. Направление действующей силы Рд не совпадает с направлением деформации 6, то есть не совпадает с направлением изменения формы детали. Этот способ применяют для увеличения наружного диаметра сплошных и полых деталей, а также для уменьшения внутренних диаметров полых деталей за счет уменьшения высоты.
Рис. 1. Схемы восстановления деталей давлением:
а — осадкой; б — вдавливанием; в — раздачей; г — обжатием; д — вытяжкой; е — правкой.
Осадкой в холодном состоянии часто восстанавливают бронзовые втулки верхней головки шатуна и другие детали. Осаживают втулки непосредственно в детали, если прочность ее достаточна, или в специальных приспособлениях под прессом. Осаживаемую втулку закладывают в кольцо, установленное на подставке. В масляные каналы и отверстия закладывают специальные вставки. Воздействуют на втулку через пуансон с усилием до 1 МН. Диаметр пальца 5 должен быть на 0,15…0,20 мм меньше, а кольца — больше окончательно обработанных размеров (припуск на обработку). Уменьшение высоты втулки не должно превышать 8…10% нормальной.
Вдавливание характеризуется тем, что направление действующей силы Рд, так же как и при осадке, не совпадает с направлением требуемой деформации б, но длина детали при этом не изменяется. Увеличение необходимого размера детали происходит за счет выдавливания материала из нерабочей части.
Вдавливанием восстанавливают тарелки клапанов, изношенные боковые поверхности шлицев на валах и в отверстиях, шаровые пальцы и др.
Восстановление изношенных шлицев по толщине вдавливанием происходит следующим образом. Изготавливают ролик из стали марки У10 и термически обрабатывают (закалка с отпуском) его до твердости HRC 50…52. С усилием не менее кН по всей длине шлица на его середине без нагрева детали продавливают роликом канавку.
Рис. 2. Схема осадки втулок
Рис. 3. Восстановление шлицев
Рис. 4. Схема восстановления поршневого пальца раздачей:
1 — основание; 2 — матрица; 3 — поршневой палец; 4 — пуансон.
Если восстанавливают -шлицы с твердостью выше HRC 30, то их подвергают высокому отпуску.
После вдавливания шлицев выполняют механическую обработку: шлицы валов протачивают по наружной поверхности и фрезеруют по боковым сторонам; шлицы отверстий растачивают и протягивают. При необходимости деталь термически обрабатывают до требуемой твердости и окончательно механически обрабатывают: шлифуют наружные и боковые поверхности шлицев на валах; шлифуют отверстия и калибруют боковые поверхности шлицев во втулках.
Раздача характеризуется тем, что направление действующей силы совпадает с направлением требуемой деформации. Раздачу применяют для восстановления втулок, полых пальцев, шлицевых и гладких валов, изношенных по наружной поверхности, и др. Раздача под постоянный размер заключается в пропрессовке через отверстие шарика или специальной оправки — пуансона.
Процесс раздачи поршневых пальцев тракторных двигателей выполняют в такой последовательности. Сортируют пальцы по размеру отверстия через 0,1 мм. Делают высокий отпуск в нейтральной или науглероживающей среде. Холодный или нагретый палец устанавливают в матрицу и основание. Под прессом продавливают пуансон соответствующего размера сквозь отверстие пальца. Припуск по наружному диаметру на последующую механическую обработку должен быть в пределах 0,1 мм. После раздачи необходимы закалка и отпуск, а если потребуется (слой цементации уменьшится более чем на 0,4 мм) — повторная цементация, закалка и отпуск, затем шлифование под нормальный размер, проверка твердости и контроль магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин.
Тонкостенные поршневые пальцы некоторых автомобильных двигателей раздают без термообработки (отпуска), но проверять их на отсутствие трещин обязательно.
Обжатие, так же как и раздача, характеризуется тем, что направление действующей силы Рд совпадает с направлением требуемой деформации б. В отличие от раздачи при обжатии происходит уменьшение размеров детали. Этот вид обработки применяют для восстановления деталей с изношенными внутренними поверхностями, уменьшение наружных размеров которых не имеет большого значения. Обжатием восстанавливают корпуса масляных насосов гидросистем тракторов, бронзовые втулки, наружные поверхности которых затем омедняют, проушины различных деталей и др.
Проушины звеньев гусениц под палец, вилки, рычаги обжимают с нагревом детали до температуры 850…950 °С в специальных приспособлениях.
Вытяжка. По направлению действующей силы Рд и направлению требуемой деформации б вытяжка напоминает осадку и вдавливание. Этот вид обработки применяют для удлинения тяг, стержней, штанг и других деталей в горячем состоянии за счет уменьшения их поперечного сечения. Наиболее широко вытяжку используют при восстановлении рабочих органов сельскохозяйственных машин: лемехов, культиваторных лап и др.
Правка применяется для деталей, в которых во время работы возникли остаточные деформации: изгиб, скручивание или коробление. Эти деформации происходят в результате механических повреждений при работе, неправильной разборки, сборки или хранения деталей, коробления при сварке и других причин.
Направление действующей силы Рд или крутящего момента при правке совпадает с направлением требуемой деформации. Правкой восстанавливают валы, оси, тяги, рычаги, шатуны, рамы и другие детали. В зависимости от размера и конструкции детали правят вхолодную и с нагревом.
Холодная правка, как правило, не дает устойчивых результатов, особенно для деталей сложной конфигурации. Например, деформации, устраненные в шатунах правкой вхолодную, под действием рабочей нагрузки быстро восстанавливаются до прежних размеров. Причина этого — сложение рабочих и остаточных напряжений, возникающих после правки. Чтобы получить более устойчивые результаты холодной правки, рекомендуется для устранения изгиба деталь выгибать под прессом в другую сторону на размер, в несколько раз больший, чем прогиб, и выдерживать в данном состоянии 1,5…2,0 мин. Правка дает хорошие результаты, но значительно снижает усталостную прочность детали из-за больших остаточных напряжений, возникающих в местах перехода от одного сечения к другому. Поэтому применять такую правку для ответственных деталей сложной конфигурации (шатуны, коленчатые валы и Др.) нельзя. Подобные детали сразу после холодной правки нагревают до температуры 400…450 °С и выдерживают 0,5…1,5 ч. Чем больше деталь, тем больше выдержка. Стабилизирующий нагрев почти полностью снимает остаточные напряжения. Если деталь подвергалась отпуску (при последней термической обработке) при температуре ниже 500 °С, то после правки ее нагревают до температуры 200…250°С и увеличивают продолжительность выдержки.
Правка с подогревом применяется для устранения больших деформаций коротких деталей (рычагов, кронштейнов и др.). Места прогиба детали нагревают до температуры 600…800 °С и в последующем термически обрабатывают.
Правят детали под прессом, укладывая их на призмы или подставки так, чтобы наибольший прогиб находился посредине и был обращен к штоку пресса. Для защиты рабочих поверхностей от повреждения на призмы и под шток пресса кладут прокладки из мягкого материала.
Детали сложной конфигурации и рамы правят в специальных приспособлениях, а также при помощи цепных схваток, прокладок и переносных гидравлических, винтовых и рычажных прессов. Нагревают детали паяльными лампами, газосварочными горелками и др.
Поверхностный наклеп. Некоторые детали, например листы рессор, коленчатые валы и ряд других, правят поверхностным наклепом.
Сущность этого способа заключается в том, что молотком с закругленной головкой наносят удары один за другим по одной линии на вогнутой стороне детали. В процессе наклепа поверхностные слои металла вытягиваются и вызывают обратный прогиб.
Для правки коленчатых валов наклепом применяют специальный пневматический молоток. Коленчатый вал устанавливают в призмы на плите. Угловым бойком, передающим усилие от молотка, наносят удары по соответствующей щеке коленчатого вала в зависимости от направления прогиба. Исправление прогиба контролируют индикатором, установленным у средней шейки вала.
Рис. 5. Схема правки поверхностным наклепом
Рис. 6. Схема зон и направления ударов наклепа в зависимости от прогиба коленчатого вала.
Правка поверхностным наклепом упрощает процесс, повышает производительность и обеспечивает высокое качество.
Поверхностная обработка обкаткой (раскаткой) шариком или роликом применяется как финишная операция для получения высокого класса шероховатости поверхности. Сущность ее состоит в том, что под давлением деформирующего элемента выступы шероховатости (микронеровности) пластически деформируются (сминаются), заполняя впадины обрабатываемой поверхности. Методом обкатки можно получить шероховатость обрабатываемой поверхности до 12-го класса, при этом повышаются твердость и износостойкость верхнего слоя металла. В качестве рабочих элементов используют стандартные шарики и ролики выпускаемых подшипников качения в специально изготовленных оправках.
Обкатку и раскатку применяют при ремонте для окончательной обработки цилиндров, валов, отверстий шатунных втулок, отверстий корпусных деталей, фасок клапанов и клапанных гнезд и других деталей.
Источник