Особенности механической обработки деталей при ремонте
К механическим видам обработки относятся главным образом такие, которые связаны с применением лезвийного инструмента (в том числе и абразивного), а к электрическим — электрохимический, электроабразивный, электроконтактный, электроэрозионный и др.
Механическая обработка при ремонте и восстановлении деталей имеет много общего с обработкой, применяемой при изготовлении новых деталей. Например, цилиндрические наружные поверхности можно получить обтачиванием, шлифованием, притиранием, полированием и деформированием, а внутренние — сверлением, развертыванием, растачиванием, притиранием, хонингованием, шлифованием, прошивкой и др. Плоские поверхности получают строганием, фрезерованием, опиливанием, шабрением, шлифованием и полированием.
Однако при ремонте и восстановлении деталей машин эти процессы имеют и некоторые особенности: у деталей приходится снимать обработкой неравномерный по толщине слой металла, так как изношенные детали обычно имеют неправильную геометрическую форму, а после наращивания — разный по толщине припуск на обработку. Кроме того, после некоторых способов наращивания (например, электроимпульсный, гальванический, некоторые виды наплавки и др.) поверхностный слой детали обычно имеет высокую твердость, что требует использования особых режимов резания и инструмента.
Большое разнообразие деталей и видов выполняемых работ при нецентрализованном и сравнительно небольшом общем объеме механической обработки приводит к необходимости использовать ограниченную номенклатуру станочного оборудования, применяя различные приспособления и инструменты.
У деталей в ряде случаев отсутствуют или повреждены базовые поверхности, относительно которых проводилась обработка деталей при их изготовлении. Поэтому требуется особый подход к выбору баз при установке деталей для обработки.
Выбор установочных баз. Установочные базы (поверхности), определяющие положение обрабатываемой детали относительно инструмента, подразделяют на основные и вспомогательные. Основные базы — это поверхности, определяющие положение детали в комплектной группе. Вспомогательные базы — специально созданные поверхности, определяющие положение детали при обработке. Эти базы могут быть в виде поверхностей центровых отверстий, специальных поверхностей, поясков у отверстий и т. д. Например, у коленчатого вала основными базами являются коренные шейки и посадочные места под маховик и шестерню, вспомогательными базами — центровые отверстия или пояски у краев отверстий.
Использование вспомогательных баз. Для установки деталей при обработке в первую очередь используют вспомогательные базы. Иногда поверхности вспомогательных баз могут быть деформированы. Поэтому перед установкой детали на станок они должны быть проверены и исправлены.
Если вспомогательные базы у деталей отсутствуют, а использовать изношенные основные поверхности не представляется возможным, приходится создавать временные вспомогательные базы. Для этого в зависимости от твердости материала и конструкции детали делают новые центровые отверстия в самой детали или в припаянных пробках из мягкой стали, либо протачивают центровые фаски у края внутренней поверхности отверстий (у валиков коромысел, поршневых пальцев, шкворней поворотных цапф) и т. д.
Использование наименее изношенных основных баз. Если у деталей вспомогательные базы отсутствуют, а создать их вновь не представляется возможным, то используют вначале наименее изношенные основные базы; затем обрабатывают одну из изношенных поверхностей и, используя ее как основную, обрабатывают остальные. Этот метод применим к таким деталям, как промежуточные (втулки, корпуса подшипников, ступицы) и базисные (корпуса коробок передач и заднего моста, блоки).
Использование вспомогательных баз сопрягаемой детали. Для этого необходимо обеспечить жесткую посадку обрабатываемой детали на сопрягаемой и использовать базу последней. Например, тормозной барабан автомобиля закрепляют на ступице колеса, которая жестко посажена на конусах оправки, установленной в центрах станка. В качестве базы для установки барабана используют внутренние поверхности наружных колец конических подшипников, впрессованных в ступицу.
Приспособления к токарным и сверлильным станкам. В ремонтных предприятиях наибольшее распространение получили токарно-винторезные и сверлильные станки. Для обработки на этих станках широкой номенклатуры деталей разнообразной формы и с различными установочными базами необходимо иметь специальные приспособления, которые должны обеспечить правильное закрепление деталей.
Приспособления для токарно-винторезных станков можно подразделить на следующие:
1) Шпиндельные приспособления закрепляют на шпинделе путем навертывания на его резьбу или вставляя в его конусные отверстия. К этому виду приспособлений относятся трех — и четырехкулачковые патроны. Трехкулачковые патроны используются главным образом при изготовлении деталей из заготовки. Они не обеспечивают точной установки. Четырехкулачковый патрон может обеспечить точность установки, но для этого требуется значительное время для выверки. Этих недостатков лишены цанговые патроны различных конструкций для крепления втулок при обработке их внутренних поверхностей, цанговые оправки для закрепления полых деталей (втулки, стаканы и корпуса подшипников и т. д.) при обработке наружных поверхностей.
2) Планшайбовые приспособления применяют для быстрой и точной установки на токарный станок деталей сложной конфигурации. С помощью этих приспособлений можно обрабатывать корпуса подшипников, ведущие диски главного фрикциона, детали водяного насоса и пр.
Центровые приспособления (в виде оправки), устанавливаемые в центры станка, используют для обработки наружных поверхностей пустотелых деталей (различные втулки, стаканы подшипников и др.).
На сверлильных станках для расточки внутренних и обточки наружных поверхностей используют резцовые оправки. Режимы резания. Обработку лезвийным инструментом деталей на ремонтные размеры перед восстановлением и обработку наращенных поверхностей ведут на режимах, применяемых в промышленности, с использованием скоростного резания, работы на больших подачах и т. д.
Обработка резанием поверхностей деталей, восстановленных наплавкой и сваркой, а также после хромирования и железнения, осложняется из-за их более высокой твердости и наличия больших неровностей и различных шлаковых включений, окислов, раковин и пор.
Рассверливание изношенных отверстий может осуществляться индивидуально, координатно или совместно в зависимости от технических требований.
Индивидуально отверстия рассверливают в том случае, когда несущественна точность их расположения относительно друг друга. У некоторых деталей оси всех отверстий как основной, так и сопрягаемой детали взаимосвязаны, смещение осей недопустимо и нельзя нарушить взаимозаменяемость. Такие отверстия рассверливают координатно с помощью кондукторов, сохраняя у них расстояния как между осями, так и от базовых поверхностей.
Например, кондукторные плиты используют для сверления отверстий в блоках двигателей под болты кожуха маховика после постановки пробок, для сверления отверстий во фланцах коленчатых валов и др.
Совместное рассверливание применяют для деталей, скрепляемых болтами и имеющих установочные штифты. При износе отверстий под штифты (в задней балке, в кожухе муфты сцепления и др.) детали совмещают штифтами, скрепляют болтами, убирают штифты и совместно рассверливают или развертывают изношенные отверстия.
Развертывание изношенных отверстий применяют как конечную операцию после рассверливания или растачивания и как самостоятельную операцию при малых величинах припуска на обработку. Развертывают отверстия под установочные штифты, болты и шпильки, отверстия на ремонтный размер в бобышках поршня и т. п.
На ремонтных предприятиях используют как нерегулируемые — для работы на станках, так и регулируемые развертки — для работы вручную.
Шлифование является наиболее распространенным способом чистовой обработки восстанавливаемых деталей, когда требуется получить точность 6, 7 и 8 квалитетов и шероховатость поверхности порядка 0,2. 0,6 мкм.
После шлифования наружные цилиндрические поверхности можно обрабатывать (полировать) абразивными и алмазными бесконечными лентами на том же станке с помощью специального приспособления.
Полирование абразивными и алмазными бесконечными лентами дает возможность получить шероховатость поверхности выше исходной, обрабатывать не только основную цилиндрическую поверхность, но и радиусы перехода у галтелей.
Притирка пастами обеспечивает шероховатость поверхности от 0,08 мкм до 0,025 мкм и точность в пределах 1. 3 мкм. Эту операцию применяют для удаления небольших износов с поверхности особо точных деталей (плунжерных пар), а также для точной подгонки одной детали к другой.
Процесс ведется притирами из перлитного чугуна с использованием паст Государственного оптического института (ГОИ), содержащих зерна окиси хрома.
Хонингование и суперфиниширование применяют для получения поверхности с малой шероховатостью. При хонинговании абразивные бруски закрепляют в головке, которая совершает вращательное и возвратно-поступательное движение. Хонингование используют для обработки внутренних поверхностей, например для обработки поверхности гильз и цилиндров, нижней головки шатуна и т. д. Шероховатость поверхности после хонингования подходящая. Наружные поверхности обрабатывают колеблющимися и одновременно движущимися вдоль вращающейся детали брусками (суперфиниширование). В процессе хонингования и суперфиниширования деталь обильно поливают охлаждающей жидкостью.
Алмазное хонингование применяют при обработке поверхностей стальных, чугунных деталей и чистовой обработке хромовых и железных покрытий. Алмазное хонингование улучшает чистоту поверхности на два класса и точность обработки в 1,5. 2 раза по сравнению с абразивным.
Перспективными операциями для получения высокого класса чистоты и упрочнения при обработке поверхностей после наращивания являются также методы поверхностного пластического деформирования раскатками (шариковыми и роликовыми) или выглаживанием с помощью приспособлений.
При выглаживании упрочняется поверхностный слой и на 2. 4 класса снижается шероховатость поверхности по сравнению с исходной. При выглаживании и упрочнении в качестве смазочно-охлаждающей жидкости используют масло. При алмазном выглаживании алмаз впаивается в оправу.
Восстановление и ремонт резьбовых поверхностей. Изношенные резьбовые поверхности на валах восстанавливают электродуговой или газовой наплавкой вручную с последующим нарезанием резьбы номинального размера. На валах с резьбой более можно применять вибродуговую наплавку по впадинам резьбы в среде пара без предварительной проточки. При ручной наплавке старую резьбу следует удалить проточкой для улучшения качества наплавленного слоя.
Изношенную резьбу в отверстиях деталей восстанавливают постановкой резьбовых спиральных вставок. Технология состоит из рассверливания резьбового отверстия на больший диаметр, нарезания резьбы в отверстии под резьбовую вставку, ввертывания спиральной вставки в отверстие детали монтажным ключом, удаления технологического поводка у вставки специальным бородком, контроля восстановленной резьбы.
Постановка резьбовых вставок увеличивает ресурс и надежность резьбовых соединений, особенно в алюминиевых и чугунных деталях.
Ремонтируют также изношенные резьбы на валах проточкой и нарезанием резьбы уменьшенного ремонтного размера, а в отверстии расточкой (или сверлением) и нарезанием резьбы увеличенного размера. При рассверливании, если допускается смещение оси отверстия, сверло направляют по старому отверстию. Если же ось нельзя смещать, то пользуются кондукторными приспособлениями. После нарезания резьчатая шпилька: ввертыша (пробки) в отверстия увеличенного размера ставят соответствующего размера болты или шпильки.
В ряде случаев, когда отверстие в сопрягаемой детали нельзя увеличить, шпильки изготовляют ступенчатыми. Если резьбу в отверстии на больший размер нарезать нельзя, устанавливают резьбовые пробки, в которых изготовляют резьбу номинального размера.
Изношенные резьбовые отверстия в стальных и алюминиевых деталях можно полностью заварить и обработать под номинальную резьбу. Для восстановления плотности резьбового соединения применяют клеи и составы на основе эпоксидных смол, вводя их в сопряжение при завертывании.
Ремонт трещин в корпусных деталях фигурными вставками. Технология постановки фигурных вставок состоит из подготовки детали под вставку, установки ее и зачистки отремонтированной поверхности.
Фигурные вставки в виде профилированной ленты из малоуглеродистой стали бывают двух видов: уплотняющие и стягивающие.
Электрические методы обработки. Для обработки высокотвердых поверхностей после наращивания (наплавка высокотвердыми электродами, порошковыми электродами, железнение, плазменное напыление, хромирование и др.) все большее распространение начинают получать электрические методы обработки.
Электрохимическая обработка — это процесс анодного растворения металла с поверхности детали. Процесс мало зависит от твердости, прочности и других механических свойств обрабатываемого металла.
Источник
Ремонт деталей механической обработкой.
a) Способ ремонтных размеров. Сущность способа заключается в том, что одну из изношенных деталей сопряжения, обычно наиболее трудоемкую, подвергают механической обработкой до заранее установленного размера с целью придания ей правильной геометрической формы и получения требуемой шероховатости поверхности, а другую деталь заменяют новой или заранее отремонтированной до этого же ремонтного размера, что обеспечивает первоначальную посадку в сопряжении.
Применяют свободные и стандартные ремонтные размеры. В качестве свободного ремонтного размера принимается ближайший размер ремонтируемой детали, позволяющий получить требуемую геометрическую форму и шероховатость поверхности. Преимуществами свободных ремонтных размеров являются минимальная трудоемкость механической обработки и максимальное количество ремонтных размеров. Недостатки этого способа:
§ Нельзя изготовить другую деталь сопряжения, пока не отремонтирована более трудоемкая.
§ Исключается взаимозаменяемость деталей.
Стандартные ремонтные размеры устанавливают заблаговременно, определяют их количество и численные значения. Под эти размеры выпускаются комплекты запасных частей. Положительными сторонами способа ремонтных размеров являются: увеличение срока службы и простота технологии ремонта более дорогой и трудоемкой детали сопряжения; возможность заранее изготовить заменяемую деталь сопряжения. К отрицательным сторонам способа относятся необходимость в замене сопряженной детали; наличие нескольких ремонтных размеров деталей, что вызывает эксплуатационные неудобства и необходимость иметь лишний резерв запасных частей. Этот способ широко применяют при ремонтах компрессоров, ДВС, цилиндровых втулок насосов, коленчатых валов, зубчатого венца стола ротора и т.д.
b) Способ дополнительных ремонтных деталей. Этот способ заключается в использовании дополнительных ремонтных деталей, которые закрепляют непосредственно на изношенной поверхности. Толщина дополнительных ремонтных деталей обычно значительно превышает величину износа ремонтируемых деталей, в связи с чем перед установкой дополнительной детали необходимо удалить с изношенной поверхности слой металла. При восстановлении концевой шейки вала, обрабатывают её до меньшего размера и напрессовывают втулку, а затем производят механическую обработку до первоначального размера и шероховатости поверхности. Изношенные отверстия растачивают под больший размер и запрессовывают ремонтную втулку, которую обрабатывают до номинального размера отверстия детали. Недостаток рассматриваемого способа ремонта заключается в уменьшении механической прочности основной детали, вследствие механической обработки.
c) Способ замены части детали. Этот способ заключается в удалении изношенной части детали и присоединении вместо неё дополнительной части детали. Заменяемая часть детали соединяется с основной при помощи сварки, резьбы, клея и других способов, после чего производится её механическая обработка. К недостаткам этого способа следует отнести сложность подобного ремонта для термически обработанных деталей.
d) Ремонт деталей давлением. Ремонт деталей давлением заключатся в восстановлении первоначальных размеров рабочих поверхностей пластическим деформированием за счет перераспределения материала детали. В процессе деформирования материал детали вытесняется с рабочих участков на изношенные поверхности, в результате чего восстанавливается форма и размеры этих поверхностей. При ремонте деталей давлением необходимо, чтобы выполнялись следующие основные требования:
§ Наличие запаса материала на нерабочих участках ремонтируемой детали.
§ Достаточная пластичность материала.
§ Механические свойства отремонтированной детали должны быть не ниже, чем у новой.
§ Объемы механической и термической обработки должны быть минимальными.
§ При ремонте этим способом закаленных или поверхностно упрочненных деталей необходимо предварительно произвести отпуск или отжиг детали.
Детали из непластичных материалов (чугун), а также детали с малыми запасами прочности и сложной конфигурации ремонтировать давлением невозможно. На процесс пластического деформирования детали большое влияние оказывает химический состав металла, характер структуры, содержание примесей и размер зерна. Наибольшей пластичностью обладают химически чистые металлы. Температура нагрева детали в значительной мере влияет на сопротивление деформированию. Применяют следующие методы ремонта давлением деталей:
1) Осадка применяется для увеличения нагруженных размеров сплошных и полых деталей за счет снижения их высоты. При осадке направление внешней силы действующей по вертикальной оси, не совпадает с направлением деформации.
2) Обжатие используется для уменьшения размера внутренней поверхности полой детали за счет уменьшения размера её наружной поверхности. При обжатии направление действующей силы совпадает с направлением требуемой деформации, происходит перемещении материала от периферии к центру.
3) Раздача применяется для увеличения наружных размеров детали при сохранении или незначительном изменении её высоты. При этом направление действующей силы совпадает с направлением требуемой деформации, и металл перемещается от центра к периферии.
4) Вытяжка применяется для увеличения длины детали за счет местного сужения её поперечного сечения на небольшом участке. При вытяжке направление действующей силы не совпадает с направлением требуемой деформации.
5) Накатка применяется для увеличения наружных или уменьшения внутренних размеров детали за счет выдавливания металла на отдельных участках поверхностей. При накатке направление действующей силы противоположно направлению требуемой деформации.
6) Правка применяется для восстановления формы деформированных деталей. При правке направление действующей силы совпадает с направлением деформации. Применяется правка статическим нагружением и наклёпом. Правку статическим нагружением осуществляют на прессах. Её недостатком является трудоемкость получения стабильной формы из-за обратного последействия, снижения усталостной прочности и уменьшения несущей способности детали. Для стабилизации правки статическим нагружением применяют нагрев или двойную правку, т.е. деталь перегибают в противоположную сторону, а затем повторной правкой её выпрямляют. Правка деталей наклепом позволяет вести процесс в требуемом направлении и на любом участке детали. Она осуществляется молотами. Преимуществами ремонта деталей давлением является высокое качество восстановления, использование стандартного оборудования, отсутствие потребности в наращивании металла, т.е. экономичность. Недостатками способа являются: ограниченная номенклатура деталей, необходимость в некоторых случаях в повторной термической обработке и необходимость в специальной оснастке для ремонтируемых деталей каждого типоразмера. На ремпредприятиях нефтяной и газовой промышленности указанный способ используют для ремонта изношенных бронзовых втулок подшипников скольжения, шестерен, различных полых деталей, шеек валов под подшипниками качения, для правки изогнутых труб и штанг, скрученных валов.
Ремонт деталей пайкой.
Пайкой называется процесс образования неразъемного соединения нагретых поверхностей металла, находящихся в твердом состоянии, при помощи расплавленных сплавов (припоев), имеющих меньшую температуру плавления по сравнению с температурой плавления основного металла. Расплавленный припой заливается в зазор между поверхностями и прочно соединяет их после охлаждения. В качестве припоя используются металлы и сплавы, обладающие способностью хорошо смачивать соединяемые поверхности. Пайка делится на низкотемпературную, при которой нагрев в месте контакта соединяемых материалов и припоя не превышает 450 0 С и высокотемпературную. Для низкотемпературной пайки применяются оловянно — свинцовистые припои ПСО-30,40, 50, 60 и другие с температурой плавления 220-280 0 С. Эти припои используются для соединения в неответственных местах. Предел прочности на растяжение равен 2,8-3,2 кгс/мм 2 . для высокотемпературной пайки в качестве припоев используют медь, серебро, никель и сплавы на их основе. Чаще используют медно-цинковые припои марок ПМЦ-36, 40, 54 с температурой плавления 800-900 0 С. Указанные припои позволяют получать швы с пределом прочности на растяжение 30-35 кгс/мм 2 . для получения высокопрочных соединений изделий из чугуна, стали или меди, работающих при динамических нагрузках, в качестве припоя часто применяют латунь марки Л62 или Л68. предел прочности этих соединений на растяжение составляет 30-32 кгс/мм 2 . процесс пайки включает в себя подготовку соединяемых поверхностей, их прогрев до температуры плавления припоя и заполнения им рабочего шва. Перед пайкой соединяемые поверхности тщательно очищаются от загрязнений и окислов. Для этого применяют механическую обработку, обезжиривание в щелочах и травление в кислотах. Для защиты соединяемых поверхностей и удаления окислов в процессе пайки применяют порошкообразные и жидкие флюсы – при низкотемпературной пайке применяют хлористый цинк; при высокотемпературной – бура 30% и 20% борной кислоты. Для расплавления припоя и нагрева поверхностей применяют газовые горелки, паяльные лампы или ТВЧ и электропаяльники (низкотемпературная пайка). Пайку применяют для ремонта деталей, имеющих механические повреждения чаще всего для устранения трещин.
Ремонт деталей перезаливкой антифрикционными сплавами.
Антифрикционные сплавы широко используются для заливки подшипников скольжения, с целью снижения трения и уменьшения износа шеек вала. Для этих целей применяют высокооловянистый баббит, свинцово-оловянистые, никелевый и теллуровый баббиты БН и БТ, свинцовистую бронзу и др. процесс ремонта подшипников перезаливкой антифрикционным составом состоит из подготовке подшипника к заливке, плавки баббита, заливки подшипника баббитом и механической обработки подшипника с последующим контролем. Обезжиривание подшипников производится в растворе каустической соды при температуре 80-90 0 С в течении 10 минут. Для защиты от окисления поверхность подшипника покрывают флюсом, в качестве которого используют раствор хлористого цинка в воде. Затем производят лужение или натирание поверхности подшипника припоем ПОС 30-40. после лужения сразу начинают заливку баббитом расплавленным в электротиглях. Заливку баббитом производят в формы или центробежным способом. К недостаткам заливки в формы следует отнести низкую производительность и повышенный расход баббита. Более совершенной является центробежная заливка, осуществляемая в специальном приспособлении. После заливки подшипники растачивают и контролируют.
Ремонт деталей полимерными покрытиями.
Способ ремонта заключается в нанесении слоя полимерного материала на изношенную поверхность детали. Существуют различные методы нанесения и выбор определяется природой полимера, его физическим состоянием при нанесении, толщиной покрытия, габаритными размерами и формой детали. При нанесении покрытий из расплавов полимеров применяют метод прессования и литье под давлением.
Прессование осуществляется на гидравлических или механических прессах. Для прессования используют поршни из термореактивных полимеров. Основные параметры процесса прессования – температура, давление и время выдержки.
Литье под давлением применяется для нанесения покрытий из термопластичных материалов, которые при нагревании переходят сначала в пластическое, а затем в вязко-текучее состояние, а при охлаждении вновь в твердое. Ремонтируемую деталь очищают, обезжиривают, устанавливают в пресс-форму. Собранную пресс-форму вместе с деталью устанавливают на литьевой машине, а гранулы полимерного материала засыпают в бункер литьевой машины.
При формировании покрытий из растворов полимеров материал наносят распылением, окунанием, шпателем или центробежным способом.
При использовании парниковых полимерных материалов применяют электростатический, струйный и вихревой способы нанесения. При электростатическом распылении на головку распылителя подается постоянный ток высокого напряжения (положительного знака). Частицы полимера при прохождении через неё приобретают заряд и под действием электрического поля движутся к детали, заряженной отрицательным знаком и оседают на ней. Этот способ позволяет управлять процессом нанесения покрытия, что обеспечивает его автоматизацию.
Сущность струйного напыления заключается в нанесении порошка на предварительно нагретую деталь из пневматического распылителя. Способ простой, производительный и позволяющий получать покрытие хорошего качества.
При вихревом нанесении деталь, нагретая выше температуры плавления полимера погружается в ванну, в которой порошок полимера находится во взвешенном состоянии. Частицы, соприкасаясь с горячей деталью, оседают на ней, прилипают к поверхности. После удаления из ванны и дополнительного нагрева детали, прилипшие частицы полимера расплавляются и растекаются по поверхности, образуя ровное покрытие.
Преимущества ремонта деталей полимерными покрытиями:
§ Простота технологического процесса.
§ Высокая химическая стойкость покрытия.
§ Достаточно высокая износостойкость покрытия.
§ Невысокая теплостойкость (не более 200-250 0 С)
Источник