Рнс. 6.1. Закономерности упрочнения металла в

результате пластической деформации:

σ — предел прочности; 6 — пластичность; λ. — степень

деформации

 

КЛАССИФИКАЦИЯ И ВИДЫ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

Способ восстановления деталей пластической деформацией исполь­зуется в ремонтной практике в трех случаях:

для получения требуемых разме­ров изношенных поверхностей дета­лей;

для исправления геометрической формы деформированных деталей;

для восстановления определенных механических характеристик мате­риала деталей.

На рис. 6.2 приведена классифика­ция способов восстановления дета­лей пластической деформацией, ко­торые в той или другой мере исполь­зуются на ремонтных предприятиях. В соответствии с приведенной клас­сификацией рассмотрим принципи­альные технологические особенности и область применения каждого вида обработки деталей пластической де­формацией.

Рис. 6.2. Классификация способов восстановления деталей пластической деформацией

Восстановление размеров изно­шенных поверхностей деталей. Вос­становление размеров изношенных поверхностей осуществляется пере­мещением части материала из нера­бочих участков детали к ее изношен­ным поверхностям. В зависимости от направления внешней действующей силы и направления деформации различают следующие разновидно­сти способа восстановления: осадку, раздачу, обжатие, вдавливание, на­катку.

Осадку применяют для увеличения наружного диаметра сплошных и внутреннего диаметра полых дета­лей, а в отдельных случаях при вос­становлении деталей типа втулок до­стигают изменения обоих диаметров одновременно. При осадке (табл. 6.1) направление действия внешней силы Р перпендикулярно к направлению деформации δ. Давление, необходимое для осадки в ньютонах,

где σ_Т— предел текучести материала детали яри температуре осадки, Па; d — диаметр де­тали до осадки, м; h — высота детали до осад­ки. м:F — площадь поперечного сечения дета­ли до осадки, м².

В процессе осадки происходит уко­рочение деталей. Уменьшение длины втулки, вследствие осадки, ориенти­ровочно допускается на 8 — 15 % от номинального размера. Приблизи­тельно считают допустимым умень­шение высоты легко нагруженных втулок на 10— 15 %. Точные допустимые пределы уменьшения длины втулок определяют расчетом исходя из условий работы восстанавливае­мой детали.

Наиболее часто осадкой восста­навливают втулки из цветных спла­вов. Осадку осуществляют следую­щим образом. В осаживаемую втулку 3{рис. 6.3) вставляют калиброванный палец 2, диаметр которого на 0,2 мм меньше диаметра окончательно об­работанного.отверстия втулки. Затем втулку 3 вместе с пальцем уста­навливают в приспособление для осадки. Давлением Р пресса до упо­ров 1 и. 5 в кольцо 4 втулка осажива­ется, заполняя зазор между пальцем и изношенной поверхностью. После этого ее подвергают механической обработке под требуемый размер. Восстановленные осадкой втулки получаются по длине на 2 — 3 мм меньше номинала, в результате чего давление на втулку в процессе экс­плуатации увеличивается.

Данным способом можно восстанавливать втулки различных конст­рукций, имеющие на поверхности шпоночные канавки или прорези, бурты, днища, расположенные на од­ном из концов детали. Для сохране­ния первоначальных отверстий, про­резей, выступов в них устанавливают специальные вставки по форме и раз­мерам этих элементов.

Таблица 6.1. Виды восстановления деталей давлением

Если деталь, сопряженная со втул­кой, имеет достаточную прочность, например верхняя головка шатуна, то перед осадкой восстанавливаемую втулку можно не выпрессовывать. В этом случае часть сопряженной со втулкой детали выполняет роль свое­образной матрицы (рис. 6.4). Восста­навливаемую втулку 2, расположенную в головке шатуна 3, снизу и свер­ху сжимают по длине специальными пуансонами / до тех пор, пока не уменьшится ее внутренний диаметр до требуемых размеров. Затем втул­ку растачивают или разворачивают под соответствующий размер.

Способом осадки можно восста­навливать и сплошные детали, на­пример толкатели клапанов двигате­ля (при износе стержня), шлицевые участки полуосей.

Раздача заключается в увеличе­нии наружных размеров полых деталей в результате увеличения их внут­ренних размеров. При раздаче на­правление прикладываемой внешней cилы совпадает с направлением де­формации (табл. 6.1).

Давление, необходимое для разда­чи детали,

,

где D и d — соответственно наружный и внут­ренний диаметры детали,

Восстановление раздачей осуще­ствляется при холодном и нагретом состоянии деталей. При холодной раздаче восстанавливаемые детали, имеющие химико-термическую обра­ботку, предварительно подвергают Отжигу либо высокотемпературному отпуску. Раздачу выполняют специ­альными стальными или твердосп­лавными прошивками, дорнами, ша­риками. После раздачи восстанавли­вают первоначальную химико-терми­ческую обработку и проводят меха­ническую обработку деталей.

                                    

 

Рис. 6.3. Восстановление втулок осадкой       Рис. 6.4. Восстановление втулок осадкой без выпрессовки

На ремонтных предприятиях страны и за рубежом холодной раздачей восстанавливают поршневые пальцы ДВС, шипы крестовин карданных шарниров, трубы рулевой колонки.

Технология восстановления поршневых пальцев раздачей в холодном состоянии состоит из следующих опе­раций: сортировки на две группы по внутреннему диаметру пальцев (в каждую группу входят пальцы, отли­чающиеся по размерам не более чем на 0,3 мм); высокотемпературного от­пуска; раздачи под прессом сфериче­скими прошивкамн либо шариками {разница диаметров деформирующе­го инструмента и внутренних отвер­стий пальцев в пределах 0,45 — 0,8 мм); закалки пальцев в соляной ванне или токами высокой частоты до твер­дости ИКС 58 — 0,8 мм; контроля на наличие трещин и размеров; механи­ческой обработки пальцев (бесцент­ровое шлифование с последующим суперфинишем и полированием).

Аналогичная схема технологиче­ского процесса разработана и для восстановления крестовин кардан­ных шарниров холодной раздачей.

Крестовины после мойки и дефектации подвергают отжигу в шахтной цементационной печи СШЦМ-6.12/9-М. После отжига осуществляют механи­ческую обработку масляных каналов шипов зенкерами и фрезами на пере­оборудованной полуавтоматической установке модели УВК.-1. Механиче­ской обработкой отверстий решают­ся две задачи: получение калибро­ванных масляных каналов одного ди­аметра, что позволяет использовать деформирующий инструмент неиз­менного диаметра для одного типо­размера крестовин и, кроме того, до­стичь концентричности наружной и внутренней цилиндрических поверх­ностей шипов крестовин, что в даль­нейшем обеспечит равномерность раздачи подлине.

Непосредственно раздача осуще­ствляется твердосплавным дорном при обильной подаче смазочно-охлаждающей жидкости в зону дефор­мации. Усилие для деформирования материала шипа не превышает 110 кН, а время цикла раздачи лежит в пре­делах 45 с. Увеличение наружного ди­аметра шипов крестовин после раз­дачи — 0,30 — 0,35 мм, при этом ли­нейные размеры детали не изменяются. Установка для раздачи рабо­тает а автоматическом режиме и обеспечивает восстановление кре­стовин карданных шарниров с диа­метром шипов 15 — 45 мм и длиной 57 — 165 мм.

После раздачи крестовины прохо­дят цикл химико-термической обра­ботки — цементацию, закалку и низ­котемпературный отпуск. Механиче­ская обработка розданных крестовин заключается в черновом и чистовом шлифовании шипов по наружному диаметру и по торцам.

Холодной раздачей можно восста­навливать крестовины с износом по наружному диаметру, не превышаю­щим 0,3 мм. Кроме того, не обеспечи­вается восстановление износа шипов крестовин по торцам. Данные недо­статки процесса холодной раздачи не позволяют, рекомендовать его для централизованного восстановления таких деталей, как крестовины кар­данов.

При горячей обработке давлением определенное влияние на физико-ме­ханические свойства оказывает тем­пература нагрева, которая зависит от химического состава сплава. При восстановлении горячей обработкой давлением (раздачей) такие пара­метры, как скорость и температура нагрева, влияют на качество поверх­ности деталей.

Температура начала обработки не должна вызывать пережога или пере­грева металла. Необходимо прини­мать меры по предотвращению обе­зуглероживания поверхностного слоя деталей, особенно цементиро­ванных. В табл. 6.2 приведены данные по температуре нагрева в процессе раздачи деталей в горячем состоя­нии.

В зависимости от размера и места износа, а также формы раздаваемой детали проводят общий или местный нагрев. В последнем случае нагрева­ют только восстанавливаемую часть детали. Для общего нагрева исполь­зуют печи, а для местного — токи вы­сокой частоты. Распространен эф­фективный локальный нагрев отно­сительно небольших объемов метал­ла в результате действия (рис. 6.5) сил трения. При этом механическая энергия, подводимая к инструменту дорну, преобразуется в тепловую не­посредственно в месте его контакта с деталью.

Таблица 6.2. Температурный интервал при горячей обработке давлением деталей из сплавов

Химический состав спла­ва	Температура начала обработки, °С	Темпера­тура кон­ца обработки, °С
Углеродистый:
С до 0.35%	1200 — 1150	800—850
С 0,3 — 0,5 %	1150 — 1100	800—850
С 0,5 — 0,9 %	1100— 1050	800—850
Низколегированный	1100	825—850
Среднелегированный	1100— 1150	850—875
Высоколегированный	1150	875-900
Сплав на основе меди:
Бронза	850	700
Латунь	750	600

В призму 7 устанавливают изно­шенную крестовину 5, которую фик­сируют в направляющих пазах приз­мы при помощи штока 2 пневмоцилиндра 1таким образом, чтобы ось отверстия восстанавливаемого шипа 4 совпала с осью вращения дорна 5 (инструмента). В качестве дорна используют цилиндрический твердосп­лавный стержень с конической заходной частью. Дорн жестко закреплен в патроне 6, который имеет привод вра­щательного и осевого перемещения. Диаметр твердосплавного дорна бе­рется на 1 — 3 мм (в зависимости от требуемой величины раздачи) боль­ше диаметра отверстий в шипах кре­стовины, служащих для подачи смаз­ки к игольчатым подшипникам.

Рис. 6.5. Схема процессе раздачи крестовин с нагревом в результате действия сил трения

Раздача шипов крестовины осуще­ствляется следующим образом. Пат­рон с инструментом (дорном) приво­дят во вращательное движение и включают осевую подачу. В резуль­тате дорн 5 конической частью сопри­касается с поверхностью отверстия шипа 4. В месте контакта дорна с вос­станавливаемой деталью возникают силы (момент) трения и генерируется тепловая энергия, которая отводится в тело шипа и инструмент. Таким об­разом, в месте контакта дорна и дета-

ли действует внутренний источник Тепловой энергии, обеспечивающий быстрый локальный нагрев металла до заданной температуры. В резуль­тате осевой подачи дорн по мере на­грева тела шипа до температуры 950 — 1000 ° С внедряется в смазоч­ное отверстие 1 крестовины и раздает ее в диаметральном направлении.

Благодаря тому что нагрев восста­навливаемого шипа до пластического состояния проводится только в зоне деформации в отличие от предвари­тельного объемного его нагрева, на­пример, в печи или токами высокой частоты, одновременно с раздачей (увеличением диаметральных разме­ров) удлиняются линейные размеры шипа на 0,3 — 0,5 мм. Это позволяет исключить трудоемкие операции по наплавке торцевых поверхностей ши­пов для их удлинения и механической обработки после наплавки.

В процессе раздачи дорн, как и де­таль, нагревается до температуры 950 — 1000 ° С. Жаропрочные стали при данной температуре резко сни­жают свои механические свойства и под действием прикладываемой на­грузки деформируются. Поэтому в качестве материала для дорна ис­пользуют твердые сплавы. Наиболь­шей стойкостью обладает инстру­мент из однокарбидного сплава ВК-6, состоящий из 94 % карбида вольфра­ма и 6 % кобальта.

По форме дорн представляет собой цилиндрический круглый стержень с конической заходной частью. Диа­метр цилиндрической части дорна оп­ределяет диаметр шипа крестовин после раздачи.

Диаметр рабочей части инстру­мента (дорна) для раздачи с нагревом детали в результате сил трения, мм,

где Dрасч — требуемый расчетный диаметр шипа крестовины после раздачи, мм; Dо — на­ружный диаметр изношенного шипа крестови­ны перед раздачей, мм; k — безразмерный ко­эффициент, учитывающий пластическое тече­ние металла крестовины по смазочному каналу в процессе раздачи; d₀ — диаметр (исходный) смазочного отверстия шипа крестовины до раз­дачи, мм.

Расчетный диаметр шипов кресто­вины, который необходимо получить после раздачи,

где Dном — номинальный диаметр шипов кре­стовины, им; Z_min — минимальный припуск на последующую после раздачи механическую обработку, мм.

Коэффициент k для крестовин, из­готовленных из стали 20Х с последу­ющей цементацией, находится в пре­делах 1,15 — 1,25.

В период раздачи шипы нагрева­ются до температуры 950 — 1000 ° С. В результате происходит отпуск, и твердость рабочих поверхностей кре­стовин снижается до ИКС 35 — 42. Поэтому после раздачи выполняется термическая обработка крестовин, заключающаяся в закалке на масло с температур 840 — 860 "Си последу­ющем отпуске (нагрев при темпера­туре 180—200°Свтечение90—120мин).

Механическая обработка роздан­ных и термически обработанных кре­стовин включает черновое и чистовое шлифование торцов на плоскошли­фовальном станке ЗД722 в многоме­стном приспособлении, черновое шлифование на бесцентрово-шлифовальном полуавтомате ЗМ185 и чис­товое шлифование на бесцентрово-шлифовальном полуавтомате ЗЕ184 шипов по наружному диаметру.

Окончательно обработанные кре­стовины после мойки и контроля кон­сервируют в ванне типа 25М-ОН-1-66, упаковывают и направляют в ком­плектовочную кладовую или на склад готовой продукции.

Основные достоинства восстанов­ления раздачей с нагревом в резуль­тате сил трения при относительном движении детали и инструмента: высокая производительность про­цесса. В зависимости от диаметра восстанавливаемых деталей время раздачи от 12 с до 1 мин;

малое потребление энергии и мощ­ности. Локальное выделение теплоты в месте контакта дорна и изделия предопределяет высокие энергетиче­ские характеристики процесса. Рас­ход энергии и мощности в несколько

раз меньше, чем при нагреве деталей в печах сопротивления или токами высокой частоты;

высокий коэффициент мощности соs φ = 0,8 ÷0,85 и равномерное распределение энергии между фазами питающей трехфазной электриче­ской сети. Это связано с тем, что энер­гетическим узлом в установках для раздачи является асинхронный дви­гатель;

в отличие от других методов разда­чи не происходит укорочения восста­навливаемых изделии по длине, а на­против, обеспечивается удлинение линейных размеров до 0,5 мм;

простота механизации и автомати­зации процесса. Основные парамет­ры процесса—частота вращения и осевое давление дорна легко про­граммируются. Существующие уста­новки работают в полуавтоматиче­ском (модель УВК-1) или автомати­ческом (модель АВК-4) режимах;

высокая экономическая эффектив­ность процесса. Перечисленные энергетические и технологические достоинства раздачи с нагревом в ре­зультате сил трения определяют ее высокую экономическую эффектив­ность.

В ремонтном производстве помимо рассмотренных разновидностей ме­ханической раздачи широко исполь­зуют способы восстановления пусто­телых деталей гидротермической и электрогидравлической раздачей.

Гидротермическая раздача (ГТР) относится к числу высокоэффектив­ных и недорогих способов восстанов­ления трубчатых деталей, типа порш­невых пальцев. Способ заключается в том, что изношенный поршневой па­лец нагревают в индукторе токами высокой частоты до температуры 1063—1103 К- После достижения требуемой температуры нагрев пре­кращают и быстро охлаждают палец, пропуская поток воды через внутрен­нюю полость детали. В результате происходит увеличение наружного диаметра с одновременной закалкой. Приращение наружного диаметра пальца лежит в пределах 0,1—0,3 мм.

Физическую сущность механизма гидротермической раздачи можно объяснить следующим образом. При нагреве стального пальца до требуе­мой температуры происходит увели­чение наружного и внутреннего диа­метров детали. Под воздействием ох­лаждающей жидкости внутренний кольцевой слой образца стремится уменьшиться в объеме. Однако на­гретый наружный слой стали охлаж­дается значительно медленнее и этим препятствует сокращению внутрен­них охлажденных слоев до исходных размеров. Внутренние слои металла, будучи связанными с наружными слоями, не имеют возможности уменьшиться в объеме. При остыва­нии внутренние кольцевые слои ста­ли теряют свою пластичность и обра­зуют своеобразную жесткую "оправ­ку", предотвращающую усадку на­ружного кольца. В результате чего происходит увеличение наружного диаметра трубчатой детали.

Теоретическими и эксперимен­тальными исследованиями установ­лено, что степень раздачи, пальцев при прочих равных условиях зависит от коэффициента относительной тол­щины стенки детали;

где D_н и Dв — соответственно наружный и внутренний диаметр поршневого пальца, мм. Выведена формула, позволяющая расчетомопределять деформации δ наружного диаметра восстанавлива­емой детали, в процентах;

где а — коэффициент теплового расширения материала детали, м./(м- град);- ΔТ — раз­ность температур между наружной и охлаж­денной внутренней поверхностями детали, °С; γ — коэффициент остаточной деформации.

Анализ конструктивных соотноше­ний элементов и технических харак­теристик поршневых пальцев пока­зывает, что коэффициент β изменяет­ся в пределах 0,3 — 0,5.

Коэффициент γ изменяется от 0 до 1 при достижении теоретического значения приращения и может быть больше 1 в зависимости от параметров охлаждения и приращений, появ­ляющихся из-за структурных измене­ний. При, охлаждении турбулентным потоком воды поршневых пальцев из­нутри среднее значение коэффициен­та у» 1..

В табл.,6.3 приведены теоретиче­ские и экспериментальные значения относительной деформации б при различных значениях коэффициен­тов относительной толщины стенок 0 пальцев. Рассмотренный способ по­зволяет производить 4—б-кратное восстановление пальцев.

После раздачи поршневые пальцы проходят черновое шлифование на бесцентрово-шлифовальных стан­ках. Затеям на плоскошлифовальном станке шлифуют торцы. На обдирочно-шлифовальном станке в центри­рующей оснастке снимают наружную фаску, а на приспособлении — внут­реннюю.

Полирование наружной фаски вы­полняют на приспособлении, состоя­щем из стола, электродвигателя с за­крепленным на его валу алмазным кругом, направляющей втулки и ко­жуха. Внутреннюю фаску снимают на аналогичном приспособлении, отли­чающимся тем, что на валу электродвигателя закреплен твердосплав­ный зенкер. Затем пальцы проходят чистовое шлифование на бесцентро­во-шлифовальных станках, полиро­вание на доводочном станке и конт­роль. Брак по черновикам при шли­фовке розданных пальцев составляет 10 — 30%.

Для снижения затрат на обработку торцов пальцев, которые составляют 33 % общих затрат на механическую обработку, предложены методы жест­кой фиксации пальцев в осевом на­правлении, позволяющие сохранить длину детали в процессе гидротерми­ческой раздачи.

Технологический процесс восста­новления дизельных поршневых пальцев широко внедрен на ремонт­ных предприятиях страны, напри­мер, на заводе по ремонту двигателей КамАЗ. На Ярославском производст­венном объединении "Автодизель" гидротермической раздачей прово­дится устранение брака на шлифо­вальной операции При изготовлении новых пальцев. В используемую здесь технологию для обеспечения полного распада остаточного аустенита вве­дена операция обработки холодом в течение 2 ч при температуре 223 — 203 К. Для этой цели используется холодильный агрегат АХФ9С-250. После обработки холодом пальцы подвергают отпуску и отправляют на механическую обработку.

Однако рассмотренный способ имеет серьезный недостаток, кото­рый заключается в малой степени приращения диаметра поршневых пальцев карбюраторных двигателей, что объясняется недостаточной тол­щиной их стенок (4 — 5мм по сравнению с З— 10мм у дизельных двигателей).

Поршневые пальцы карбюратор­ных двигателей, у которых значения коэффициентов относительной тол­щины стенок β (см. табл. 6.3) велики, восстанавливают электрогидравли­ческой раздачей (рис. 6.6).

Сущность процесса такой раздачи заключается в следующем. Подле­жащий раздаче поршневой палец ус­танавливают в неметаллический тех­нологический патрон разового деиствия, который служит для направле­ния электрического разряда по оси детали и исключает пробой на его бо­ковую поверхность.

Таблиц а 6.3. Теоретические и эксперимен­тальные значения относительной деформации

β	δтеор	δэксп	β	δтеор	δэксп
0.1	0,740	0,52	0.6	0.144	0,21
0,2	0,590	0,50	0,7	0,084	0.20
0,3	0,445	0,39	0.8	0,036	0,15
0,4	0,335	0^0	0,9	0,010	0.08
0.5	0530	0.28

Для увеличения эффективности процесса в полость ножки патрона устанавливают спе­циальный проводник, а палец, с пат­роном устанавливают на поворотный стол технологического узла и подво­дят к подвижному электроду. Одно­временно в полость пальца подают рабочую жидкость. После замыкания цепи высоковольтный импульс от конденсаторной батареи проходит через формирующий воздушный про­межуток (шаровый разрядник) на по­ложительный электрод, проводник и отрицательный электрод. В резуль­тате электрогидравлического взрыва возникает ударная волна, которая раздает поршневой палец.

Вторым Донецким производствен­ным объединением "Авторемонт" ре­ализован описанный способ раздачи для восстановления поршневых пальцев двигателя ЗИЛ-130. Для проведения процесса раздачи порш­невых пальцев установлены следую­щие оптимальные технологические режимы восстановления; напряжение разрядного контура — 37 кВ; емкость батареи конденсаторов — б мкФ; материал взрывного патрона —по­лиэтилен марки ПЭВ-500; материал металлического проводника — алю­миниевая проволока диаметром 0,7 мм; рабочая жидкость — техниче­ская вода. При указанных режимах раздачи удается достичь остаточной деформации по наружному диаметру равной 0,12 мм для пальцев из ста­ли 15Х и 0,2 мм для пальцев из стали 45.

 Рис. 6.6. Восстановление поршневых пальцев электрогидравлической раздачей:

а — схема установки; б — схема технологического узла;

1— выпрямительное устройство; 2 — конденсаторная батареи; 3 — формирующий шаровой разрядник; 4 -

технологический узел; 5 — подвижной положительный электрод; б — матрон; 7 —- взрывающаяся проволока; 8 —

поршневой пален; 9 — матрица; 10 — полость заполнения жидкости; 11 — отрицательный электрод

Обжатиеприменяют для восста­новления внутренних размеров по­лых деталей в результате уменьше­ния наружных размеров. При обжа­тии (табл. 6.1) направление прикла­дываемой внешней силы совпадает с направлением действующей дефор­мации. Используют данный способ для восстановления полых, как пра­вило, цилиндрических деталей, изно­шенных по внутреннему рабочему от­верстию (например, втулки, гладкие и шлицевые отверстия в сошках руле­вого управления, внутреннюю повер­хность цилиндров амортизаторов, гильзы цилиндров ДВС и пр.). Расчет необходимого усилия при обжатии определяют аналогично расчету раз­дачи.

Для восстановления деталей ис­пользуют механический и термопла­стический виды обжатия.

При механическом обжатии дета­лей типа втулок предварительно из­готавливают штампы (рис. 6.7). Мат­рица штампа состоит из трех частей: приемной части, обжимающей и ка­либрующих частей. Внутреннюю по­верхность матрицы для уменьшения сил трения обрабатывают до высокой степени чистоты. Чем меньше будет шероховатость на рабочей поверхности матрицы, тем меньше требуется усилие при обжатии.

Диаметры и длину участков матри­цы, а также уклоны при переходе от одного диаметра к другому задают конструктивно, исходя из размеров, износов и материала восстанавлива­емой детали.

При восстановлении втулки 1 по внутреннему диаметру обжимающий и калибрующий участки матрицы 3 могут быть соединены так, как пока­зано на рис. 6.8. Внутренний диаметр втулки после ее обжатия пуансоном 2 обрабатывают, а наружный диаметр наращивают на требуемый размер одним из способов, например гальва­ническим путем.

Аналогичным способом восстанав­ливают рабочие цилиндры телеско­пических амортизаторов легковых и грузовых автомобилей. Технология восстановления заключается в обжа­тии по наружной поверхности цилин­дров и последующим протягиванием отверстия до номинального диаметра калибрующими роликами. Процесс обжатия цилиндров осуществляют на 10 — 20-тонном протяжном стан­ке.

Не менее эффективно использова­ние обжатия для восстановления та­кой ответственной детали, как сошка рулевого управления (рис. 6.9). Пе­ред восстановлением участок сошки с изношенным коническим отверстием нагревают (лучше в соляной ванне) до температуры 1000 — 1050 "Си уста­навливают в матрицу5штампа. Про­ушину сошки 2 сверху закрывают по­движной верхней обжимкой 1, к кото­рой прикладывают деформирующую силу. Обжатие осуществляют до тех пор, пока размеры конусного отвер­стия не достигнут номинального плюс припуск на механическую обработку. После пластического деформирова­ния восстанавливают повторной тер­мической обработкой структуру и физико-механические свойства мате­риала.

В Украинской сельскохозяйствен­ной академии разработан способ вос­становления гильз цилиндров методом термопластического обжатия. Изношенную гильзу помешают в спе­циальную водоохлаждаемую матри­цу и посредством индуктора токов высокой частоты нагревают изделие до температуры 840 — 880 ° С. В ре­зультате нагрева гильза расширяет­ся. Однако ее свободное расширение по наружному диаметру.ограничено стенками матрицы. При достижении определенного значения радиальных напряжений происходит пластиче­ская деформация, которая увеличи­вается при росте температуры. При свободном охлаждении гильзы уменьшаются в осевом и радиальном направлениях. Уменьшение диамет­ра гильзы после термопластического обжатия зависит, в первую очередь, от толщины стенки и материала дета­ли, интенсивности и равномерности нагрева и прочих факторов. Регули­руя параметры теплового воздейст­вия, управляют обжатием. При вос­становлении автомобильных гильз цилиндров максимальная деформа­ция за один технологический цикл со­ставляет 0,75— 1,0мм.

Анализ ремонтного фонда показал, что с учетом припуска на последую­щую механическую обработку дан­ный способ позволяет восстановить до 90 % выбракованных гильз цилин­дров двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. Схематически технологический процесс восстановления гильз цилин­дров состоит из следующих основных операций: токарной обработки на­ружной поверхности, термопластиче­ского обжатия, наращивания наруж­ных посадочных поясков гильзы (как правило, используют метод электро­контактной приварки ленты), шлифо­вания посадочных поясков, хонингования зеркала гильзы, контроля, кон­сервации и упаковки.

Вдавливание используют для уве­личения наружного диаметра пло­ских деталей типа дисков (табл. 6.1). При вдавливании происходят одно­временно два процесса—осадка и раздача. Вдавливанием восстанав­ливают тарелки клапанов, зубчатые колеса, шлицевые валы и пр.

 

 

Рис. 8,10. Восстановление шлицев вдавливани­ем:

1 — корпус; 2 — деформирующий инструмент; 3 — калибрующие ролики; 4 — деталь

Сущность восстановления шлицев (рис. 6.10) заключается атом, что ма­териал детали при помощи инстру­мента клинообразной формы выдав­ливается из средней части шлица в сторону изношенных боковых поверх­ностей, что обеспечивает увеличение его ширины до I мм на каждую сторо­ну. Инструмент устанавливают по се­редине шлица и перемешают его вдоль последнего. Шлицевые поверх­ности подвергают, как правило, вдав­ливанию в холодном состоянии и в за­висимости от твердости сплава они в дальнейшем могут подвергаться тер­мической обработке.

Рис. 6.11. Восстановление шестерни ротацион­ным вдавливанием;

1 и 4 — детали; 2 — пуансон; 3 — накатник; 5 — синхронизатор; 6 — центратор

Ориентировочное усилие для де­формирования восстанавливаемой детали

гдеF — площадь опорного кольца пуансона; С — коэффициент, зависящий от угла 2γ (см. табл. 6.1).

Значение коэффициента С в зави­симости от угла 2 у находят по следу­ющим данным:

2γ....................... 30    45    60     90    120

С.........................1,84 2,3  2,6  3,32 4.0

 

Институтом проблем надежности и долговечности машин (Беларусь) разработан ротационный способ вос­становления зубчатых колес, кото­рый является разновидностью про­цесса вдавливания. Способ основан на обкатывании деформируемого вдавливанием зубчатого колеса профилирующим инструментом, так на­зываемым накатником 3 (рис. 6.11). Восстанавливаемая деталь и накат­ник вращаются с синхронизирован­ной скоростью при строго постоянном межцентровом расстоянии Л.

Восстановление осуществляется следующим образом. Изношенное зубчатое колесо устанавливают на оправку зубонакатного стана и на­гревают токами высокой частоты в кольцевом индукторе. После чего двусторонние инденторы вдавлива­ются в торцевую поверхность зубча­того венца и вытесняют металл в сто­рону износа. При этом зубчатое коле­со и накатник находятся в зацепле­нии и вращаются. Вытесненный в зо­ну действия накатника металл де­формируется, и зубья принимают первоначальную форму и размеры (с учетом припуска на последующую механическую обработку). После ре­версирования накатника проводят калибровку и закругление зубьев. После шевингования осуществляют химико-термическую обработку зуб­чатых колес (нитроцементацию, закалку, отпуск).

Данным способом восстанавлива­ют ведущие валы, блоки шестерен, подвижные шестерни коробок пере­дач автомобилей.

В Германии фирма "Waller Krupp" разработала технологию и комп­лект инструментов для восстанов­ления направляющих втулок клапа­нов двигателей способом выдавлива­ния.

Принцип восстановления деталей основан на применении специального твердосплавного ролика, при помощи которого в направляющей втулке прокатывают спиральный паз. Под действием ролика материал внутрен­ней поверхности втулки выдавлива­ется, в результате чего внутренний диаметр уменьшается. Последующей обработкой специальной разверткой получают номинальный размер внут­реннего диаметра.

В стандартный комплект инстру­мента входят ролики различных раз­меров, что позволяет восстанавли­вать любые изношенные направляю­щие втулки. Спиральный паз, образу­ющийся при восстановлении, обеспе­чивает хорошую смазку стержня кла­пана даже в критическом режиме ра­боты. Поэтому зазор между направляющей и стержнем клапана можно уменьшить, что улучшает работу кла­пана и повышает срок службы на­правляющей.

Накаткапозволяет увеличивать наружный и уменьшать внутренний диаметр деталей в результате вытес­нения металла из восстанавливаемой поверхности (см. табл. 6.1).

Характерным для данного способа является образование рифленой по­верхности (чередование канавок и выступов металла). Это приводит к снижению опорной поверхности дета­ли. Для минимизации потерь опорной поверхности необходимо.выполнять при накатывании следующие требо­вания.

Высоту подъема выступов металла зубом накатника принимают в зависимости от шага и угла заострения зуба накатки:

где S₁| — износ детали на сторону; S₂ — оваль­ность детали до восстановления; S₃ — биение детали до восстановления; S₄ — припуск на обработку; β — поправочный коэффициент; t — шаг накатки; а — угол заострения шага накатки. Шаг накатки должен быть кратным обкатываемому диаметру:

где n — число зубцов накатника; d₀ — диаметр обкатки,

Диаметр обкатки (d₀) определяют как разницу между диаметром изно­шенной детали и удвоенной глубиной внедрения зуба накатки.

Потеряопорной поверхности дол­жна быть не более 0,5 всей восстанав­ливаемой поверхности детали:

где η— коэффициент потери опорной по­верхности.

Процесс накатывания изношенных поверхностей выполняют в холодном и горячем состоянии. Холодное нака­тывание применяют только для деталей с твердостью не более ИКС 25 — 30. Если твердость выше, то деталь подвергают высокотемпературному отпуску или отжигу. Накатывание деталей осуществляют механиче­ским или электромеханическим спо­собами.

Механическое накатывание вы­полняют специальными зубчатыми роликами (рис. 6. 12) или дисками, ус­тановленными на оправке. Использу­ют ролики с шагом, зубьев 1,5 — 1,8 мм. Для накатывания изношенную деталь устанавливают на токарном станке, сообщают ей вращение и под­водят к ней накаткой инструмент, закрепленный в суппорте станка. При накатывании деталей с твердо­стью НВ 270... 300 используют следующие режимы: скорость вращения детали — 15м/мин, продольную подачу — 0,6 мм/об, поперечную пода­чу — 0,1 мм/об. Обработку осущест­вляют при обильной подаче машин­ного масла. Высота подъема выступов металла не должна превышать половины зуба накатки: При наличии на детали ^{галтели} накатку осуществ­ляют на расстоянии не менее 5 мм от начала галтели.

Рис. 6.12. Оправка с зубчатым накаточмым роликом

Накатку используют для восста­новления поверхностей деталей, вос­принимающих удельную Нагрузку, не превышающую 7МПа.Минимальная потеря опорной поверхности обеспёчиваётся использованием накатки с углом заострений зуба в пределах 60— 70°. В сравнении с гладкими по­верхностями износостойкость восстановленных накатыванием поверхно­стей снижаетсяя а 20 — 25'%, а усталостная прочность повышается' на 10—12%.

К достоинствам данного способа восстановлений следует отнести простоту технологического процесса, оборудования и оснастки, малую трудоемкость и высокую эффектив­ность процесса. Недостаток спосо­ба — ограниченная номенклатура восстанавливаемых деталей, в основ­ном этот способ используют для вос­становления посадочных мест под подшипники каления.

Рис- 6.13. Схема электромеханического спосо­ба накатывания деталей

Электромеханический способ на­катки в отличие от механического не требует последующего шлифования. Для сглаживания деформированной поверхности детали достаточно сгла­дить ее сферическим роликом. Сущ­ность электромеханического способа накатки (рис. 6.13), разработанного проф; Б. М. Аскинази, заключается в следующем.. В центры переоборудо­ванного, токарного станка закрепля­ют изношенную деталь 1, к которой от понижающего трансформатора под­водят ток. В суппорте станка зажи­мают твердосплавный инструмент — резьбовой резец2с притупленным уг­лом при вершине. Второй полюс электрической цепи от трансформа­тора 3 подключен к державке инструмента. В местах касания инструмента с поверхностью детали протекает ток большой силы (300 — 1000 К) при. напряжении 1 —5 В. В результате протекания тока в зоне контакта поверхностный слой метал­ла нагревается до температуры 800 — 1000° С. Благодаря быстро­течности.процесса и незначительной глубине проникновения тепловое воз­действие не оказывает влияния на структуру материала детали.. Металл, нагретый до пластическо­го состояния, вытесняется из зоны внедрения инструмента, вследствие чего на восстанавливаемой по­верхности детали образуется винто­вая канавка Н приподнятый гребень металла (рис. 6.14). После высадки осуществляют сглаживание гребня специальным инструментом — гла­дилкой, выполненной в виде ролика или твердосплавной пластиной со сферической поверхностью. Сглажи­вание поверхности осуществляют до требуемого номинального диаметра восстанавливаемой детали.

Для определения высадки ДО (приращения диаметра) рассмотрим схему пластической деформации при деформировании металла на восста­навливаемой поверхности (рис. 6.15). Высадка металла в данном случае осуществляется в результате внед­рения, -инструмента, который представляет собой слегка притупленный клин. Полное усилие высадки на еди­ницу длины клина в направлении оси у в ньютонах.

Р=2 lp sinγ

где l — длина образующей пластичности де­формированного слоя, мм; р — среднее кон­тактное давление, зависящее от текучести нагретого материала. Па; γ — половина угла профиля высаживающего инструмента, град.

Длина l равна АВ и АС, или длина l = АВ = АС (аппроксимированной прямой).

Согласно условию l =(h+ΔD/2)/cosγ

Подставив l в предыдущую формулу, получим l =2р(h+ ΔD/2)/tgγ

Решая уравнение относительно ΔD, получим ΔD =Р l (рtgγ)—2h(ΔD — в метрах).

Общее усилие высадки металла будет зависеть от поверхности кон­такта в направлении, перпендику­лярном плоскости чертежа, которое определяется радиусами восстанав­ливаемой детали и инструмента. При высадке неподвижным инструмен­том следует также учитывать трение скольжения. Тем не менее приведен­ные формулы дают качественное представление о влиянии отдельных параметров на высадку ΔD и усилие Р.

Как видно из формул, для достиже­ния максимальной высадки выгодно работать с минимальным контакт­ным давлением р иминимальным уг­лом профиля инструмента 2 7. В этом случае следовало бы для достижения минимального предела текучести ма­териала восстанавливаемой детали подводить к месту контакта макси­мальный ток. Однако выбор тока, так же как и выбор угла профиля, ограничен прочностью и стойкостью инструмента.

Из анализа стоимостных зависимо­стей инструмента и его производи­тельности при высадке металла мож­но считать рациональной геометрией заточки следующие величины: угол заточки — 50 — 60", радиус боковых граней — 10 мм, радиус высаживающей кромки — 0,2 — 0,3 мм, усилие при высадке поверхностей деталей из незакаленных сталей — 700 — 800 Н, а из закаленных сталей — 900 — 1200 Н.

Рис. 6.14. Схеме накатывания и сглаживания деформированной поверхности детали: 1 — восстав в вливаем в я деталь; 2 — инструмент для высадки; 3 — гладилка; D₁ — диаметр детали после высадки; D₂ — диаметр хан пшенной детали; Dз — диаметр детали после сглаживания; 5 — шаг выса­женной канавки; К — ширина вершины инструмента для высадки

Подача выбирается в зависи­мости от максимальной высадки ΔD. Режимы накатывания электромеханическим способом приведены в табл. 6.4. Число проходов (i) при нака­тывании и сглаживании поверхности выбирается в зависимости от величи­ны износа детали. Накатка поверхности делается, как правило, за не­сколько проходов, а сглаживание за один проход.

Рис. в-15. Схема для определения усилия вы­садки металла при электромеханическом спо­собе накатываний поверхностей: О — диаметр детали; ΔD /2 — высота вытесненного металла; h — глубина внедрения инструмента в ме­талл; 2γ — угол заострении инструмента

Таблица 6.4. Режимы восстановления посадочных мест валов электромеханическим

накатыванием

Условные обозначения: υ— скорость вращения детали; s— подача инструмента; ΔD — приращение диаметра после высадки; I — сила тока.

Рассмотренный способ накатки де­талей имеет ограниченное примене­ние, так как не обеспечивает сплош­ного контакта восстановленного по­садочного участка с поверхностью подшипника или втулки. По этой причине для обеспечения надежно­сти посадки иногда прибегают к уве­личению натяга. Меньшая площадь контакта накатанной поверхности по сравнению с новой деталью снижает устойчивость сопряжения. Поэтому способ накатывания целесообразно применять только тогда, когда важна экономия металла или когда деталь, восстановленная таким образом, спо­собна проработать больше, чем другие детали узла.

Восстановление геометрической формы деталей. При ремонте автомо­биля многие детали выбраковывают из-за потери своей первоначальной формы в результате деформаций из­гиба и скручивания. Такие детали восстанавливают правкой. Суть это­го способа в том, что под действием внешних сил восстанавливают перво­начальные формы деталей без замет­ных пластических деформаций и с не­значительными искажениями струк­туры материала в поверхностных слоях детали. В зависимости от де­формации и физико-химических свойств материала детали правят в горячем и холодном состоянии.

Наиболее часто используется хо­лодная правка для пластического де­формирования тонкостенных дета­лей и конструкций. При правке, как и при любом другом виде холодной де­формации, происходит упрочнение металла (наклеп или нагартовка), возникают остаточные напряжения. Поэтому при правке необходимо стремиться к получению меньшей ло­кальной пластической деформации, а также ее равномерному распределе­нию в металле детали. Для выравнивания внутренних напряже­нии после правки деталь целесо­образно подвергнуть стабилизирую­щему нагреву до температуры, равной О,8Т_отп, где Т_отп — температура от­пуска новой детали. Время выдержки при этом составляет 0,5 — 1 ч. При больших деформациях проводят горячую правку деталей при тем­пературе 600 — 800° С.

Прогиб коленчатого вала—один из наиболее распространенных де­фектов, устраняемых правкой на прессе перед шлифованием шеек. Правка под прессом вызывает силь­ные структурные изменения и снижа­ет усталостную прочность валов.

Различают следующие виды правки:

статическим изгибом (рис. 6.16), ударом и термическую.

Правка статическим изгибом выполняется в холодном состоянии и с нагревом. После холодной правки усталостная прорость снижается на 15 — 40 %. Способность детали про­тивостоять воздействию внешней си­лы, направленной навстречу правке, оценивается коэффициентом несу­щей способности, выражаемым в процентах

где Р_п1— предел пропорциональности правленого образца; Р_п — предел пропорцио­нальности неправленого образца.

Холодным способом погнутые ва­лы правят следующим образом.

После исправления центровых гнезд для измерений стрелы прогиба вал ставят в центр токарного станка или специального приспособления. Значение стрелы прогиба опредёляют как половину значения.биения вала, показываемого индикатором.. Для, правки вал 2 (рис. 6,17а) ставят на призмы или. опоры 3 винтового или гидравлического пресса выпуклой стороной кверху и перегибают нажи­мом винта или штока 1 пресса через мягкую прокладку 5 так, чтобы обратная стрела прогиба 11(рис. 6.17, б) была в 10 — 15 раз, больше того прогиба 1, который, имел вал до правки, т. е. f 1 == (10 ÷15). Точность правки контролируют индика­тором 4.

Распространен также метод двой­ной правки валов, применение которого значительно.увеличивает сопротивляемость выправленного вала повторным деформациям. Двойную правку выполняет следующим образом. Подлежащий правке

Рис.6.16. Правка статическим изгибом:

а — эпюра напряжений с нагрузкой Р; 6 — эпюра

Напряжений после снятия нагрузки

вал устанавливают на призмах (рис. 6.18) выпуклой стороной вверх и плавно нажимают на него винтом или штоком пресса (см. стрелку). Усилие нажима должно быть таким, чтобы вал после этого остался прогнутым в обратную сторону на эту же величи­ну. Затем указанную операцию по­вторяют, но уже с таким усилием на­жима, чтобы вал оказался выправ­ленным: Правку деталей, обладаю­щих небольшой жесткостью, 'часто выполняют на токарном станке: При этом деталь правят, не снимая с центров, И тут же проверяют резуль­таты правки.

Холодная правка деталей являем­ся наиболее простым и распро­страненным способом. Однако она части не обеспечивает стабильности формы выправленной детали. В процессе эксплуатации устраненная правкой деформация детали может возникнуть вновь. Причиной неустой­чивости формы выправленной детали являются неоднородные остаточные напряжений, возникающие по ее се­чению в результате неравномерного дёформирования металла. Для повы­шения устойчивости формы детали снятия внутренних напряжений, возникающих в результате холодной правки, осуществляют отпуск детали при температуре 400—450" С в тече­ние 0,5 — 1 ч. Продолжительность нагрева устанавливает в зависимости от размера детали.

Правка ударом наиболее распространена на ремонтных пред­приятиях._. Ее выполняют ударам кожаных или текстолитовых молотков массой 300— 500г. на специальных подставках имеющих профиль детали. Для некоторых (деталей двигателя допускается предварительный подогрев. При правке ударом за основу берут сжимающие напряжения в наклёпанном слое материала, Наличие их приводит, к появлению деформации, Поэтому деталь изгибается в сторону наклепанной поверхности.(рис.,6.19. а). Наклеп создается, ударами молотка массой 100 г с полукруглой головкой. При не слишком большом градиенте внутренних напряжений наклеп (рис..6,19 б) повышает усталостную прочность. Правда ударом обеспечивает устранение., относи­тельно небольших прогибов и овалов. Преимуществами этого вида правки являются точность выправленной поверхности устойчивое сохранение выправленной формы.

Эффективным методом является правка валов, местным наклепом. Она основана на действии остаточных внутренних напряжении сжатия, возникающих при наклепе. Так, при наклепе коленчатого вала (рис. 6.20) создаваемые на отдельных участках остаточные; напряжения устраняют прогиб; 'При наклепе используют пневматический молоток с закруг­ленным, бойком.

Рис. 6.17. Схема холодной правки вала: а — монтажная; б — расчетная

 

Рис. 6.18. Схема двойной правки вала:

а — первая правка вала; б — ¹ форма вала после первой правки; в —- вторая правка ва­ла; г — вал после второй правки

Рис.6.19.Правка наклёпом

а — направление изгиба детали, б — эпюра остаточных напряжений, Пунктиром показано конечное состояние детали

Для восстановления деталей со значительными деформациями применяют, горячую правку с нагревом, детали до температуры 600 — 800° С. После восстановления деталь подвергают термической обработке до получения необходимой структуры и механических свойств металла. Правка местным нагревом основана на использовании внут­ренних напряжений, возникающих при этом способе. После остывания детали в материале возникают оста­точные, напряжения растяжения, способствующие выпрямлению дета­ли. Наиболее эффективен этот метод при правке сварных трубчатых эле­ментов.

Наклоном чаще всего правят валы, имеющие шпоночный паз по всей длине. Если такой вал выгнут в сторону шпоночного паза, то его проще всего выправить наклепом дна шпоночного паза в наиболее вогнутой точке. На­клеп, осуществляют, нанося легкие удары молотком по закаленной пла­стинке, которую постепенно переме­щают по дну паза.

Подобным же образом правят лис­товые детали. Удары молотком нано­сят не по выпуклым местам детали, помещенной на чугунной или сталь­ной плите, а по соседним с ними уча­сткам, причем их следует наносить от края листа по направлению к выпук­лости каждую из которых обводят предварительно мелом. По мере приближения к выпуклости удары должны наноситься все чаще и сла­бее.

При наличии нескольких выпук­лых мест правку листа проводят, на­нося удары прежде всего в промежутках между этими местами. Таким образом растягивают лист и сводят все выпуклости к одной, ко­торую выправляют обычным спосо­бом (от краев к середине). Затем лист переворачивают и таким же образом окончательно восстанавливают его прямолинейность. Для правки дета­лей из листового металла могут быть также использованы вальцы.

Стальные детали при температуре ниже 0° С править холодным спосо­бом не следует, так как это может привести к их поломке. Правку го­рячим способом при ремонте приме­няют реже, так как этой операции обычно приходится подвергать пол­ностью обработанные детали, по­догрев которых может вызвать окис­ление поверхности и деформацию де­тали.

Термическая правка применяется для листового металла. Поэтому ме­тоду на отмеченные места, подлежа­щие выпрямлению, направляют струю пламени газовой горелки, нагревая неровности до красно-виш­невого цвета (до температуры 600 — 700° С). Нагретый металл расширя­ется, а затем при остывании под вли­янием сил сжатия выпрямляется. Этим методом, ускоряющим процесс правки почти в 5 раз, можно править валы, оси, трубы, уголки.

Для нагрева используют обычную универсальную горелку с наконечни­ком № 7. Лучше всего газопламенной правке поддаются детали, изготов­ленные из малоуглеродистой стали. На рис. 6.21 показан стальной брус, выправленный газопламенным мето­дом. Нагреванию подвергали участок а детали размером 550 мм в месте наибольшего изгиба. Штрихпунктиром показана форма детали до правки.

Восстановление механических де­талей. Характеристикаматериала. При дефектации определенные дета­ли выбраковывают только из-за снижения механических характеристик материала. Например, в процессе эксплуатации автомобиля отдельные пружины, рессоры утрачивают свою первоначальную упругость. У ряда деталей (коленчатые, распредели­тельные валы и др.), работающих в условиях знакопеременного нагружения, снижается усталостная проч­ность. Кроме того, детали автомоби­лей при восстановлении их износа определенными способами (электро­дуговой наплавкой, гальваническими покрытиями (также утрачивают свою первоначальную усталостную проч­ность и износостойкость. Восстано­вить эти свойства можно поверхнос­тным пластическим деформирова­нием Металла (ППД).

Рис 6.20. Правка коленчатого вала местным наклепом:

а — стрела прогиба детали. Пунктиром показано на­чальное состояние детали

Наибольшее распространение среди способов поверхностного упрочнения восстанавливаемых де­талей получило пластическое по­верхностное деформирование, осно­ванное на механических методах хо­лодного упрочнения материала: дробеструйная обработка, обкатка шариками (роликами), выглаживание.