Восстановление деталей машин пластическим вытеснением материала

Рис. 12.2. Восстановление внутренней цилиндрической поверхности гильз цилиндров без матрицы

а - индуктор и спрейер снаружи гильзы; б - индуктор и спрейер внутри гильзы; в - индуктор - снаружи, спрейер - внутри гильзы

Данный метод целесообразно применять для восстановления незакаливаемых изде­лий, например гильз цилиндров двигателей 3M3-53, КамАЗ-740, ЗИЛ-130, изготавли­ваемых из специального легированного чугуна.

После одного цикла ТПД величина остаточной деформации внутренней цилиндри­ческой поверхности гильзы цилиндра 100... 130 мм составляет около 0,7... 1,2 мм, после двух - 1,1... 1,9 мм, что является вполне достаточным для ремонта при величине износа зеркала гильзы равной 0,3... 0,5 мм, величине коробления после ТПД -0,1... 0,2 мм и припуске на механическую обработку до 0,5 мм.

После ТПД происходит уменьшение как внутреннего, так и наружного диаметра гильзы. Для восстановления наружных посадочных поясков гильзы необходимо осуще­ствить их наращивание на 1,5... 2,0 мм. Это можно выполнить способом электроду го во- го напыления или наплавки с использованием типовых режимов как стальной, так и алюминиевой проволокой.

Проблема применения метода ТПД для восстановления наружных цилиндрических поверхностей заключается в том, что в процессе термопластического деформирования появляется трудноустраняемый в дальнейшем дефект седлообразности, вызываемый структурными превращениями в материале. Решить эту проблему можно путем предва­рительного создания в обрабатываемом изделии бочкообразное™, за счет регулируемо­го давления на его торцы, при нагреве. Задача оптимизации операции ТПД в этом бочко­образное™ и седлообразное™ компенсируют друг друга, в результате чего восстанавли­ваемое изделие приобретет правильную геометрическую форму.

На рис. 12.3 представлена схема способа восстановления наружной цилиндриче­ской поверхности поршневых пальцев методом ТПД. Поршневой палец /, изготовлен­ный из цементуемой стали 12ХНЗ А, подают к закалочной установке ТВЧ (N = 50 кВт, = 2400 Гц), где в индукторе его нагревают объемно до температуры фазовых превращений, составляющей 840... 860 °С, а затем зажимают по торцам и на установке ТПД охлажда­ют водяным душем изнутри спрейером 4, вводимым во внутреннюю полость пальца. При этом получают увеличение наружного диаметра на 0,15 мм; длины - на 0,3 мм, что достаточно для компенсации износа и создания припуска на механическую обработку.

Рис. 12.3. Восстановление наружной цилиндрической поверхности поршневых пальцев: 1 - поршневой палец; 2 - индуктор; 3 -втулка; 4 - спрейер; 3 - гидроклапан

Одновременно проходит поверхностная закалка цементованного слоя. После ТПД поршневые пальцы обрабатывают холодом в течение двух часов при температуре - 50... 70°С для полного распада остаточного аустенита и осуществляют низкий отпуск при температуре 190... 220°С в течение двух часов с последующим охлаждением на воздухе. Технологии термоупругопластического деформирования обеспечивают качест­венное восстановление деталей по геометрическим параметрам, физико-механическим и эксплуатационным свойствам при средней себестоимости восстановления не превы­шающей, как правило, 60 % стоимости изготовления новых изделий. Это позволяет ис­пользовать их как при восстановлении изношенных деталей, так и для устранения брака механической обработки.

Пластическое деформирование материала применяют для восстановления формы и размеров поверхностей за счет перемещения материала в объеме самой детали. Способ применяют для восстановления деталей, изготовленных из пластичных материалов (ста­ли, меди, бронзы и др.), а также для обработки хрупких материалов, которые становятся пластичными в результате нагрева или создания благоприятных условий нагружения. Основная особенность данного способа состоит в том, что при восстановлении большого количества параметров деталей обходятся без применения дополнительного материала.

Пластичность - это свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после сня­тия этих сия. Пластическая деформация кристаллических тел происходит в результате смещения атомных слоев по плоскостям скольжения под действием внешних сил. Чем больше плоскостей сдвига образуется в объеме материала, тем более он пластичен, тем меньше напряжения, при которых деформируется заготовка.

Степень и усилие деформирования материала зависят от его химического состава и структуры, температуры нагрева, скорости деформирования и схемы главных напряжений.

Наибольшую пластичность имеют чистые металлы. Введение в состав металла леги­рующих элементов чаще всего уменьшает его способность к пластическому деформиро­ванию, Неоднородность структуры и неравномерность распределения примесей также приводят к уменьшению пластичности. Величина зерна влияет на пластичность при хо­лодном деформировании. Чем меньше размер зерна, тем прочнее металл и ниже его пла­стичность. При горячем деформировании размер зерна не сказывается на пластичности.

Пластичность материала увеличивается при его нагреве. Различают холодное и го­рячее деформирование в зависимости от соотношения температур процесса и рекристал­лизации. При холодном деформировании температура обработки меньше температуры рекристаллизации, а при горячем - наоборот.

Нагрев до температуры ковки в 10... 15 раз уменьшает сопротивление деформиро­ванию по сравнению с процессом в холодном состоянии. Нагрев деталей из углеродистых сталей до 350 °С не увеличивает, а снижает пластичность, а нагрев свыше 700 °С приво­дит к появлению окалины. Поэтому нагрев таких сталей целесообразен в указанном ин­тервале температур.

При восстановлении деталей машин пластическим вытеснением материала основ­ным технологическим режимом является усилие выдавливания. При расчете данных усилий учитывают то, что пластическая деформация наступает, когда напряжения сдви­га в материале детали превышают предел его упругости. В то же время, наряду с пла­стической - присутствует и упругая деформация, в результате действия которой разме­ры детали в конечный момент нагружения отличаются от размеров после снятия нагрузки.

Восстановление размеров деталей пластическим вытеснением за счет перемещения материала включает подготовку детали, нагрев (при необходимости), приложение де­формирующего усилия и последующую обработку.

Подготовка детали к деформированию представляет собой отжиг или высокотем­пературный отпуск. В некоторых случаях заготовку непосредственно перед деформиро­ванием нагревают до температуры ковки.

Процессы перемещения материала при пластическом деформировании классифи­цируют в зависимости от соотношения направления внешних сил и деформаций: осадка, раздача, обжатие, вытяжка и вдавливание (рис. 12.4, рис. 12.5).

Осадка (см. рис. 12,4, а) применяется для увеличения наружного размера сплошных деталей. При осадке действие силы Р перпендикулярно к направлению деформации. В результате воздействия площадь поперечного сечения детали увеличивается вследствие уменьшения ее высоты.

Способ используют для восстановления диаметров пальцев, коротких осей при не­жестких требованиях к их длине.

Пример. Процесс восстановления муфт синхронизаторов путем осадки в подклад­ном штампе с разъемной матрицей обеспечивает производительность до 100 деталей/ч.

Процесс включает:

- нагрев деталей в камерной печи до температуры 960... 980°С в атмосфере эндогаза;

* установку двух технологических полуколец, препятствующих деформации паза,

и установку собранного изделия на оправку;

- штамповку на фрикционном прессе;

** выпрессовывание оправки и снятие полуколец;

- отжиг;

- точение кольцевой канавки;

- протягивание и калибрование эвольвентных шлицев;

- закругление зубьев;

- термическую обработку.

Направления действующих сил и деформаций при раздаче (см. рис. 12.4, б) совпа­дают и направлены изнутри детали. Раздачу применяют для восстановления по наруж­ному диаметру поршневых пальцев, чашек дифференциала, втулок и др. деталей с неже­сткими требованиями к внутренним размерам.

При обжатии (см. рис. 12.4, в) направления действующих Сил и деформаций совпа­дают, но направлены внутрь детали. Этот способ применяют при восстановлении внут­ренней поверхности детали с нежесткими требованиями к наружным размерам.

Вытяжку (см. рис. 12.4, г) применяют для увеличения длины детали за счет умень­шения ее поперечного сечения. Вытяжкой восстанавливают, например, размеры толка­телей при износе торцовых поверхностей. Вдавливание (см. рис. 12.4, д) объединяет в себе признаки осадки и раздачи. Одно­временное протекание осадки и раздачи сохраняет длину детали, что является преиму­ществом способа. Вдавливание используют при восстановлении зубьев шестерен, шли­цев и др. поверхностей деталей. Как правило, процесс ведут при высокой температуре нагрева (680... 920 °С).

Частным случаем вдавливания является накатка (см. рис. 12.5). Ее применяют для увеличения наружного или уменьшения внутреннего размера деталей за счет вытесне­ния металла из отдельных участков рабочих поверхностей. Накаткой восстанавливают размеры шеек и отверстий под подшипники, а также подшипники, залитые свинцови­стой бронзой. Образовавшиеся лунки заливают баббитом для восстановления несущей способности антифрикционного слоя. Поверхности накатывают специальным инстру­ментом - зубчатым роликом с прямыми ияи косыми зубьями.

Наиболее перспективное восстановление соединений с малой величиной износа (0,004... 0,02 мм) - увеличение наружного диаметра за счет высоты наплывов, образую­щихся по краям микроканавок при формировании рельефа поверхности пластическим деформированием. Удается решить одновременно две задачи: восстановить размер и придать обработанной поверхности положительные антифрикционные свойства (нали­чие маслоемких каналов предотвращает в эксплуатации сухое трение и связанные с ним задиры контактирующих поверхностей, их заклинивание).

Одним из таких методов восстановления износа поверхностей деталей машин пла­стическим деформированием является алмазное выдавливание. При восстановлении ал­мазным выдавливанием в качестве инструмента, как правило, применяют выглаживатели из синтетического алмаза марки АСПК (Нормаль ВНИИАЛМАЗа ОН 037-103-67). Инструмент применяют с рабочей частью конуса имеющей радиус сферы такой же, как и для алмазного выглаживания. В отличие от выглаживания, которое проводится для упрочнения поверхностного слоя и уменьшения высотных параметров шероховатости, при выдавливании величина подачи составляет 0,3... 1,5 мм/об.

В зависимости от условий эксплуатации восстанавливаемых деталей машин, на по­верхности может образовываться винтовал линия (при непрерывной подаче инструмен­та), либо восстановление проводят образованием на поверхности деталей замкнутых кольцевых канавок.

Например, алмазное выдавливание можно применять для восстановления изношен­ных поверхностей прецизионных направляющих скольжения (восстановление с образо­ванием винтовой канавки) ли деталей плунжерных пар (восстановление с образованием кольцевых канавок).