Применяемых при восстановлении деталей
Для устранения механических повреждений применяют различные способы сварки, пайки, давления, металлизации, полимерных материалов, слесарной обработки.
Восстановление изношенных сопрягаемых поверхностей деталей осуществляется двумя методами:
- методом восстановления начальной посадки сопряжений путем изменения размеров деталей;
- методом восстановления посадки путем восстановления размеров деталей до их начального (номинального) размера.
При первом методе восстанавливается только посадка сопряжений, при втором – и начальные (номинальные) размеры, и посадка.
Восстановление посадки сопряжений по первому методу осуществляется способом ремонтных размеров, больших или меньших номинального. При этом способе наиболее сложная деталь сопряжения подвергается механической обработке с целью придания ей ремонтного размера и правильной геометрической формы. Другая деталь, сопряженная с нею, восстанавливается или заменяется новой деталью того же ремонтного размера. Хотя посадка при этом восстанавливается, взаимозаменяемость деталей сохраняется лишь частично, в пределах только данного ремонтного размера.
К числу способов восстановления деталей, осуществляемых собственно механической обработкой, относится способ дополнительных деталей. Способ основан на замене изношенной части детали, отдельно изготовленной (дополнительной, ремонтной) деталью. Дополнительная ремонтная деталь, в случае необходимости, может иметь как ремонтные, так и номинальные размеры, поэтому данный способ может применяться как для восстановления только посадки, так и для восстановления размеров и посадки сопряжений.
При втором методе восстановления начальных (номинальных) размеров и посадки производится нанесением на изношенную поверхность детали слоя металла требуемой толщины с последующей механической обработкой поверхности под номинальный размер. Нанесение слоя металла производится различными способами наплавки, гальваническими покрытиями, металлизацией расплавленным металлом.
Среди способов наплавки широкое распространение получили наплавка под флюсом, в среде защитных газов, вибродуговая, а в последнее время и плазменно-дуговая наплавка.
Восстановление деталей гальваническими покрытиями основа-но на осаждении на поверхности деталей слоя металла путем электролиза. Наибольшее применение получило хромирование и железнение.
К химическим способам относится химическое никелирование, которое практически не применяется в авторемонтном производстве.
Восстановление начальных размеров и посадки ряда деталей осуществляется способом давления: раздача, осадка, обжатие.
Полимерные материалы применяются преимущественно для устранения дефектов.
Таким образом, в авторемонтном производстве находят применение большое число разнообразных способов для устранения механических и коррозийных повреждений и восстановления деталей под начальные посадки сопряжений. При этом, необходимо иметь в виду, что для восстановления полной работоспособности деталей обычно применяются не один, а несколько способов, если деталь имеет совокупность разных дефектов.
Методы восстановления размеров изношенных
Поверхностей деталей
Восстановление деталей пластической деформацией.
Восстановление деталей обработкой давлением основано на использовании пластических свойств металла. Под пластичностью металлов понимается их способность при определенных условиях под действием нагрузки принимать остаточные (пластические) деформации без нарушения целостности.
Рисунок 2.4.1 – Схема восстановления деталей давлением
Пластическая деформация при восстановлении деталей осуществляется различными способами: осадкой (рисунок 2.4.1, а), правкой (рисунок 2.4.1, б), обжатием (рисунок 2.4.1,в).
Обработка давлением вызывает не только изменение формы и размеров деталей, но и влияет на механические свойства и структуру металла. Последние определяются теми явлениями, которые происходят в металле детали под влиянием пластической деформации.
Обработка давлением детали может производится в холодном состоянии и после нагрева.
При пластической деформации детали в холодном состоянии происходит перемещение одной части кристалла по отношению к другой по плоскости наиболее легкого сдвига. В результате сдвигов расположение атомов в кристаллической решетке меняется, получается искажение кристаллической решетки, причем цельность кристалла не нарушается.
В отличии от упругой деформации, вызываемой нормальными напряжениями (напряжения, действующие перпендикулярно к плос-кости), пластическая (остаточная) деформация происходит под действием касательных напряжений (напряжения, действующие в самой плоскости).
Пластическая деформация, вызвавшая сдвиги, упрочила металл и повысила его способность сопротивляться пластическим деформациям.
Упрочение металла в результате холодной пластической деформации называется наклепом или нагартовкой.
В результате наклепа механические свойства металла, предел текучести, предел прочности и твердость повышаются, а пластичность снижается.
Изменения механических свойств и структуры металла в результате пластической деформации в холодном состоянии не являются стойкими, и структура металла находится в неустойчивом состоянии.
Нагрев наклепанного металла до температуры 200…300ºС ведет к снятию искажений кристаллической решетки. Прочность и твердость наклепанного металла частично снижаются, а пластичность повышается.
Процесс изменения структуры в результате нагрева металла после холодной пластической деформации называется рекристаллизацией.
Обработка давлением (пластическая деформация) производимая при температуре выше температуры рекристаллизации, при которой металл имеет структуру без следов упрочнения, называется горячей обработкой.
Скорость рекристаллизации сильно повышается с ростом температуры.
Для увеличения пластичности металла и устранения возможности наклепа при горячей обработке металла давлением температура нагрева должна быть значительно больше, чем минимальная температура рекристаллизации. Кроме того, при высоких температурах нагрева требуются меньшие усилия на деформацию и уменьшается опасность появления трещин при деформации.
При горячей обработке давлением большое значение на механические свойства детали оказывает температура начала и конца обработки, т.е. температурный интервал, зависящий от химического состава металла.
Для уменьшения обезуглероживания и окалины поверхностного слоя деталей, особенно цементованных, нагрев необходимо вести в науглероживающей среде, например, в ящиках с карбюризатором или в нейтральной среде, а продолжительность нагрева давать минимальную.
В процессе восстановления деталей горячей обработкой давлением термическая обработка их снимается, поэтому после горячей осадки или раздаче детали необходимо подвергнуть термической обработке согласно чертежу.
Механизированная наплавка.
Наплавка является одним из основных способов восстановления деталей, широко применяемым в авторемонтном производстве. Наибольшее применение получила наплавка плавящимися металлическими электродами в среде защитных газов.
Для обеспечения долговечности восстановленных деталей необходимо учитывать особенности и технологию отдельных способов наплавки, а также различные параметры деталей: материал, поверхностную твердость, характер нагрузки и другие.
При восстановлении деталей наплавкой они подвергаются большим тепловым воздействиям. При этом важно обеспечить деталям требуемые жесткость, прочность и износостойкость. В этом отношении большую роль играют глубина проплавления основного металла, величина зоны термического влияния, структура наплавленного слоя и качество его поверхности. Все эти свойства и эксплуатационная долговечность восстановленных деталей определяются режимами наплавки и возникающими при этом тепловыми воздействиями на деталь, применяемыми материалами (электроды, флюсы, электродная проволока) и другие.
Способ наплавки деталей вибрирующим электродом при помощи автоматической головки с применением охлаждающей жидкости имеет ряд преимуществ перед другими способами наплавки: слабый нагрев восстанавливаемой детали, незначительная величина зоны термического влияния, в результате чего химический состав и физико-механические свойства детали почти не изменяются. Применяя электродную проволоку с различным содержанием углерода можно получать все виды закалочных структур наплавленного металла, отличающегося достаточно высокой твердостью и износостойкостью.
Принципиальная схема установки для вибродуговой наплавки приведена на рисунке 2.4.2.
Рисунок 2.4.2 - Схема установки для вибродуговой наплавки
деталей
Деталь 1, подлежащая наплавке, закрепляется в патроне или центрах токарного станка, и при круговой наплавке ей сообщается круговое движение. На суппорт станка монтируется корпус автоматической головки, включающий механизм 5 подачи проволоки с кассетой 6, электромагнитный вибратор 7 с мундштуком 9. Конец электродной проволоки 10 приводится в колебательное движение при помощи вибратора 7,8. Вследствие вибрации происходит замыкание и размыкание сварочной цепи между электродной проволокой 10 и деталью 1. Для подвода тока от источника 3 к детали используется скользящий контакт. Частота вибрации проволоки и, следовательно, замыкания и размыкания сварочной цепи составляет 50-100 Гц. Под действием теплоты, выделяемой в момент замыкания и размыкания сварочной цепи, происходит нагрев электрода, оплавление его и сваривание металлов. В зону наплавки металлов через канал 4 при помощи насоса 11 подается охлаждающая жидкость; в результате происходит закалка наплавленного слоя металла.
Вибродуговой наплавкой можно восстанавливать даже детали, вышедшие из всех ремонтных размеров. Толщина однослойной наплавки в зависимости от режимов колеблется от 0,5 до 3 мм. При многослойной наплавке можно получить слой любой толщины. Подготовка поверхности для наплавки состоит в очистке их от грязи и ржавчины. Все отверстия и пазы, которые необходимо сохранить, заполняют медными или графитовыми вставками.
Механической обработкой наплавленных деталей является шлифование, первоначально грубое, затем чистовое под требуемый размер.
Технологический процесс восстановления деталей вибродуговой наплавкой является по существу одинаковым и различается для отдельных деталей лишь маркой электродной проволоки и режимами наплавки.
Плазменная металлизация.
Плазменно-дуговая металлизация распылением расплавленного металла на поверхность детали имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами металлизации. Высокая температура плазмы и нейтральная среда позволяют получать покрытия с большей однородностью, меньшей окисляемостью, более высокими когезионными и адгезионными свойствами, износостойкостью и другие. С помощью плазменно-дуговой металлизации можно распылять различные тугоплавкие материалы: вольфрам, молибден, титан, твердые сплавы, а также окислы алюминия, хрома, магния и других. Нанесение покрытия можно осуществлять распылением как проволоки, так и порошка.
В авторемонтном производстве, для восстановления деталей металлизацией, применяется низкотемпературная плазма, представляющая собой частично ионизированный газ с температурой порядка 7000…15000°К. Плазма образуется при пропускании плазмообразующего газа в специальных устройствах, получивших название плазмотронов или плазменных головок. Проходя через столб дугового разряда, газ нагревается вследствие столкновения с электронами, сильно ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи. На основе этого принципа устроены различные типы плазмотронов, рисунок 2.4.3.
Различают два типа дуговых плазмотронов: с независимой (рисунок 2.4.3,а) и зависимой (рисунок 2.4.3,б) дугой.
Для металлизации деталей применяются плазмотроны с независимой дугой.
Подача пруткового материала в плазмотронах может осуществляться по схеме: материал-катод (рисунок 2.4.3,в), нейтральный материал (рисунок 2.4.3,г) и материал – анод (рисунок 2.4.3,д). Подача порошкового материала может быть вместе с плазмообразующим газом (рисунок 2.4.3, е) и в плазменную струю (рисунок 2.4.3,ж).
1- источник электропитания; 2- плазмообразующий газ;
3- охлаждающая жидкость; 4- материал.
Рисунок 2.4.3 - Типы плазмотронов и схемы подачи материалов
в плазменную струю
Для восстановления деталей плазменно-дуговой металлизацией в качестве плазмообразующего газа используют аргон, азот или смесь этих газов.
На рисунке 2.4.4 приведена принципиальная схема установки для плазменного распыления металлической проволоки, работающая по схеме анод-проволока. В установках этого типа электрическая дуга горит между вольфрамовым электродом и торцом распыляемой проволоки. Применяется проволока диаметром 0,8…2,0 мм со скоростью подачи 100…400 м/ч
1- струя порошка; 2- сопло; 3- электрод-катод; 4- манометр;
5- ротаметр; 6- трансформатор; 7- выпрямитель; 8- баллон с
плазмообразующим газом; 9- распыляемая проволока-анод;
10- подающий механизм.
Рисунок 2.4.4 - Принципиальная схема установки для плазменного
распыления металлической проволоки
Для плазменного напыления применяется установка УПУ-3 как с ручным, так и с механизированным перемещением плазмотрона. Мощность плазмотрона 35 кВт, максимальная сила тока при работе на аргоне 600 А; напряжение холостого хода 160 В; расход охлаждающей воды 10 л/мин; производительность 3,5 кг/ч; расход аргона 3-4 м/ч; источник питания – выпрямитель ИПН-160/600.
Гальванические и химические покрытия.
Для восстановления деталей автомобилей широкое распространение получили хромирование и железнение. Хромирование применяется также в защитно-декоративных целях. Большим достоинством хромирования является возможность нанесения на изношенные поверхности деталей осадков высокой твердости и износостойкости без нарушения структуры основного металла.
Процесс электролитического осаждения металла основан на законах электролиза, т.е. прохождения постоянного тока через электролиты. Катодами являются детали, подлежащие покрытию, а анодами – пластинки из металлов, подлежащих осаждению. Для пополнения электролита ионами металла в него добавляют вещества, содержащие ионы осаждаемого металла.
В качестве электролита при хромировании применяется водный раствор хромового ангидрида CrО3 с добавлением химически чистой серной кислоты. Концентрация хромового ангидрида СrО3 в электролите может колебаться в широких пределах: 100…400 г/л.
В авторемонтном производстве наибольшее распространение получили два вида ванн:
- ванна с низкой концентрацией хромового ангидрида, или разведенная ванна: СrО3 – 150 г/л, Н2SO4 – 1,5 г/л;
- универсальная ванна со средней концентрацией хромового ангидрида: СrО3 – 250 г/л, Н2SO4 – 2,5 г/л.
При хромировании можно получить три вида осадков:
- блестящие, отличающиеся высокой твердостью, повышенной износостойкостью, пористостью и хрупкостью (625 МПа);
- молочные, обладающие высокой износостойкостью и повышенной вязкостью (505 МПа);
- матовые, имеющие большую хрупкость и низкую износостойкость (600 МПа).
Толщина осадка хрома при восстановлении деталей ограничивается 0,1 мм на сторону. При большей толщине осадки непрочны и некачественны по структуре.
Принципиальная схема установки для хромирования деталей приведена на рисунке 2.4.5.
Химическое никелирование позволяет восстанавливать наруж-ные и внутренние поверхности деталей с износом не более 0,05 мм.
Практически для восстановления деталей не применяется, а используется для нанесения декоративного покрытия.
Нанесение синтетических материалов
Восстановление деталей в ремонтном производстве полимерными материалами во многих случаях имеет большую технико-экономическую целесообразность по сравнению с применением других способов, например, при заделке вмятины металлических обшивок кузовов по сравнению с пайкой, заделкой некоторых трещин в корпусных деталях по сравнению со сваркой и другое.
Пластмассы представляют собой либо чистые полимеры, т.е. высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых состоят из большого числа молекул более простого вещества – мономера, как, например, полиэтилен, полипропилен; либо композиции, в которые кроме полимера входят другие вещества: наполнители, пластификаторы, отвердители, придающие пластмассам требуемые свойства.
1, 2 – магнитные пускатели; 3 – реле МКУ –48; 4 – кран с электромагнитом; 5 – манометрический термометр ТС-100; 6 – мотор-генератор; 7 – ванна с устройством для подогрева и перемешивания электролита.
Рисунок 2.4.5 – Принципиальная схема установки для хромиро-
вания деталей
В ремонтном производстве применяются как термореактивные пластмассы – реактопласты, так и термопластичные – термопласты.
По своему назначению в ремонтном производстве пластмассы можно разделить на две группы:
- первую составляют термореактивные пластмассы в виде различных композиций, по преимуществу на основе эпоксидных смол ЭД-20, ЭД-16, применяемых для приготовления паст, используемых для выравнивания вмятин в металлических обшивках кузовов;
- ко второй группе относятся пластмассы, идущие на изготовление и восстановление различных деталей, например, поликапролактам (капрон), П68, АК-7, фторопласт Ф-4 и другие.
В авторемонтном производстве полимерные материалы находят применение при заделке трещин и восстановлении сопряжений с подшипниками качения в корпусных деталях, восстановлении подшипников скольжения, заделке трещин и выравнивании вмятин при ремонте кузовов и устранении других дефектов.
Восстановление деталей производится физическими и химическими способами:
- изготовление дополнительных деталей;
- литье под давлением;
- газопламенное напыление;
- эпоксидными композициями;
- наложение стеклотканевых заплат;
- уплотнение герметиками и другие.