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

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

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. Схем