РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Методы восстановления посадок сопряженных деталей: регулировкой, под ремонтный размер, под номинальный (начальный) размер.

Механическая обработка применяется как самостоятельный способ восстановления деталей, а также в качестве операций, свя­занных с подготовкой или окончательной обработкой деталей, восстановленных другими способами.

Самостоятельными способами восстановления деталей механи­ческой обработкой, позволяющими устранить износы и другие по­вреждения рабочих поверхностей, являются обработка под ремонт­ный размер и постановка дополнительных ремонтных деталей.

Восстановление детали под индивидуальный размер. При вос­становлении посадки с изменением первоначальных размеров основную, наиболее ценную деталь соединения ремонтируют ме­ханической обработкой до выведения следов износа и получения правильных геометрических размеров. Вторую, соединяемую с ней, более простую деталь изготавливают заново или наращива­ют и при обработке подгоняют к размеру первой детали до по­лучения необходимой посадки.

Изношенные отверстия развертывают под индивидуальный увеличенный размер, а пальцы или оси под эти отверстия изго­тавливают новые. Преимущества этого способа — простота вос­становления основной детали и увеличение ее долговечности. Однако индивидуальная подгонка очень трудоемка и полностью нарушает взаимозаменяемость деталей соединения. Область применения такого способа ограничивается единичным ремон­том машин при небольшой программе ремонта.

Восстановление детали под ремонтный размер— наиболее широко применяемый способ. Сущность его заключается в том что основную, наиболее дорогостоящую деталь обрабатывают механически не до произвольного (индивидуального), а до зара­нее установленного размера, отличающегося от нормального (за­водского). Вторую, соединяемую деталь изготавливают под этот же размер с сохранением допусков новой детали.

Обработкой и под ремонтный размер восстанавливают геомет­рическую форму, требуемую шероховатость и точностные пара­метры изношенных поверхностей деталей. Восстанавливаемые поверхности деталей могут иметь несколько ремонтных размеров. Их значения и количество зависят от степени износа детали, при­пуска на обработку и запаса прочности детали.

Рис. 52. Схема определения ремонтных размеров для вала (а) и отверстия (б)

Первый ремонтный размер (рис.52)для наружных цилинд­рических поверхностей (валов);

, (72)

для внутренних цилиндрических поверхностей (отверстий):

+ Z), (73)

где d_p1 и D_p1 — первый ремонтный размер вала или отверстия; d_н и D_н —- размер вала и отверстия по рабочему чертежу; U_max — мак­симальный износ поверхности детали па сторону; Z — припуск на механическую обработку на сторону.

Число ремонтных размеров для валов:

, (74)

для отверстий:

, (75)

где d_min — минимальный диаметр вала, мм; D_max — максимальный диаметр отверстия, мм; — ремонтный интервал, .

Минимальный диаметр вала и максимальный диаметр от­верстия определяют по условиям прочности детали на основа­нии конструктивных свойств или исходя из минимально допус­тимой толщины слоя химико-термической обработки поверх­ности детали.

Преимуществами данного способа восстановления деталей яв­ляются простота технологического процесса и используемого оборудования, высокая экономическая эффективность, сохране­ние взаимозаменяемости деталей в пределах одного ремонтного размера. К недостаткам способа относятся увеличение номенкла­туры запасных частей, усложнение организации процессов комп­лектования деталей, сборки узлов и хранения на складах.

Обработкой деталей под ремонтный размер восстанавливают коренные и шатунные шейки коленчатых валов, гильзы цилинд­ров и другие детали.

Восстановление и ремонт деталей способами механической и слесарней обработки: путем замены части детали, путем повертывания, постановки дополни­тельных (добавочных) деталей.

Многие детали при ремонте восстанавливают способом поста­новки дополнительного элемента. Изношенные и поврежденные части деталей удаляют, а на их место устанавливают вновь изго­товленные, которые обрабатывают под номинальный размер. Этот способ применяют, восстанавливая отверстия и валы, ремон­тируя детали сложной конфигурации удалением дефектного и ус­тановкой нового элемента: венца шестерни, шлицевой втулки или шлицевого конца вала и др., а также ремонтируя плоские поверх­ности постановкой планок или накладок.

Дополнительные ремонтные детали применяют с целью ком­пенсации износа рабочих поверхностей деталей, а также при заме­не изношенной или поврежденной части сложных трудоемких де­талей (рис.53).

Рис.53. Восстановление изношенных отверстий (а), шестерен; (5), шеек цапф (в), резьб (г) постановкой дополнительных деталей: 1— изношенная деталь; 2— дополнительная деталь

Износ рабочих поверхностей деталей устраняют установкой непосредственно на изношенную поверхность ремонтной детали в виде гильзы, кольца, шайбы, пластины, резьбой втулки или спи­рали. Если на детали сложной формы изношены отдельные ее поверхности, то ее восстанавливают полным удалением поврежден­ной ремонтной детали.

Дополнительные ремонтные детали (ДРД) изготавливают из того же материала, что и восстанавливаемая деталь. Рабочая по­верхность ремонтной детали по своим свойствам должна соответ­ствовать свойствам восстанавливаемой поверхности детали, и по­этому в случае необходимости она должна подвергаться соответ­ствующей термической обработке.

Крепление ДРД осуществляется благодаря посадкам с натягом или сваркой. Для обеспечения прочной посадки ДРД, имеющих форму втулок, сопрягаемые поверхности втулки и детали обраба­тывают по допускам посадки H7/J6 II класса точности с шерохо­ватостью не менее Rа = 1,25...0,32 мкм. В отдельных случаях мо­гут быть использованы дополнительные крепления приваркой по торцу, постановкой стопорных винтов или штифтов. После поста­новки и закрепления ДРД выполняют их окончательную механи­ческую обработку до требуемых размеров.

Преимуществами данного способа являются простота техноло­гического процесса и применяемого оборудования, однако его при­менение не всегда оправдано экономически из-за больших расходов материала на изготовление ДРД. Иногда этот способ приводит к снижению механической прочности восстанавливаемой детали.

Процесс восстановления заменой части детали можно разде­лить на следующие этапы.

Удаление дефектной части и подготовка поверхности соедине­ния. Часто сложные детали (каретки и блоки шестерен коробок передач, шлицевые, карданные валы и др.) термически обработаны (цементация или закладка) и перед удалением дефектного эле­мента необходим местный отпуск газосварочной горелкой или то­ками высокой частоты (ТВЧ).

Изготовление заменяемой части.Материал заменяемой части выбирают такой же, как и основной. Изготавливают эту часть под номинальный размер без припусков на последующую обработку, за исключением случаев, когда требуется соблюдение соосности или точности взаиморасположения, фиксируемого по этой части детали.

Соединение и закрепление заменяемой части выполняют посад­кой на резьбе, запрессовкой и приваркой. Для снятия возникших при сварке напряжений применяют нормализацию или отжиг.

Ремонт деталей способом пластичес­кой деформации (давлением): раздача, осадка, вдавливание, правка, накатка.

Для восстановления деталей методом давления применяют об­жатие, осаживание, вдавливание, накатку, вальцевание, правку. Стальные термически обработанные детали с низким содержани­ем углерода (до 0,3 %), а также детали из цветных металлов и спла­вов деформируются без нагрева. Детали, изготовленные из стали с высоким содержанием углерода (более 0,3 %), а также с легиру­ющими присадками, требуют, вследствие большого сопротивле­ния деформации, предварительного нагрева.

При восстановлении давлением в нагретом состоянии сталь­ных деталей со средним и высоким содержанием углерода, а так­же с различными легирующими присадками необходимо учиты­вать не только верхний предел нагрева, но и температуру конца пластического деформирования металла. Относительно низкая температура конца деформирования металла может привести к наклепу и появлению в металле трещин. Конечная температура при восстановлении деталей из углеродистой стали должна быть не ниже 800 °С, а из легированной — не ниже 825—875 °С.

Нагрев детали при восстановлении способом давления произво­дится обычно в пламенных печах. Время нагрева, включая выдержку детали в печи в конце нагрева, необходимую для выравнивания тем­пературы детали, можно ориентировочно определить по формуле:

, (76)

где D — диаметр детали, мм; к — коэффициент, равный для угле­родистых сталей 12,5, для высоколегированных — 25. Правиль­ный выбор температуры и скорости позволит избежать обезугле­роживания поверхностного слоя детали и больших потерь метал­ла в окалину.

При раздаче под действием силы Р увеличивается наружный ди­аметр детали в направлении деформации при практически неизмен­ной ее высоте. Операция выполняется продавливанием пуансона, шарика и. т.п. При раздаче (рис. а) наружный диаметр детали увеличивается вследствие увеличения размера отверстия. Раздачей восстанавливают преимущественно цилиндрические полые детали, имеющие износ по наружному диаметру. Нормализованные детали подвергают раздаче в холодном состоянии, закаленные ТВЧ или цементированные — в нагретом с последующим восстановлением структуры термической обработкой. Усилие раздачи:

, (77)

где R и r — наружный и внутренний радиусы восстанавливаемой детали, мм; — предел текучести стали (Н).

Рис.54. Схема восстановления деталей пластическим деформированием: а — раздача; б — обжатие; в — осаждение; г — вытяжка

Восстановление деталей обжатием. Обжатием (рис.54,б)достигается уменьшение внутренних полых деталей путем измене­ния наружных размеров. Для обжатия втулок применяют приспо­собление, приведенное на рис.55

Рис.55. Приспособление для осаживания втулок: 1 — пуансоны; 2 — втулка; 3 — головка шатуна

Усилие обжатия можно определить по формуле:

, (78)

где F— площадь контакта между калибрирующим кольцом и ци­линдром, см²; р_п — давление на наружную поверхность цилиндра, МПа; f = 0,18—0,34 — коэффициент трения при обжатии; боль­шие его значения принимаются при больших деформациях.

Давление на наружную поверхность определяют по выражению:

, (79)

где — радиальное перемещение наружной стенки цилиндра, см; Е — модуль упругости (для стали Е = 2,2х10⁵ МПа); r — радиус отверстия цилиндра до обжатия, см; R — наружный радиус ци­линдра до обжатия, см; — коэффициент Пуассона (для низкоуг­леродистых сталей = 0,28, для сталей с повышенным содержани­ем углерода = 0,29).

Обжатие следует выбирать с учетом получения после обжатия припуска 0,5—1 мм, необходимого для последующего растачивания и раскатывания или хонингования внутреннего диаметра цилиндра.

Восстановление деталей осаживанием. Осаживание применяютдля увеличения наружного диаметра сплошных деталей и умень­шения внутреннего диаметра полых деталей за счет сокращения их высоты (рис.54, в).

Осаживанием восстанавливают различные шестерни, пальцы, втулки и другие детали. Втулки восстанавливают, не выпрессовы-вая их из сопряженной детали. В этом случае бронзовую втулку сверху и снизу сжимают по длине специальными пуансонами до тех пор, пока не уменьшится ее внутренний диаметр. Затем втулку растачивают по внутреннему диаметру или развертывают под со­ответствующий размер.

Давление, необходимое для осадки, в ньютонах:

, (80)

где — предел текучести материала детали при температуре осад­ки, Па; d — диаметр детали до осадки, м; h — высота детали до осадки, м; F—площадь поперечного сечения детали до осадки, м³.

Изношенные зубья шестерен восстанавливают вдавливанием в специальных штампах.

Принципиальная схема штампа для восстановления шестерен представлена на рис. 56

Рис.56. Принципиальная схема штампа для восстановления шестерен спосо­бом пластического деформирования: 1 — пуансон; 2 — ограничительное коль­цо; 3 — шестерня; 4 - матрица; 5 — выбрасыватель; 6 — центрирующий кони­ческий вкладыш; 7 — разрезанная коническая пружинящая втулка

Основные операции технологического процесса восстановле­ния шестерен: нагрев до 950°С (для сталей 35Х и 40Х) или 1100— 1160 °С (для сталей 25ХГТ, ЗОХГТ, 18ХГТ); установка шестерни на нижнюю половину штампа: опускание ползуна пресса и дефор­мация шестерни.

Восстановление деталей вытяжкой.Вытяжка применятся для увеличения длины детали за счет уменьшения ее поперечного се­чения. По схеме действия силы Р и направлению деформации вы­тяжка напоминает осадку и вдавливание (рис.54, г).

Восстановление деталей вдавливанием.Вдавливание применя­ют для увеличения наружных размеров деталей. Вдавливанием восстанавливают шлицевые валы и втулки, зубчатые колеса, шей­ки валов и другие детали. Сущность восстановления шлицев зак­лючается в том, что металл при помощи инструмента клинообраз­ной формы выдавливается из средней части шлица в сторону из­ношенных боковых поверхностей, что увеличивает его ширину до 1 мм на каждую сторону. Шлицевые поверхности подвергают вдавливанию в холодном состоянии и, в зависимости от твердо­сти металлов, могут подвергать термической обработке.