Мы уже отмечали, при дефектации деталей их сортируют по дефектам или по маршрутам.
Но прежде чем разрабатывать проект технологического процесса восстановления деталей, следует классифицировать дефекты, определить их параметры, сходство и повторяемость, разделить по сходным признакам на типы.
Следует отметить, что типизация дефектов и неисправностей деталей позволяет обнаруживать ненадежные элементы деталей, повысить долговечность и ремонтопригодность машин. Следует отметить понятия: дефект, неисправность и отказ. По ГОСТ 15467 – 79:
Дефект – это каждое отдельное несоответствие изделия (детали) требованиям, установленным нормативной документацией.
Примеры: выход размера детали за пределы допуска, недопустимое изменение формы поверхности, нарушение целостности тела детали.
Неисправность – это состояние объекта (детали), при котором он не соответствует хотя бы одному из требований установленных нормативно-технической документацией.
Находясь в неисправном состоянии, деталь может иметь один или несколько дефектов. При этом при наличии дефекта деталь либо восстанавливается, либо направляется в утиль.
Отказ – это понятие надежности.
Дефекты классифицируют по нескольким признакам. Во-первых, дефекты подразделяют по причинам их появления:
1. ошибки конструирования;
2. ошибки изготовления;
3. старение и износ;
4. нарушение правил эксплуатации.
Во-вторых, дефекты подразделяют по форме их проявления в виде изменений:
1. линейных и объемных размеров форм поверхностей;
2. относительного положения поверхностей;
3. посадок и сопряжений;
4. свойств материала поверхностных слоев детали;
5. целостности тела детали;
6. функциональных свойств материала;
7. внешнего вида.
Однако для разработки технологии восстановления мало выявить формы проявления дефектов, необходимо также установить виды и количественные параметры дефектных элементов деталей.
11.3.1 Виды изнашивающихся и повреждаемых элементов деталей
Как правило, восстановление дефектной детали (на конечном этапе восстановления) сводится к обработке поверхностей на металлорежущих станках. Поэтому дефектные поверхности разных деталей группируют сначала по конструктивно-технологическим признакам, затем по видам.
Это делается для определения операционного маршрута восстановления за счет комбинации технологических операций восстановления типовых поверхностей.
Типовая поверхность – это поверхность, конструктивно-технологические характеристики и параметры дефекта которой присущи поверхностям множества различных деталей.
То есть цель типизации – установление конструктивно-технологической общности и сходства параметров дефектов поверхностей детали. Итак, по конструктивно-технологическому признаку поверхности восстанавливаемых деталей разделяют на:
1. наружные поверхности, имеющие форму тел вращения (шейки, ступицы, опоры валов и осей);
2. внутренние поверхности, имеющие форму тел вращения;
3. поверхности других форм (эллиптические, зубчатые, плоские, поверхности со шпоночными и шлицевыми канавками, резьбой и т.д.).
Общим признаком всех трех типов поверхностей являются одинаковые требования к их обработке. Поэтому в типовой маршрут восстановления деталей включают и детали, имеющие одновременно дефекты всех трех типов поверхностей.
Для оценки необходимости включения восстановления дефектной детали в типовой маршрут используют следующие показатели поверхности:
L – длина поверхности;
T – точность обработки;
i – вид причины перехода поверхности в непригодное состояние;
δ – линейные изменения формы поверхности;
D – диаметр;
R – вид резьбы;
K – конусность;
H – твердость;
σ – материал.
Итак, в этом списке L, T, D, R, H, σ – это характеристики детали (точнее ее поверхностей); i, δ, K – это дефекты.
Пользуясь показателями характеристик поверхности и ее дефектов, составляют комплексную поверхность, для которой разрабатывают технологические операции восстановления. Итак, этот этап – типизация поверхностей по дефектам и технологическим процессам их восстановления – первый уровень специализации.
Второй уровень – это типизация технологических процессов восстановления однородных (однотипных) деталей. Для этого выбирают комплексную деталь, охватывающую параметры всех деталей, включенных в заданную группу. Как и при изготовлении новых деталей, комплексная деталь может не совпадать по параметрам с реальными деталями (точно), но разработанный для нее технологический процесс восстановления должен быть пригодным для ремонта любой детали, включенной в данную группу.
Эти два уровня отражены в различных вариантах восстановления деталей. Первый вариант – восстановление по дефектной технологии, т.е. разрабатывается технологический процесс восстановления на каждый дефект детали. Второй (более эффективный) вариант – восстановление по маршрутной технологии, т.е. разрабатывается технологический процесс восстановления на все возможные дефекты детали.
Формирование технологического маршрута включает выполнение нескольких, последовательно выполняемых этапов.
Во-первых, массив дефектных деталей разбивают на классы в соответствии с их геометрической конфигурацией.
Во-вторых, в рамках каждого класса детали разделяют на группы по следующим признакам:
1. габаритные размеры;
2. количество (частота) дефектов;
3. связь между дефектами различных поверхностей деталей;
4. тип поверхностей, подлежащих восстановлению;
5. вид сопряжений и их точность;
6. возможные методы восстановления деталей;
7. серийность деталей.
В-третьих, в каждой группе выбирается комплексная деталь.
В-четвертых, разработка для каждой комплексной детали маршрута или маршрутов группового технологического процесса восстановления.
В-пятых, оценка экономической эффективности различных маршрутов и выбор наиболее экономичного маршрута.
В-шестых, составление маршрутно-операционных карт технологических процессов восстановления деталей и их использование на местах (на постах дефектации и в цехах по восстановлению деталей).
I) Как отмечалось, наиболее распространен способ ремонтных размеров, по которому восстанавливают посадку путем механической обработки наиболее сложной детали и замены сопряженной с ней детали новой.
Размеры обрабатываемой детали регламентируются системой ремонтных размеров. Это делается для того, чтобы иметь достаточное число запасных частей, а также технологическую оснастку. Ремонтные размеры для каждого сопряжения, а также их количество рассчитывают на основе величин ремонтного интервала и предельной толщины слоя металла, который может быть снят с детали при сохранении достаточной работоспособности.
Ремонтный интервал (γ) – это сумма величин уменьшения тела детали в результате изнашивания и обработки. Обработку выполняют для восстановления ее геометрической формы и положения в пространстве, а также обеспечения необходимой шероховатости поверхности.
Пример: Максимальная толщина слоя (рисунок 13.1), который можно снять (в процессе изнашивания и обработки) определяется условиями прочности или износостойкости (если поверхность упрочнена на ограниченную глубину).
Для валов в большинстве случаев допускают уменьшение диаметра шейки до 5 % их номинального размера (исходя из условия прочности). Дальнейшее уменьшение диаметра шейки разрешают только при наличии расчета доказывающего допустимость намечаемого уменьшения.
Недостатки: усложнение производства; удорожание ремонта из-за выбраковки одной из деталей, необходимость увеличения запасов сменных деталей и, соответственно, снижение оборачиваемости оборотных средств.
Кроме этого, эксплуатационные недостатки – ухудшение работы сочленений при большом изменении размеров (изменение скорости относительного перемещения, давления, инерционных нагрузок), что вызывает ускоренный износ.
При отсутствии регламентаций на ремонтные размеры деталь обрабатывается до устранения дефекта, а заменяемая деталь изготавливается с подгонкой к основной детали.
II) Способ постановки дополнительной ремонтной детали (рисунок 13.2) состоит в том, что в сопряжение для компенсации износа вводят дополнительную деталь (компенсатор износа).
Надежность ее соединения с основной деталью достигается посадкой с гарантированным натягом, сваркой, с помощью винтов и штифтов, но снижается жесткость сопряжения, повышается теплонапряженность, что ускоряет износ. Наиболее эффективным является восстановление посадок сопряженных поверхностей с одновременным восстановлением первоначальных размеров деталей. I) Как отмечалось, наиболее распространен способ ремонтных размеров, по которому восстанавливают посадку путем механической обработки наиболее сложной детали и замены сопряженной с ней детали новой.
Размеры обрабатываемой детали регламентируются системой ремонтных размеров. Это делается для того, чтобы иметь достаточное число запасных частей, а также технологическую оснастку. Ремонтные размеры для каждого сопряжения, а также их количество рассчитывают на основе величин ремонтного интервала и предельной толщины слоя металла, который может быть снят с детали при сохранении достаточной работоспособности.
Ремонтный интервал (γ) – это сумма величин уменьшения тела детали в результате изнашивания и обработки. Обработку выполняют для восстановления ее геометрической формы и положения в пространстве, а также обеспечения необходимой шероховатости поверхности.
Пример: Максимальная толщина слоя (рисунок 13.1), который можно снять (в процессе изнашивания и обработки) определяется условиями прочности или износостойкости (если поверхность упрочнена на ограниченную глубину).
Централизованный ремонт деталей машин в ряде отраслей народного хозяйства стал эффективным путем удовлетворения потребности в запасных частях. Ремонтируемая деталь является удобной заготовкой, поскольку требует новых материальных и трудовых затрат. Ее размеры в максимальной степени соответствуют окончательным размерам, поэтому восстановление связано с минимальным объемом механической обработки. При этом количество повреждений поверхностей, как правило, невелико, а восстановительные работы имеют небольшой объем. Поэтому стоимость отремонтированных деталей даже в условиях несовершенного ремонтного производства оказывается в несколько раз ниже, чем стоимость новых. Применение эффективных методов упрочнения при ремонте позволяет повышать ресурсы деталей в сравнении с ресурсами новых деталей. Все это определяет высокую эффективность правильно организованного восстановительного ремонта. При огромном парке машин он обеспечивает крупную экономию материалов, энергии и трудозатрат.
В машиностроении возможности централизованного ремонта деталей машин используют в ограниченных объемах, что связано с рядом причин: децентрализацией ремонта, выполнением его силами каждого отдельного предприятия, большими возможностями изготовления запасных частей в собственных ремонтных и основных производственных цехах. Малая потребность в деталях одного наименования в этих условиях делает восстановление их не всегда выгодным.
В строительстве, на транспорте и в ряде отраслей промышленности, где централизация ремонта машин достигла больших масштабов, ремонтная техника получила значительное развитие и располагает обширным арсеналом способов восстановления деталей.
14.1 Ремонт обработкой давлением
Ремонт обработкой давлением основан на пластическом деформировании материала, перераспределении его и благоприятном изменении формы и размеров детали без изменения ее массы. Применяют следующие виды обработки давлением (рисунок 14.1): осадку, вдавливание, раздачу, обжатие, вытяжку, правку, накатку, обкатку роликом, дробеструйный наклеп и чеканку.
При осадке деталь деформируют в направлении, перпендикулярном усилию. Осадкой восстанавливают бронзовые втулки с износом по наружному и внутреннему диаметрам. При деформировании в холодном состоянии их высоту можно уменьшить до 15 %. Для сохранения отверстий во втулке их при осадке заполняют вставками. Диаметр пальца должен быть меньше, чем у отверстия втулки с учетом припуска на обработку.
При восстановлении детали вдавливанием направления усилия и деформации также взаимно перпендикулярны, но преобладает местная деформация детали и ее общие размеры не меняются столь значительно, как при осадке. Вдавливанием восстанавливают изношенные боковые поверхности шлице на валах, зубья шестерен и др. Восстановление стальных деталей проводят с нагревом и без него.
Восстановление раздачей применяют для увеличения наружного диаметра полых цилиндрических деталей без изменения высоты. Раздачу проводят под постоянный размер шариком или пуансоном или под любой размер – развальцовкой отверстия.
Обжатие применяют при решении задачи, обратной раздаче. Обжатие проводят проталкиванием детали через матрицу меньшего диаметра или деформированием металла в зоне отверстия. Стальные детали перед этим нагревают до температуры 800 – 950о С. Обжатием восстанавливают втулки, зубчатые муфты с внутренними изношенными зубьями, звенья гусениц, рычаги, шатуны и др.
Вытяжку применяют для увеличения длины детали путем местного уменьшения ее поперечного сечения. Вытяжку применяют для удлинения стержневых элементов (тяг) на небольшую длину.
Восстановление правкой обеспечивает исправление искривленных, скрученных и покоробленных деталей. Правкой восстанавливают валы, шатуны, рычаги, вилки, кронштейны, элементы металлоконструкций. При небольшой деформации (до 1,5 – 2 мм) правку проводят в холодном состоянии, а при большой – в нагретом. В обоих случаях после правки нужна термообработка детали для стабилизации правки, снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств материала. Правку выполняют на прессах, в специальных приспособлениях и вручную.
Накаткой восстанавливают шейки валов с нарушенными размерами в месте посадки. Ее проводят острозубчатым роликом, создающим рифления с вытеснением металла и увеличением диаметра вала в месте накатки. Нужный размер обеспечивают механической обработкой.
14.2 Восстановление деталей слесарно-механической обработкой
Восстановление деталей слесарно-механической обработкой включает следующие разновидности: опиловку, шабрение, притирку, постановку заплат, штифтование и склеивание. Опиловка, шабрение и притирка – составные части пригоночных работ, выполняемых для получения необходимой точности в сопряжениях. Постановку заплат и штифтование применяют при заделке пробоин, трещин и других повреждений, если нельзя применять сварку или пайку. Наложением заплат ремонтируют стенки картеров, корпусов и других емкостей. Штифтование состоит в последовательном ввинчивании медных штифтов диаметром 4 – 6 мм в отверстия с резьбой на месте короткой трещины. Склеивание применяют при ремонте треснувших и поломанных деталей из металла и пластмасс. С помощью карбинольного клея склеивают и герметизируют шланги, бензо- и газопроводы, приклеивают тормозные накладки к колодкам и др. Для заделки пробоин и трещин применяют эпоксидные клеевые составы, для заделки раковин в чугунных деталях – бакелитовую мастику. Склеиваемые поверхности нужно тщательно обезжиривать.