В процессе эксплуатации механизмов и деталей машин неизбежен их износ. Большинство деталей машин после некоторого времени работы становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации в результате износа или усталости и требуют ремонта или замены. Износ - это разрушение наружных слоев твердого тела и изменение его структуры, вызванные различными причинами.
Износ подразделяют на естественный и аварийный. Отличительным признаком естественного износа является медленное нарастание величины износа деталей, вызываемое действием сил трения, коррозией и другими причинами при нормальной эксплуатации механизма. Для аварийного износа характерен быстрорастущий процесс изнашивания деталей, обусловленный неправильным уходом за оборудованием или конструктивными и технологическими дефектами изготовления и сборки механизмов оборудования.
При восстановлении деталей машин, требующих ремонта, большое значение имеет выбор рационального способа их восстановления. Правильный выбор способов восстановления деталей снижает стоимость ремонта, простой оборудования, расход материалов и повышает межремонтный срок службы.
От степени износа деталей оборудования зависит его работоспособность, которую характеризуют следующие показатели: производительность, мощность, коэффициент полезного действия, расход электрической энергии.
Существуют два основных метода восстановления деталей:
ü восстановление до ремонтных размеров
ü и восстановление до номинальных размеров.
В первом случае геометрические формы изношенных деталей исправляют механической обработкой, изменяя первоначальные (номинальные) размеры деталей в пределах установленных допусков на ремонтные размеры. Детали, восстановленные механической обработкой, имеют новые ремонтные размеры, которые могут быть больше или меньше номинальных размеров. Например, при обработке шейки вала его ремонтный размер становится меньше номинального, а при обработке рабочей поверхности отверстия - больше.
Восстановление изношенных деталей до номинальных размеров является более прогрессивным, чем восстановление до ремонтных размеров, и заключается в наращивании слоя металла. Таким образом можно восстанавливать детали неограниченное число раз. Наращивание деталей износостойкими металлами и сплавами позволяет восстановить их номинальные размеры и повысить срок их службы.
В ремонтной практике применяют следующие основные способы восстановления изношенных деталей:
ü механическую и слесарную обработку,
ü сварку,
ü наплавку,
ü металлизацию,
ü хромирование,
ü никелирование,
ü осталивание,
ü склеивание,
ü упрочнение поверхности деталей
ü и восстановление их формы под давлением.
Как правило, после восстановления детали одним из перечисленных способов ее подвергают механической или слесарной обработке, что необходимо для восстановления посадок сопряженных деталей, устранения овальности или конусности их поверхностей, обеспечения требуемой чистоты обработки.
Механической и слесарной обработкой восстанавливают детали с плоскими сопрягаемыми поверхностями (направляющие станин, планки, клинья). При износе направляющих до 0,2 мм их восстанавливают шабрением, при износе до 0,5 мм - шлифованием, а при износе более 0,5 мм - строганием с последующим шлифованием или шабрением.
При ремонте валов, осей и винтов в первую очередь проверяют и восстанавливают их центровые отверстия. После этого поверхности, имеющие незначительный износ (царапины, риски, овальность до 0,02 мм), шлифуют, а при более значительных износах - наращивают, обтачивают и шлифуют до ремонтного размера.
Применение компенсаторов износа. Для восстановления первоначальных посадок сопряженных деталей при их значительном износе применяют детали-компенсаторы. Одну из сопрягаемых деталей обрабатывают до ближайшего ремонтного размера, а во вторую - устанавливают промежуточную деталь-компенсатор. Детали-компенсаторы могут быть сменными и подвижными. Сменные компенсаторы устанавливают в сопряжении, в котором износ появился к моменту ремонта. Подвижные компенсаторы устанавливают тогда, когда можно, не производя ремонта, соответствующим перемещением компенсатора относительно основных деталей устранить зазор, образующийся вследствие износа деталей. Сменными компенсаторами для цилиндрических деталей служат втулки и кольца, а для плоских - планки. Для наиболее распространенных узлов станков сменные детали-компенсаторы целесообразно заготавливать заранее в соответствии со шкалой ремонтных размеров.
Ремонт повреждений и заделка трещин. Дефекты, возникающие в деталях в результате действия внутренних напряжений, больших усилий или из-за механических повреждений (трещины, пробоины, значительные задиры, царапины и выкрашивания), устраняют слесарно-механической обработкой. Трещины и пробоины запаивают, заваривают, заливают, металлизируют, ставят штифты и заплаты.
Восстановление деталей сваркой и наплавкой. При ремонте оборудования сварку применяют для получения неразъемных соединений при восстановлении разрушенных и поврежденных деталей, восстановления размеров изношенных деталей и повышения их износостойкости путем наплавки более стойких металлов.
Наибольшее распространение в ремонтной практике получили автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка и наплавка под слоем флюса. Ручные способы сварки и наплавки менее совершенны, но являются незаменимыми при ремонте деталей машин в неспециализированных ремонтных предприятиях благодаря маневренности, универсальности и простоте процесса.
Газовую сварку применяют для восстановления деталей из серого чугуна. Детали, имеющие небольшие габаритные размеры и массу, сваривают без предварительного подогрева, а крупные детали предварительно нагревают.
Электродуговая сварка более экономична и создает более надежное сварное соединение по сравнению с газовой сваркой.
Наплавка является одним из основных методов восстановления деталей. Она широко применяется в тех случаях, когда трущимся поверхностям необходимо придать большую износоустойчивость.
Восстановление деталей металлизацией. Металлизация - это на несение расплавленного метала на поверхность детали. Расплавленный металл в специальном приборе - металлизаторе - струей воздуха или газа распыляется на мельчайшие частицы и переносится на предварительно подготовленную поверхность детали Нанесенный слой не является монолитным, а представляет coбoй пористую массу, состоящую из мельчайших окисленных частиц.
Гальванические покрытия. Для повышения поверхностной твердости деталей и увеличения их сопротивления механическому из носу, а также для восстановления размеров деталей их покрываю слоем хрома (хромируют) толщиной 0,25 и 0,3 мм.
Хромированные покрытия подразделяют на гладкие и пористые. На поверхности детали с гладким хромированным покрытием смазка не удерживается из-за плохой «смачиваемости». При работе деталей возникает сухое трение, в результате чего на трущихся поверхностях появляются задиры. Для устранения этого недостатка применяют пористое хромированное покрытие. В порах и каналах, образующихся на наружной поверхности детали, задерживается смазка, снижающая износ и удлиняющая срок службы деталей.
Восстановление деталей путем гальванического наращивания слоя стали (осталивание или железнение) - один из эффективных методов современной технологии ремонта. Осталивание в отличие от хромирования позволяет наносить слой металла значительно большей толщины (2... 3 мм и более). Этим способом целесообразно восстанавливать детали с неподвижными посадками или детали с невысокой поверхностной твердостью; детали, работающие на трение при величине износа более 0,5 мм; детали, работающие одновременно на удар и истирание.
Твердое никелирование. Повышенная твердость никелевых покрытий достигается за счет применения электролитов специального состава, обеспечивающих получение осадков никель-фосфором. Никелевые покрытия с содержанием фосфора обычно называют никель-фосфорными покрытиями, а процесс их получения (электрическим и химическим способами) - твердым никелированием. Химическое никелирование является более простым и осуществляется путем выделения никеля из растворов его солей с помощью химических препаратов - восстановителей.
Восстановление изношенных деталей давлением. Поврежденные и изношенные детали можно восстанавливать давлением. Этот способ основан на использовании пластичности металлов. Применяя обработку давлением, можно восстанавливать детали, материал которых обладает пластичностью в холодном или нагретом состоянии.
К основным видам восстановления различных деталей давлением относятся:
- осадка при восстановлении втулок, пальцев, зубчатых колес;
- раздача при восстановлении пальцев поршней, роликов автоматов и т.п.;
- обжатие при восстановлении вкладышей подшипников и втулок;
- вдавливание при восстановлении зубчатых колес и шлицевых валиков;
- правка для выправления гладких и коленчатых валов и рычагов;
- накатка для увеличения диаметра шеек и цапф валов за счет поднятия гребешков металла при образовании канавок.
Пластическое деформирование деталей производят также обработкой стальной или чугунной дробью, чеканкой, обкаткой роликами или шариками.
Борирование - химико-термическая обработка деталей, способствующая повышению износостойкости поверхностных слоев. Для осуществления этого процесса в тигель электропечи закладывают буру, которая, нагреваясь до 1000 °С, образует расплавленную жидкость. В этот тигель на подвеске или в металлической корзине опускают деталь. Поверхность стальной детали насыщается расплавленным бором, и происходит химико-термическая реакция, при которой образуется борид железа. В результате повышаются твердость детали, ее стойкость против окисления и коррозии, кислотоупорность, жаростойкость.
Электролизное борирование состоит из следующих этапов: обезжиривание, сушка, загрузка деталей в тигель при температуре расплавленной буры 1000 "С, выдержка 1...2 ч, охлаждение на воздухе до 100 °С, контроль качества покрытия, контроль размеров обработанных поверхностей с целью определения припуска на механическую обработку.
Осталивание (железнение) - гальваническое наращивание слоя железа - один из эффективных способов восстановления деталей при ремонте. Производительность процесса в 15 -20 раз выше, чем при хромировании.
В качестве изоляционных материалов для поверхностей, не подлежащих осталиванию, рекомендуются смесь цапонлака с нитроэмалью в соотношении 3:1, цапонлак, нитроэмаль, защитные футляры из текстолита, эбонита и винипласта. После осталивания детали подвергают механической обработке шлифованием.
В настоящее время разработаны три технологические схемы восстановления изношенных деталей способом осталивания:
- восстановление деталей с неподвижными посадками или с невысокой поверхностной твердостью без дополнительной термообработки или хромирования;
- восстановление деталей, работающих на трение, при величине износа более 0,5 мм; после осталивания и соответствующей механической обработки восстановленные поверхности подвергают хромированию;
- восстановление деталей, работающих одновременно на удар и истирание; после осталивания для повышения твердости и износостойкости детали подвергают термической обработке; в процессе осталивания во избежание потери вязкости наращиваемый металл должен содержать не более 0,25 % углерода. По этой схеме восстанавливают детали несложной конфигурации, так как из-за нагрева при термообработке возможны их деформации.
Литература 2 осн.[176-184], 1доп.[43-149]
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой износ?
2. Какими могут быть износы?
3. Какие методы восстановления деталей Вам известны?
4. Какой метод восстановления изношенных деталей до номинальных размеров является более прогрессивным?
5. Каким образом поступают с поверхностями валов, осей и винтов при незначительном износе?
6. В каких случаях применяют детали-компенсаторы?
7. Что представляет собой металлизация?
8. Что понимается под термином «твердое никелирование»?
9. Чему способствует борирование?
10. Какие схемы восстановления осталиванием Вам известны?