Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Восстановление деталей машин термоупругопластическим деформированием

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Восстановление изношенных деталей машин является актуальнейшей пробле­мой машиностроения, так как около 70 % деталей выходят из строя из-за износа, состав­ляющего сотые доли процента от их общей массы. Восстановление - позволяет эконо­мить материалы и уменьшать затраты, связанные с производством заготовок. Восста­новлением деталей машин занимаются различные ремонтные и малые предприятия, по­требители машин и их производители.

В производстве для восстановления деталей машин применяют разнообразные технологические методы. Выбор приемлемого метода определяется величиной восста­навливаемого поверхностного слоя, производственной программой, техническим осна­щением предприятия, его обеспеченностью материалами, энергией и квалификацией персонала.

В целом восстановление деталей включает в себя три процесса: подготовка де­талей под восстановление; восстановление; обработка восстановленных поверхностей деталей.

Восстановление деталей машин термоупругопластическим деформированием

Термоупругопластическое деформирование (ТПД) представляет собой техноло­гический метод восстановления деталей, в процессе которого под воздействием нагрева и избирательного охлаждения происходит перераспределение металла с нерабочих уча­стков к изношенным функциональным поверхностям за счет внутренних механизмов термического деформирования металла детали без приложения дополнительных внеш­них сил. Наиболее эффективно метод используют для восстановления деталей типа «по­лый цилиндр», например, втулок, поршневых пальцев, гильз цилиндров автотракторных двигателей и др.

Для качественного восстановления изношенной внутренней поверхности полой ци­линдрической детали необходимо получить в процессе ТГ1Д усадку внутреннего диа­метра на 0,25... 0,3 мм меньше его номинального размера, с овальностью и конусно­стью, не превышающими 0,1 мм. Обработка может осуществляться как в жесткой охла­ждаемой матрице (рис. 12,1), так и без нее (рис. 12.2).

В первом случае за один цикл обработки достигают усадку 1,0... 1,2 мм при сто­процентном отсутствии трещин. Направленный характер усадки объясняется влиянием двух

факторов: осевым градиентом температуры и ограничивающим действием матри­цы, наличие которой способствует также уменьшению коробления и остаточных напря­жений, что одновременно исключает образование трещин.

Во Всероссийском научно-исследовательском технологическом институте ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ) разработана и внедрена в производство унифицированная технология восстановления гильз цилиндров способом ТТ1Д в жесткой охлаждаемой матрице. Эта технология предусматривает восстановление гильз цилиндров двигателей Д-50, СМД-14, СМД-60 и их модификаций.

При этом способе (см. рис. 12.1, а) изношенная гильза 1, предварительно проточен­ная по необработанным участкам наружной поверхности, устанавливается в матрицу 4 установки ТПД. Матрица постоянно охлаждается водой снаружи через распылитель 3 по замкнутому циклу.

Поднимая восстанавливаемую гильзу вверх, в нее вводят индуктор 2. Когда индук­тор достигает нижней части гильзы, она автоматически останавливается. Затем одно­временно включают нагрев гильзы и вращение с частотой 40 мин ¹. После прогрева гильзы в течение 10... 15 с ее опускают вниз со скоростью 1,8... 2,3 мм/с, нагревают до 730... 750 °С и осаживают. При завершении цикла - при температуре 400... 550 °С извлекают из матрицы и охлаждают на воздухе.

В целях обеспечения последовательного нагрева и охлаждения внутренней поверх­ности гильзы с одновременной ее закалкой может быть использован индуктор 2, изго­товленный совместно с закалочным спрейером 5 (см. рис. 12,1, б). В этом случае произ­водится последующий средний отпуск гильзы при температуре 350... 400 °С.

Нагрев гильзы осуществляется на установке ТВЧ мощностью 100 кВт, с частотой тока 66 кГц. Расход охлаждающей воды около 70 л/мин.

Реализация метода восстановления деталей машин ТПД без использования жесткой матрицы может осуществляться несколькими способами (см. рис. 12.2), которые по сво­ей сути близки и различаются лишь схемой создания движущегося градиента темпера­туры вдоль оси изделия. Технологически наиболее удобной является схема с размещени­ем индуктора и спрейера с наружной цилиндрической поверхности детали (рис. 12.2, а).

Характерной особенностью данного метода ТПД является нагрев детали ниже точ­ки Ас[ на 20... 30 °С. Перед ТПД изделия предварительно объемно прогревают до 500 °С для повышения пластичности материала. Процесс осуществляют, перемещая относи­тельно индуктора со скоростью 2,0... 2,5 мм/с вращающуюся с частотой 30... 50 мин"¹ гильзу, и непрерывно охлаждал ее душем. В результате происходит перерас­пределение металла на внутреннюю изношенную поверхность. Для снятия высоких тер­мических напряжений после ТПД осуществляют объемный нагрев гильзы до температу­ры 350... 400 °С последующим охлаждением на воздухе (средний отпуск).

Рис. 12.2. Восстановление внутренней цилиндрической поверхности гильз цилиндров без матрицы

а - индуктор и спрейер снаружи гильзы; б - индуктор и спрейер внутри гильзы; в - индуктор - снаружи, спрейер - внутри гильзы

Данный метод целесообразно применять для восстановления незакаливаемых изде­лий, например гильз цилиндров двигателей 3M3-53, КамАЗ-740, ЗИЛ-130, изготавли­ваемых из специального легированного чугуна.

После одного цикла ТПД величина остаточной деформации внутренней цилиндри­ческой поверхности гильзы цилиндра 100... 130 мм составляет около 0,7... 1,2 мм, после двух - 1,1... 1,9 мм, что является вполне достаточным для ремонта при величине износа зеркала гильзы равной 0,3... 0,5 мм, величине коробления после ТПД -0,1... 0,2 мм и припуске на механическую обработку до 0,5 мм.

После ТПД происходит уменьшение как внутреннего, так и наружного диаметра гильзы. Для восстановления наружных посадочных поясков гильзы необходимо осуще­ствить их наращивание на 1,5... 2,0 мм. Это можно выполнить способом электроду го во- го напыления или наплавки с использованием типовых режимов как стальной, так и алюминиевой проволокой.

Проблема применения метода ТПД для восстановления наружных цилиндрических поверхностей заключается в том, что в процессе термопластического деформирования появляется трудноустраняемый в дальнейшем дефект седлообразности, вызываемый структурными превращениями в материале. Решить эту проблему можно путем предва­рительного создания в обрабатываемом изделии бочкообразное™, за счет регулируемо­го давления на его торцы, при нагреве. Задача оптимизации операции ТПД в этом бочко­образное™ и седлообразное™ компенсируют друг друга, в результате чего восстанавли­ваемое изделие приобретет правильную геометрическую форму.

На рис. 12.3 представлена схема способа восстановления наружной цилиндриче­ской поверхности поршневых пальцев методом ТПД. Поршневой палец /, изготовлен­ный из цементуемой стали 12ХНЗ А, подают к закалочной установке ТВЧ (N = 50 кВт, = 2400 Гц), где в индукторе его нагревают объемно до температуры фазовых превращений, составляющей 840... 860 °С, а затем зажимают по торцам и на установке ТПД охлажда­ют водяным душем изнутри спрейером 4, вводимым во внутреннюю полость пальца. При этом получают увеличение наружного диаметра на 0,15 мм; длины - на 0,3 мм, что достаточно для компенсации износа и создания припуска на механическую обработку.

Рис. 12.3. Восстановление наружной цилиндрической поверхности поршневых пальцев: 1 - поршневой палец; 2 - индуктор; 3 -втулка; 4 - спрейер; 3 - гидроклапан

Одновременно проходит поверхностная закалка цементованного слоя. После ТПД поршневые пальцы обрабатывают холодом в течение двух часов при температуре - 50... 70°С для полного распада остаточного аустенита и осуществляют низкий отпуск при температуре 190... 220°С в течение двух часов с последующим охлаждением на воздухе. Технологии термоупругопластического деформирования обеспечивают качест­венное восстановление деталей по геометрическим параметрам, физико-механическим и эксплуатационным свойствам при средней себестоимости восстановления не превы­шающей, как правило, 60 % стоимости изготовления новых изделий. Это позволяет ис­пользовать их как при восстановлении изношенных деталей, так и для устранения брака механической обработки.