4.2.2. Обработка давлением

Ремонт обработкой давлением основан на пластическом деформировании материала и его благоприятном изменении формы и размеров детали без изменения ее массы. Применяют следующие виды обработки давлением: осадку, вдавливание, раздачу, обжатие, вытяжку, правку, накатку, обкатку роликом, дробеструйный наклеп и чеканку.

При осадке детали деформируют в направлении, перпендикулярном к 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.

При ремонте 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 шлицев на валах, зубья шестерен и др. Ремонт стальных деталей проводят с нагревом и без него.

Ремонт раздачей применяют для увеличения наружного диаметра полых цилиндрических деталей без изменения высоты. Раздачу под постоянный размер проводят шариком или пуансоном или под любой размер – развальцовкой отверстия.

Ремонт обжатием 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 t = 850…900 ºC. Обжатием ремонтируют втулки, зубчатые муфты с внутренним зацеплением, рычаги, шатуны.

4.2.3. Общая классификация методов ремонта деталей машин с пополнением металла в местах износа

Ремонт методом наплавки (сварки): электродуговой, вибродуговой, электрошлаковый, газовый, индукционный, плазменный.

Ремонт методом напыления (металлизации): электрической (электродуговой) металлизацией, газовой, высокочастотной (индукционный нагрев), плазменной.

Ремонт методом осаждения металлов: электролитического (хромирование) и осталивание (железнение), химического (никелирование, меднение и цинкование) (процесс осаждения происходит за счет химических реакций без электрического тока).

4.2.3.1. Сварка и наплавка

Сварка и наплавка – наиболее распространенные способы ремонта и восстановления деталей, имеющих любую форму и размеры. Сваркой ремонтируют детали и металлические конструкции с разнообразными дефектами (трещинами, пробоинами, разрывами, отколами, обломами и др.), наплавкой восстанавливают изношенные детали. Наплавкой можно нарастить слой металла практически любой толщины с разнообразными заранее заданными свойствами (с высокой износо- жаро- и коррозионной стойкостью и др.).

Наиболее распространенные способы сварки – дуговая и газовая.

Дуговая сварка и наплавка, основанные на расплавлении металла при горении электрической дуги, имеют много разновидностей. Основные из них – ручная и механизированная, открытой дугой, под флюсом и в среде защитного газа. При выполнении ремонтных работ, связанных с устранением повреждений, чаще всего применяют ручную дуговую и газовую сварки.

Ручную дуговую сварку выполняют постоянным (от сварочного агрегата) и переменным (от сварочного трансформатора) токами. При постоянном токе сварочный процесс более устойчив и обеспечивает лучшее качество, но при переменном используют более простое и дешевое оборудование, у которого выше КПД и ниже эксплуатационные расходы.

Газовая сварка – с расплавлением металла в газокислородном пламени горелки – обеспечивает лучшее качество по сравнению с дуговой сваркой открытой дугой, так как газовая среда выполняет защитную функцию, можно в широком диапазоне регулировать температуру нагрева детали, нагревать присадочный материал, регулировать металлургический процесс. Поэтому газовая сварка получила более широкое применение при ремонте ответственных деталей, а также при наплавке твердыми сплавами.

Недостатки: применение дефицитных газов (кислорода и ацетилена), значительно бóльшая зона термического влияния, требуется более высокая квалификация сварщика, дороже, чем электродуговая.

При централизованном ремонте более широко применяют автоматические наплавочные процессы: автоматическую наплавку под флюсом, электроимпульсную наплавку и другие, обеспечивающие более высокую производительность и качество.

При ремонте деталей методом газовой наплавки источником тепла служит ацетиленокислородное пламя. Ацетиленокислородное пламя горелки подводится в зону наплавки детали и расплавляет наплавочные сплавы. Твердые гранулированные сплавы перед наплавкой насыпают на восстанавливаемую поверхность.

При автоматической сварке и наплавке под флюсом электрическая дуга и жидкий металл защищены от доступа воздуха эластичной коркой расплавленного флюса и наплавленный металл содержит в несколько раз меньше кислорода и азота, чем при дуговой и газовой наплавкой электродами с высококачественной обмазкой. Автоматическая наплавка обеспечивает более высокое качество и в несколько раз большую производительность по сравнению с ручными способами дуговой и газовой наплавках. Этот процесс пригоден для сварки и наплавки как плоских, так и цилиндрических деталей и обеспечивает более высокое качество и в несколько раз большую производительность по сравнению с ручными способами дуговой и газовой наплавок.

Общий недостаток наплавки под флюсом и в среде защитных газов (в основном углекислого газа CO₂) – использование дорогих материалов и усложнение сварочного оборудования.

Автоматическая электроимпульсная наплавка, называемая также вибродуговой и виброконтактной, состоит в наращивании металла вибрирующим электродом (частота 100 Гц) в струе электролита или под слоем флюса. При соприкосновении его с деталью через зону контакта проходят мощные импульсы тока короткого замыкания, под действием которых к наплавляемой детали привариваются частицы металла (контактная сварка). При отрыве электрода происходит расплавление металла под действием импульсных разрядов исчезающего магнитного поля (дуговая наплавка). Электролит обеспечивает защиту наплавляемого металла от кислорода и азота воздуха, а также интенсивный отвод тепла, что важно для деталей, не допускающих коробления (длинных валов, осей, штоков поршней, тормозных шкивов и др.).

Индукционная (высокочастотная) наплавка отличается тем, что для расплавления материала (шихты) используют токи высокой частоты, пропускаемые по проводнику-индуктору, охватывающему нагреваемую деталь. При этом

на ее поверхности возбуждается индуктированный (вихревой) ток, нагревающий ее и расплавляющий шихту, у которой температура плавления ниже, чем у стали. Индукционную наплавку используют для восстановления как цилиндрических, так и плоских поверхностей. Она применяется, когда надо наплавить сравнительно большие массы металла (зубья ковшей, рештаки скребковых конвейеров).

Контактное плакирование износостойкой лентой – процесс, при котором изнашиваемую поверхность покрывают износостойкой лентой, привариваемой к ней контактной сваркой (роликовой сварной в 1-2 прохода). При ремонте ПТМ этот метод можно использовать для восстановления днищ желобов скребковых конвейеров.

Плазменная наплавка основана на использовании в качестве источника тепла плазменной струи, образующейся при пропускании через канал с горящей электрической дугой плазмообразующего газа (аргона, гелия) с вдуванием порошка в дугу. Плазменную струю применяют также для сварки, резки, пайки, нанесения покрытий и термической обработки.

Электрошлаковую наплавку используют при наплавлении больших масс металла (присаживаемого металла). Его предварительно расплавляют в ванне с флюсом (шлаком) под действием электрического тока, а затем заливают на поверхность детали.

При ремонте деталей машин применяют разнообразные сварочные и наплавочные материалы. При ручной сварке и наплавке – стержневые и трубчатые электроды, электроды с легированием наплавляемого металла через стержни и обмазку. При легировании через стержень в его состав входят марганец, кремний, хром, титан, ванадий, а также повышенное количество углерода (до 5%), а обмазка служит для повышения устойчивости (ионизации) сварочной дуги и защиты наплавляемого материала от внешней окислительной среды. Через обмазку вводят легирующие добавки (феррохром, ферроборхром, ферромарганец и др.), а стержень изготавливают из малоуглеродистой проволоки.