13 Электромеханическая обработка

Электромеханическую обработку применяют для восстановления деталей при небольших износах, а также для чистовой обработки цилиндрических, плоских и других поверхностей. Она позволяет одновременно улучшать механические свойства поверхностных слоёв деталей.

Сущность способа заключается в том, что через контакт инструмента с деталью проходит ток большой силы (300–520 А) и низкого напряжения(2–7 В), в результате чего поверхностный слой металла нагревается и под давлением инструмента деформируется, сглаживается и упрочняется. В зависимости от формы рабочей части инструмента (вдавливающего или выглаживающего) диаметр заготовки может быть увеличен до 0,4 мм, а после выглаживания – 0,2 мм. Принципиальная схема электромеханической обработки детали на токарном станке представлена на рисунке 1. Ток от вторичной обмотки понижающего трансформатора поступает к детали через контактное устройство зажимного патрона и инструмент. Деталь вращается, а инструмент перемещается вдоль обрабатываемой поверхности, прижимаясь к детали с необходимым усилием (300–1200 Н). Температура металла в зоне контакта составляет 800–900°С.

Рисунок 1 – Схема электромеханической обработки:

1 – восстанавливаемая деталь; 2 – инструмент для высадки металла; 3 – сглаживающий инструмент; 4 – источник тока;D, D1 и D2 – диаметры заготовки: начальный, после высадки, после сглаживания соответственно

Ток и напряжение регулируют в зависимости от площади контакта, исходной шероховатости и требований к качеству обрабатываемой поверхности. Способ электромеханической обработки применяют при ремонте толкателей двигателей, валов трансмиссии (восстанавливают посадочные места под подшипники, шестерни и др.). Электромеханическая обработка шеек валов по сравнению с их наплавкой исключает коробление, она более производительная и дешёвая. При этом в результате нагрева небольших объёмов металла и быстрого их охлаждения за счёт отвода теплоты вглубь заготовки, на её поверхности образуется закалённый слой повышенной твёрдости толщиной 0,2–0,3 мм.

Применяют также восстановление деталей машин электромеханическим способом с завальцовкой проволоки (рисунок 2 ). При данном типе восстановлении используется проволока из стали 45 и 65Г диаметром 0,4...0,6 мм. При включении тока до 1000 А происходит контактная сварка проволоки с валом.

Рисунок 2 – Схема электромеханической обработки с завальцовкой проволоки

14 Восстановление деталей с вложением материала в исходную заготовку

Восстановление деталей способом дополнительных ремонтных деталей

Дополнительные ремонтные детали (ДРД) применяются при восстановлении изношенных деталей под номинальные размеры. На изношенную поверхность предварительно обработанной заготовки устанавливают специально изготовленную дополнительную деталь.

Дополнительные детали изготавливают в виде втулок, гильз, колец, резьбовых ввёртышей, зубчатых венцов и т. п. Этим способом восстанавливают блоки цилиндров, гнёзда клапанов, посадочные отверстия под подшипники качения в картерах коробок передач, задних мостов, ступиц, корпуса масляных и водяных насосов, отверстия с изношенной резьбой в корпусных деталях и другие детали.

Сварка в процессах создания ремонтных заготовок

Сварка – это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми (свариваемыми) частями при их местном нагреве (сварка плавлением), пластическом деформировании или совместном действии того и другого (сварка давлением). Сварка в ремонте машин служит для соединения между собой деталей или их частей, закрепления дополнительной ремонтной детали (ДРД) или накладок и устранения трещин. В зависимости от вида используемой энергии сварочные процессы разделяют на три класса: термические, механические и термомеханические.

Сварка термического класса основана на использовании тепловой энергии и включает такие её виды, как: электродуговая, электрошлаковая, газовая, индукционная, плазменная, термитная, электронно-лучевая и др. Сварка механического класса (сварка трением, ультразвуковая и др.) содержит те её виды, которые используют механическую энергию. Сварка термомеханического класса (контактная, диффузионная, газопрессовая, взрывом и др.) основана на применении тепловой и потенциальной энергии давления.

Восстановление деталей пайкой

Пайка – процесс соединения металлов или неметаллических материалов посредством расплавленного присадочного металла, называемого припоем и имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла (или неметаллического материала). В процессе пайки происходят взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла, чем и обеспечиваются прочность, герметичность, электропроводность и теплопроводность паяного соединения. При пайке не происходит расплавления металла спаиваемых деталей, благодаря чему резко снижается степень коробления и окисления металла.

Процесс пайки заключается в следующем: при нагревании припой расплавляется и, соприкасаясь с нагретым, но свободным от окисной пленки основным металлом, смачивает его, и растекается по его поверхности. Способность припоя заполнять швы зависит от степени смачивания припоем основного металла, его капиллярных свойств и шероховатости поверхности спаиваемых деталей.

Заливка жидким металлом

При восстановлении сильно изношенных деталей или при заделке крупных местных дефектов в отливках используют заливку жидким металлом. Заливкой жидким металлом целесообразно восстанавливать крупногабаритные изделия или значительное количество мелких однотипных деталей. Этот способ обеспечивает высокие производительность и качество. Втулки, подшипники скольжения, сменные венцы зубчатых колёс и цилиндры восстанавливают центробежной наплавкой жидким металлом. Центробежным способом заливают полые заготовки из цветных и железоуглеродистых сплавов, имеющих относительно низкую температуру плавления. Такой процесс возможен при условии, что температура плавления металла восстанавливаемой детали выше, чем у направляемого материала.

Иногда применяют способ центробежной наплавки с предварительным расплавлением присадочного металла и последующей его заливкой внутрь вращающихся заготовок. При этом наплавляемые втулки вращаются в центробежных машинах, патронах станков или специальных приспособлениях. Нагрев заготовок и плавление заливаемого материала производят в высокочастотных, электродуговых и других печах. Для расплавления легкоплавких антифрикционных материалов можно использовать обычные горны. Такой способ обеспечивает получение плотного беспористого слоя металла, однако производительность способа низка.

Восстановление деталей с применением синтетических материалов. Для восстановления изношенных деталей при ремонте широко применяются синтетические материалы. В качестве синтетических материалов используются составы на основе эпоксидной смолы, различные пластмассы и клеи.

Восстановление деталей с применением пластмасс. Пластмассы в ремонтной практике наносят на поверхности деталей для восстановления их размеров, повышения износостойкости и улучшения герметизации. Одновременно покрытие из пластмассы снижает шум от трения и повышает коррозионную стойкость изделия. Тонкий слой пластмассы практически не ухудшает прочностных показателей металла и придает детали податливость, т.е. способность принимать форму сопряженной детали, что приводит к резкому увеличению площади контакта. Пластмассы наносят литьем под давлением, горячим прессованием, вихревым, газопламенным и центробежным способами. При восстановлении деталей наибольшее распространение получили акриловые и полиамидные пластмассы, текстолит, древеснослоистые пластики. Текстолит и древеснослоистые пластики применяются для восстановления изношенных поверхностей направляющих станков, изготовления зубчатых колес, подшипников скольжения, втулок и других деталей с трущимися рабочими поверхностями.

Ремонт деталей с применением составов на основе эпоксидной смолы. Главный связующий компонент этих составов – эпоксидная смола марки ЭД-6 или ЭД-5. Чаще применяют смолу ЭД-6. Это прозрачная вязкая масса светло-коричневого цвета. Для приготовления состава на основе смолы ЭД-6 на 100 частей (по массе) смолы вводят 10–15 частей дибутилфталата (пластификатор), до 160 частей наполнителя и 7–8 частей полиэтиленполиамина (отвердитель). В качестве наполнителя используют: железный порошок (160 частей), алюминиевый порошок (25 частей), цемент марки 500 (120 частей).

Ремонт деталей с применением клеев. В ремонтной практике наибольшее применение получили клеи ВС-10Т, ВС-350 и № 88Н.

Восстановление деталей наплавкой

Наплавка широко применяется при восстановлении цилиндрических поверхностей деталей, шлицевых поверхностей, изношенных зубьев шестерён и т. д. Осуществляют наплавку вручную или механизированным способом с применением специальных наплавочных головок в зависимости от вида наплавки. При ручной наплавке применяют электроды с качественной (толстой) обмазкой, которая содержит различные легирующие присадки, повышающие качество покрытий. Автоматическую наплавку можно вести под слоем флюса, в среде защитных газов, вибродуговым способом. При выполнении наплавочных работ используют различные присадочные материалы (электроды, флюсы и защитные газы).

Восстановление деталей напылением

Сущность процесса состоит в напылении предварительно расплавленного металла на специально подготовленную поверхность деталей струёй сжатого воздуха или инертного газа. При этом мелкие частицы расплавленного металла (размером 0,002–0,2 мм), находясь в пластическом состоянии с температурой 0,85–0,95 от температуры плавления исходного металла, с большой скоростью (140–300 м/с) достигают поверхности детали. При ударе о поверхность детали они деформируются и, внедряясь в её поры и неровности, образуют покрытие. В зависимости от вида энергии, используемой в аппаратах для напыления, различают следующие способы напыления: газопламенное, дуговое, индукционное (токами высокой частоты), детонационное и плазменное.

Восстановление деталей припеканием

Припекание – технологический процесс получения покрытий, заключающийся в нанесении на поверхность детали порошковой формовки или слоя порошка и нагрева их до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образование прочной диффузионной связи с деталью. Все методы активирования процесса получения покрытий классифицируются на следующие группы: температурные, силовые (или механические) и химические.

Восстановление деталей электрохимическими и химическими покрытиями

Электрохимическим способом осуществляют нанесение на изношенные поверхности деталей следующих металлов: хрома, железа, никеля, меди. Электрохимическое наращивание металла основано на явлении электролиза – химического процесса, который протекает в электролите при прохождении через него электрического тока. Электрохимические покрытия в ремонтном производстве применяются для восстановления деталей с небольшими износами, но с высокими требованиями к износостойкости, твёрдости и прочности соединения покрытия с основой. По статистике около 65% деталей ремонтного фонда имеют износ на сторону до 0,14 мм. Поэтому электрохимическими покрытиями рекомендуется восстанавливать такие детали, как стержни клапанов, поршневые пальцы, отверстия в нижней головке шатунов под вкладыши, отверстия под подшипники в корпусных деталях и др. В ремонтном производстве наибольшее распространение получили электрохимические процессы восстановления деталей хромированием, железнением, цинкованием и др.

Химическое никелирование основано на восстановлении ионов никеля до металла под действием восстановителя гипофосфита натрия. Основными компонентами для приготовления растворов являются хлорид никеля (NiCl₂·6Н₂О) с концентрацией 20–30 г/л и гипофосфит натрия (NaH₂PО₂·Н₂О) – 10–24 г/л. В состав растворов добавляют также уксуснокислый натрий (NaC₂H₃О₂·3Н₂О) и другие компоненты. Полученное покрытие представляет собой сплав никеля с фосфором, примерный состав которого – 90–95 % никеля, 5–10 % фосфора.

Электрофизические способы нанесения покрытий

В ремонтном производстве электрофизические способы применяют для наращивания изношенных поверхностей, обработки поверхностей деталей, легирования и упрочнения рабочих поверхностей деталей и других целей (удаления заломанных крепёжных деталей и инструментов).

Электроискровой способ основан на разрушении металла при электрическом искровом разряде между электродами.

Электромагнитный способ нанесения покрытий заключается в следующем. Деталь помещают с некоторым зазором между сердечниками и электромагнитом, обмотки которых подключают к источнику выпрямленного тока. В зазор между деталью и сердечником непрерывно подают порошок. Электрическая цепь «деталь – сердечник» через подвижный контакт замыкается мостиком, состоящим из нескольких ферромагнитных элементов, которые ориентируются в зазоре вдоль линий магнитной индукции. При этом каждый элемент, соприкасаясь с соседним или с деталью, образует точечный контакт с большим сопротивлением. В момент короткого замыкания быстро нарастает сила электрического тока, что сопровождается выделением теплоты в точках контакта.