Технология устранения дефектов

При ремонте валов восстанавливают геометрическую форму, размеры, шероховатость и износостойкость изношенных поверхностей, их относительное расположение, усталостную прочность.

Для этого применяют различные методы: пластическое деформирование, механическую обработку под ремонтный размер, установку дополнительной ремонтной детали, наращивание различными методами металлических и неметаллических материалов. Методы устранения основных дефектов валов представлены в табл. 5.2,

На выбор метода восстановления влияют требования к качеству поверхностей и условиям работы вала, его конструктивные особенности и материал, производственная программа ремонта и экономическая эффективность различных методов.

Рекомендуемая последовательность операций типового технологического процесса восстановления деталей типа валов приведена в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Основные операции технологического процесса восстановления деталей типа валов и осей

Устранение прогиба вала. Большинство подлежащих восстановлению валов имеют прогиб, значение которого определяют индикатором при установке вала в центрах токарного станка (стенда) или крайними неизношенными шейками на призмы.

Прогиб равен разности предельных показаний индикатора за один оборот вала. Если прогиб превышает значение, указанное в технических условиях, то его устраняют правкой. Если значение прогиба меньше, то вал не правят, а обрабатывают на станках под ремонтный размер или для нанесения слоя материала.

Прогиб вала (оси) устраняют правкой в холодном состоянии или с нагревом с помощью пресса, домкрата и винтовых скоб, а также механической обработкой. Незначительные прогибы (0,1—0,3 мм на 1 м длины вала) устраняют проточкой или шлифованием. Валы диаметром до 100 мм с прогибом до 0,008 длины правят в холодном состоянии. Валы большего диаметра и с большим прогибом правят с нагревом деформированных участков до температуры 600—800 °С.

При прогибе вала до 2—4 мм на 1 м длины возможна правка способом местного наклепа (чеканкой). В процессе правки периодически контролируют прогиб вала при установке его на призмах или в центрах с помощью индикатора. Предельные допустимые значения прогиба составляют 0,15 мм на 1 м длины, но не более 0,3 мм на всю длину вала при частоте его вращения менее 500 мин^-1 и 0,1 мм на 1 м длины и 0,2 мм на всей длине при большей частоте вращения.

После правки для снятия внутренних напряжений проводится отпуск в течение 0,5—1 ч (в зависимости от диаметра вала) с температурой нагрева 400—500 °С.

Исправление установочных баз. Наиболее ответственные операции ремонта вала, связанные с обеспечением и контролем точности обработки, выполняются при установке его в центрах. Поэтому после предварительной правки вала, перед выполнением механической обработки, центровые отверстия исправляют на токарных, центровочных или центрошлифовальных станках.

Эффективным и вместе с тем простым методом исправления центровых отверстий при ремонте валов является выглаживание, которое производится на токарном станке специальным невращающимся центром, оснащенным пластинкой твердого сплава, прошлифованной совместно с конической поверхностью центра. Центр устанавливают в пиноли задней бабки и, вращая зажатый в патроне вал, исправляют отверстие. Этот способ достаточно производительный и обеспечивает шероховатость восстановленной поверхности R_а = 0,8—0,4 мкм.

Восстановление посадочных поверхностей. Посадочные поверхности шеек валов (осей) восстанавливают различными методами в зависимости от величины износа.

Задиры и царапины на посадочной поверхности, расположенные на менее чем 30 % ее площади, устраняют зачисткой шлифовальной шкуркой. Если они расположены на большей площади, то обрабатывают всю посадочную поверхность.

В общем случае технология восстановления валов включает наращивание слоя металла на изношенные поверхности. При износе до 0,15 мм на диаметр номинальный размер шейки восстанавливается хромированием, при этом шейку предварительно шлифуют для вывода рисок и устранения отклонения от цилиндричности. Посадочные места под кольца подшипников качения с износом по диаметру до 0,1—0,2 мм эффективно восстанавливаются пластическим деформированием электромеханическим способом, хромированием или электроискровым наращиванием.

Если износ шейки вала превышает 0,2 мм на сторону, то применяют наплавку, металлизацию, осталивание и другие методы. Чаще применяется наплавка (ручная, автоматическая под слоем флюса, в среде защитного газа и вибродуговая). Твердость наплавленного металла должна быть выше твердости металла детали. Наплавку выполняют обычно по винтовой линии. При ремонте валов недостаточной жесткости, отсутствии необходимого оборудования наплавку ведут вдоль оси вала в определенной последовательности, обеспечивающей минимальные его деформации (рис. 5.6). После наплавки вал подвергают термической обработке для снятия внутренних напряжений, при необходимости правят и восстанавливаемые поверхности обрабатывают под номинальные размеры.

Рис. 5.6. Схема наплавки шейки вала продольными валиками: 1—12 последовательность наложения валиков

При значительном износе для восстановления шеек валов применяется также металлизация напылением с последующей механической обработкой. Толщина наращиваемого слоя определяется исходя из того, что припуск на предварительную обработку составляет 0,4—0,8 мм и под окончательную — 0,2—0,3 мм. Для металлизации применяют углеродистую проволоку (У7, У10) диаметром 1,5—1,8 мм. Напыление производят на модернизированном токарном станке или специальном оборудовании при окружной скорости вала 10—15 м/мин и подаче металлизатора 2—2,5 мм/об. За один проход наносится слой металла толщиной до 0,7—1 мм.

Последующая механическая обработка нанесенного слоя металла является основным методом обеспечения точности размеров, шероховатости и взаимного расположения восстановленных поверхностей. Выбор метода обработки, материала режущей части инструмента зависит от требуемых точности и шероховатости поверхностей, а также твердости обрабатываемого материала.

В зависимости от толщины и твердости срезаемого слоя, вида операции (черновая, чистовая, отделочная) применяются методы лезвийной и абразивной обработки. Точение твердосплавными резцами эффективно при припуске на обработку более 0,25 мм на сторону и твердости срезаемого материала до 45 HRC_э. Режимы резания и геометрию режущей части назначают по нормативам, рекомендациям или подбирают опытным путем исходя из конкретных условий обработки. Ориентировочно скорость резания при черновом точении покрытий в 1,5—2 раза, а при чистовом на 20—40 % меньше по сравнению с обработкой нормализованной стали 45.

Обработка наплавленных покрытий и термически обработанных валов с более высокой твердостью производится лезвийными инструментами из сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора и минералокерамики, стойкость которых в 20 и более раз выше по сравнению с твердосплавными инструментами. Применение инструментов из сверхтвердых материалов предъявляет повышенные требования к жесткости и виброустойчивости станков. Из этих материалов более высокими свойствами обладают киборит при черновой и гексанит-Р при чистовой обработке. Они успешно применяются для обработки покрытий твердостью до 68 HRC_э. При достаточной жесткости и точности металлорежущих станков чистовое точение валов сверхтвердыми материалами обеспечивает шероховатость обработанной поверхности Ra 0,20 мкм, что позволяет заменить шлифование более производительным и менее энергоемким точением.

В тех случаях, когда твердость покрытия не позволяет использовать лезвийные инструменты, а также обычно при окончательной обработке восстанавливаемых поверхностей применяют абразивные инструменты.

Выбор абразивного инструмента зависит от свойств обрабатываемого материала и требований к качеству обработки. Так, для обработки покрытий на основе железа применяют круги из хромистого электрокорунда марок ЗЗА и 34А, из карбида кремния зеленого марки 64С или смеси из зеленого и черного карбида кремния. Последние типы кругов рекомендуется использовать также для шлифования оплавленных покрытий из никельборкремниевых сплавов. Гальванические покрытия шлифуют абразивными кругами из электрокорунда нормального марки 14А и электрокорунда белого марок 22А, 24А, 25А, а покрытия типа ПГ-СР4 — алмазными кругами АСК, АСВ на металлической связке. Для исключения существенного снижения твердости обрабатывемого покрытия необходимо применять рациональные режимы шлифования и обильное охлаждение.

Финишные операции обработки посадочных поверхностей (тонкое шлифование, суперфиниширование, притирка, поверхностно-пластическое деформирование и др.), кроме получения необходимой точности формы, размеров и шероховатости восстановленных поверхностей, обеспечивают также удаление дефектного слоя, полученного на предыдущих операциях, и формирование необходимых свойств у поверхностного слоя, например, создание в нем напряжений сжатия.

Если способы восстановления, предусматривающие нанесение слоя металла, реализовать технологически нельзя или экономически невыгодно, то применяют дополнительные ремонтные детали в виде втулок, которые напрессовывают на предварительно обработанные шейки вала и далее обрабатывают под номинальный или ремонтный размер. Если втулки воспринимают значительные осевые нагрузки, то после напрессовки их закрепляют на валу штифтами или сваркой. Толщина стенки втулки должна быть не менее 3 мм.

Экономичным методом восстановления валов с опорами скольжения является обработка шеек под ремонтные размеры или до устранения нецилиндричности и следов износа восстанавливаемой поверхности. Минимальный размер вала в этом случае регламентируется запасом прочности.

Восстановление шлицов и шпоночных пазов. Характерными дефектами шлицов являются износ, смятие и выкрашивание рабочих поверхностей боковых поверхностей. Они образуются под действием высокого удельного давления, возникающего в шлицевом соединении при повышенной рабочей нагрузке, вследствие погрешности его изготовления и сборки, увеличения зазора в соединении в процессе эксплуатации, динамического характера нагрузки. При ударной нагрузке возможно также образование прочных металлических связей между шлицами вала и втулки, разрыв которых приводит к разрушению этих поверхностей в виде вырывов.

Допустимый износ по толщине зубьев (или ширине впадин) прямобочных шлицов принимается от 0,2 до 0,4 толщины цементированного слоя. Для термически не обработанных или только улучшенных шлицевых валов износ шлицов допускается в пределах 3—5 % их номинальной ширины. Допустимый износ профиля закаленных или улучшенных эвольвентных шлицов зависит от их модуля и принимается равным 6 % его значения для редукторов и 10 % для других механизмов. Указанными техническими условиями регламентируется также допускаемый износ по центрирующим поверхностям шлицов.

Методы восстановления шлицов. Шлицы на валу могут быть восстановлены: наращиванием на изношенные боковые поверхности слоя металла; сплошной заваркой пазов между шлицами; осадкой шлицов; заменой шлицевой части вала.

При незначительном износе по ширине (0,1—0,2 мм) шлицы восстанавливают хромированием или электроискровым наращиванием боковых поверхностей с последующим их шлифованием в размер паза. При большем износе поверхности наплавляют с последующим фрезерованием шлицов в номинальный размер. Для уменьшения деформации вала поочередно наплавляют шлицы, расположенные диаметрально противоположно (рис. 5.7). Такой метод применяется для восстановления крупных шлицов с шириной пазов между ними более 5 мм. Более узкие пазы обычно заваривают полностью также согласно схеме по рис. 5.7 с дополнительной наплавкой по наружному диаметру

Предварительно шлицевую часть вала нагревают до температуры 300— 350 °С. После очистки от шлака и контроля наплавленный конец вала нагревают до 480—580 °С газовыми горелками и медленно охлаждают, обернув его, например, асбестовым полотном или поместив в термостат. Затем наплавленную поверхность протачивают по наружному диаметру и нарезают шлицы.

При небольшом износе боковых поверхностей шлицов их ширину восстанавливают осадкой (рис. 5.8), перед которой шлицевой конец вала отпускают. Для выполнения осадки на вал 3 устанавливают приспособление 2 с продольным пазом, ширина которого равна толщине шлица, которую необходимо получить. Осадка шлица на величину износа с учетом припуска на обработку производится с помощью инструмента 1, выполненного в виде бойка или вращающегося ролика. Нанося удары по бойку, или вдавливая ролик в среднюю часть шлица, увеличивают ширину шлица до прилегания его боковых поверхностей к пазу в приспособлении.

Рис. 5.7. Схема наплавки изношенных шлицов: 1—4 — последовательность наложения на плавочных валиков

Рис. 5.8. Схема осадки шлицов: 1 — инструмент, 2 — приспособление, 3 — восстанавливаемый вал

В первом случае операция выполняется вручную, во втором — на стенде или станке, например гидравлическом поперечно-строгальном.

Последовательно переустанавливая приспособление, производят осадку всех шлицов. Углубления, образованные инструментом на наружной поверхности шлицов, центрируемых по внешнему диаметру, устраняют наплавкой. После термической обработки восстанавливаемую часть вала протачивают по наружному диаметру и шлифуют боковые поверхности шлицов в соответствии с техническими требованиями рабочего чертежа детали. Приспособление для осадки шлицов может быть изготовлено из сопрягаемой с ремонтируемым валом детали, в которой необходимо обработать продольный паз. За счет ширины этого паза формируют толщину шлицов с учетом припуска на обработку его боковых поверхностей.

Для замены шлицевой части ее отрезают и к оставшейся части вала приваривают цилиндрический стержень, на котором после токарной обработки нарезают шлицы в соответствии с чертежом детали. В отдельных случаях приваривают стержень с уже нарезанными шлицами. Конструкция стыковочных элементов и кондуктора для сварки должны обеспечивать соосность сваренных частей вала.

Шпоночные пазы имеют аналогичные дефекты, устранение которых возможно за счет увеличения ширины с постановкой шпонки ремонтного размера или ступенчатой шпонки, изготовлением шпоночного паза на новом месте или наплавкой стенок изношенного паза с последующей обработкой в номинальный размер.

Износ паза по ширине допускается до б % больше номинального размера при условии исправления паза в пределах допустимого износа, с подгонкой переходной шпонки и соблюдением характера сопряжения, указанного на чертеже. При большей величине износа для восстановления шпоночного паза применяют следующие способы:

1. Фрезерование паза с большей стандартной шириной и изготовлением переходной шпонки с соблюдением характера посадки в шпоночном соединении, указанной на чертеже. Этот метод предпочтителен, когда в процессе ремонта не должно измениться относительное угловое положение деталей, связанных шпоночным соединением.

2. Если необходимое для устранения дефектов увеличение ширины паза не допускается, то фрезеруют новый паз, смещенный на 90—120° относительно поврежденного, а старый паз заваривают. Этот метод часто применяют, когда угловое смещение сопряженных деталей не регламентируется.

3. Восстановление паза наплавкой. На валах крупных размеров паз наплавляют только с одной стороны с последующей его механической обработкой. Обычно шпоночные пазы наплавляют электросваркой под слоем флюса.

Резьбу на валу при незначительном смятии и наличии заусенцев исправляют калибровкой плашкой на токарном станке или опиливанием слесарными инструментами. Если обеспечивается достаточная прочность и позволяет конструкция вала, то изношенную резьбу срезают и вместо нее нарезают новую резьбу меньшего диаметра. Данный метод удобен и зачастую осуществим при восстановлении резьбы, расположенной на конце вала. При невозможности осуществления этого метода участок с резьбой наплавляют и после токарной обработки на ней нарезают резьбу требуемого размера.

Дата добавления: 2014-01-04