Технология. Конспект лекций для студентов 4го и 5го курсов фтс в апк по специальности 174 06 03 Ремонтнообслуживающее производство в сельском хозяйстве
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Тема 6 Технологические рекомендации по восстановлению деталей с применением газотермических и гальванических покрытий План: 6.1 Применение газотермических покрытий. 6.2 Применение гальванических покрытий. 6.1 Применение газотермических покрытий Общие сведения и методы напыления. Сущность газотермического напыления (ГТН) заключается в том, что материал покрытия в виде порошка или проволоки вводится в высокотемпературную зону газовой струи, расплавляется и потоком воздуха, или газовой струи, распыляется на подготовленную поверхность детали, формируя покрытие. Скорость движения частиц металла достигает 120 м/с. Скорость газового потока равна 150–160 м/с. Газотермическими покрытиями (ГТП) восстанавливают и упрочняют изношенные детали, а также защищают металл от коррозии. Технология нанесения газотермических покрытий имеет ряд преимуществ: –возможно получение покрытий с заданными свойствами по твердости, износостойкости, пористости, коррозионной стойкости; – низкий нагрев детали до 200 С, что не превышает температуры низкого отпуска; – толщина покрытия может достигать от сотых долей до нескольких мм; – производительность способов составляет до 10 кг наносимого материала в час. Для газотермического напыления покрытий применяют плазменную струю, газовое пламя и детонацию. Металлизационные аппараты по способу получения тепловой энергии для нагрева наносимого материала подразделяют на газовые и плазменные. Работоспособность ГТП определяется прочностью их сцепления с основой детали. Прочность сцепления (покрытие — поверхность заготовки) зависит от подготовки восстанавливаемой поверхности и последующей обработки детали с покрытием. Основными параметрами технологий ГТП являются скорость и температура частиц напыляемого материала перед поверхностью детали. От их оптимального сочетания, главным образом, зависят плотность покрытия и прочность его сцепления с основой. Напыляемые материалы и оборудование. Основным требованием к напыляемому материалу на деталь является соответствие его свойств условиям эксплуатации. Кроме обеспечения эксплуатационных требований материал для ГТП должен обладать определенными физико-механическими свойствами, аналогичными свойствам материала детали. Состав и свойства напыляемого материала должны соответствовать возможностям нагрева и ускорения его частиц в конкретном аппарате для напыления. В практике ГТН получили применение проволочные материалы, гибкие шнуры и порошки. При ремонте сельскохозяйственной техники в основном применяют порошковые материалы. Порошок должен иметь необходимые размеры частиц, тип зерна, текучесть, термические свойства и минимальное отклонение от номинальных значений химического состава компонентов. Существуют следующие типы порошков: — чистые металлы; — сплавы на основе алюминия, железа, никеля, кобальта и меди; — самофлюсующиеся твердые сплавы на основе никеля и кобальта; — карбиды и их смеси; — оксидные керамики и композиты; — экзотермические регулирующие (для подслоев); — самооплавляющиеся механические смеси и др. Их гранулометрический состав, форма и размер частиц имеют определяющее значение для процесса газопламенного напыления. Свойства порошков гарантируются соответствующими техническими условиями их изготовления и стандартами. По гранулометрическому составу некоторые отечественные порошки для газотермического напыления делятся на 3 класса: ОМ (очень мелкий); М (Мелкий); С (средний). НПО «Тулачермет» делит порошки на 5 классов: 1 и 2 кл. имеют размер частиц 20–63 и 40–100 мкм. Оптимальный размер частиц для ГТП металлов 40–100 мкм. К ним относятся порошки самофлюсующихся сплавов:
Порошковые материалы для газопламенных покрытий наносятся установками УПТР-83. Разработана установка НПО «Порошковая металлургия» РБ (1984 г.) Имеются установки УПН-8-68 для нанесения покрытий из порошков самофлюсующихся сплавов (1969 г.). Имеется автоматизированная газопламенная установка повышенной производительности УГПП-86 (РБ). Она не уступает лучшим зарубежным аналогам. Для плазменной металлизации применяют установки УМП-6, УПУ-3Д. Технологический процесс напыления. Технологическая схема получения ГТП включает: — входной контроль заготовки из основного материала, исходного материала покрытия и вспомогательных материалов; — специальную подготовку поверхности; — подготовку исходных материалов; — газотермическое напыление (ГТН) подслоя и затем покрытия; — контроль технологического процесса и средств технологического оснащения; — дополнительную обработку нанесенных покрытий для улучшения их свойств; — размерную обработку покрытий; — входит контроль качества покрытия и изделия. Способы повышения качества покрытий. Для улучшения свойств покрытий и их качества рекомендуется проводить оплавление. При оплавлении покрытий появляется жидкая фаза, которая способствует интенсивному протеканию диффузии между покрытием и основным металлом. В результате повышается прочность сцепления, исчезает пористость, повышается ударная вязкость и износостойкость. Для оплавления применяют: плазменную дугу; высокочастотный нагрев; ацетилено-кислородное пламя. Температура оплавления должна быть не более 1100 °С. При оплавлении должны применяться самофлюсующиеся сплавы. Оплавленные покрытия можно применять для деталей, работающих при знакопеременных и контактных нагрузках: кулачки распредвалов; крестовины карданов; фаски клапанов; посадочные шейки валов и др. 6.2 Применение гальванических покрытий Общие сведения и технология восстановления деталей хромированием и железнением. Гальванические покрытия — результат электролиза водных растворов солей металлов. Покрытия из металлов (Сr, Fe) наносят на поверхность деталей для защиты их от разрушения в эксплуатации, увеличения ресурса, восстановления размеров, получения антифрикционных, жаро- и коррозионностойких деталей. Наиболее распространены для упрочнения деталей и восстановления их размеров хромирование и железнение. Хромирование используют для увеличения износостойкости, твердости, химической стойкости, восстановления размеров, декоративных целей. Железнение применяют, главным образом, для восстановления размеров деталей машин. При капитальном ремонте грузовых автомобилей хромированию и железнению подлежит 10–15 дм2 поверхности деталей. Основные показатели электролитических покрытий характеризуются значениями, указанными в табл. 3.3. Таблица 3.3 Показатели электролитических покрытий
Хромирование. Технологический процесс получения хромового покрытия состоит из 3-х групп операций: — подготовка детали к наращиванию покрытия; — нанесение покрытия (процесс хромирования); — последующая обработка. Технологические операции при нанесении хромового покрытия при восстановлении деталей выполняют в такой последовательности: 005 — моечная; 010 — сушильная (оборудована сухим сжатым воздухом); 015 — дефектовочная (нар. осмотр); 020 — шлифовальная (механическая обработка до определенного размера); 025 — контрольная (измерение размера); 030 — слесарная (изоляция нехромируемых поверхностей); 035 — слесарная (зачистка контактов подвески); 040 — слесарная (монтаж детали на подвеску); 045 — слесарная (подготовка и установка анодов). Анодами являются свинцовые пластины. На них образуется пленка перекиси свинца; 050 — активационная (обезжириванием (очисткой) от масляных пленок: химическим способом протиркой венской известью, или химическим способом в горячем щелочном растворе, или электролитическим способом); 055 — моечная (промывка проточной теплой водой); 060 — активационная (химическим декаллированием (очисткой) от оксидов в течение времени от 1 мин в растворе H2SO4 при 18–25 °С); 065 — моечная (промывка проточной холодной водой); 070 — активационная (электрохимическим анодным декапированием в электролите ванны для хромирования при Да = 30 – 35 А/дм2 и tэл = (50 2 °С); 075 — хромирование. В зависимости от температуры электролита и катодной плотности можно получить один из 3-х видов осадков: — серые твердостью 900–1200 HV; — блестящие твердостью 600–900 HV; — молочные твердостью 400–600 HV. 080 — моечная (промывка дистиллированной водой); 085 — моечная (промывка в холодной проточной воде); 090 — моечная (промывка в течение 0,5–1 мин в нейтрализующем 3–5% растворе углекислого натрия (Na2CO3) при 18–25 °С); 095 — моечная (промывка горячей проточной водой); 100 — сушильная (температура 120–130 °С); 105 — контрольная (измерение размеров); 110 — термическая (тепловая обработка при 200–250 °С в течение 2–3 ч., для удаления Н2); 115 — шлифовальная (обработка до номинального размера); 120 — контрольная (измерение размера и твердости). Основными составляющими хромовых электролитов являются: хромовый ангидрид (СrO3); конц. 150–250 г/л Н2О серная кислота (Н2SO4); конц. 1,5–2,5 г/л Н2О дистиллированная вода (Н2О). 1 л. СrO3/ Н2SO4 = 95–120 Хромирование ведется либо в стационарных ваннах, либо струйным способом. Используется питание постоянным током. Применяются выпрямители напряжением от 6 до 24 В. Режимы хромирования рекомендуется задавать в следующем интервале: Tэл = 50–60 С; Дк = 60–120 а/дм2;  ,где  — плотность Сr, г/см3 (6,92 г/см3); — толщина слоя, мм; — катодная плотность тока, А/дм2; — электрохимический эквивалент, г/А∙ч, (0,324); — кпд, характерный использователь энергии, 13–15%.Железнение. По сравнению с хромированием процесс железнения имеет более высокую производительность, можно получать толщину слоя до 1,5 мм. Не требуется дефицитных химических реактивов. Выход по току составляет 85–95%. Расход электроэнергии равен 1,5 кВт∙ч/дм2. Восстанавливаемые детали можно разделить на 4 группы: — детали с изношенными посадочными поверхностями под неподвижные сопряжения; — детали с поверхностями, работающими в условиях трения со смазкой; — детали сложной формы с ограниченными поверхностями износа; — корпусные детали с внутренними и наружными изношенными поверхностями. Первые две группы деталей восстанавливаются при ванном электролизе. Последние две группы — безванновыми способами. Технологический процесс железнения аналогичен процессу хромирования. Используется твердое и износостойкое железнение. Применяются хлористые электролиты: растворы хлористого железа (FeCl2 4H2O) с добавкой хлористого натрия (NaCl) и соляной кислоты (HCl). (PH = 1,6–1,4). Могут использоваться сульфатные и специальные электролиты. За счет изменения состава электролита и его кислотности, плотности тока, температуры можно получать необходимые свойства покрытий: твердость, вязкость, износостойкость и др. Пути совершенствования технологии гальванических покрытий. Разработано два основных направления развития и совершенствования технологий гальванических покрытий: 1-ое направление состоит в повышении производительности процесса. Для достижения этой цели ведется разработка новых электролитов. Примером служат саморегулирующиеся электролиты для хромирования. Наряду с этим разрабатываются новые технологические приемы ведения технологии: проточное, струйное, электроконтактное осаждение, применение электролита, применение периодических потоков и др. За счет этих приемов удается избегать обеднения и защелачивания прикатодного слоя электролита. 2-ое направление состоит в сокращении числа подготовительных и заключительных операций. Так, например, при железнении для снижения трудоемкости и значительного уменьшения потребления воды в технологии используют анодное травление стальных и чугунных деталей с одновременной очисткой их поверхностей в хлористом электролите железнения. В перспективе считается возможным создание малооперационной безотходной технологии железнения с замкнутым циклом водоиспользования. Мероприятия по ТБ и охране окружающей среды. Гальванические технологии относятся к производствам с вредными условиями труда. Большинство кислотных и щелочных электролитов очень токсичны и отрицательно действуют на дыхательные пути и кожные покровы работающих. Для удаления паров, газов и пыли и для создания нормальных условий труда на гальванических участках оборудуют примочно-вытяжную вентиляцию. Вытяжка обеспечивается общей и местной вентиляционной системой. Рекомендуется с 1 м2 зеркала ванны обеспечивать в час 8–10-кратный обмен воздуха. Для охраны окружающей среды сточные воды после промывки деталей подлежат обезжириванию. Это относится к отработанным растворам, периодически сбрасываемым из основных ванн, и постоянно поступающим растворам после промывки изделий. Контрольные вопросы 1. Назовите методы получения газотермических покрытий. 2. Какие требования предъявляются к напыляемому материалу для получения газотермического покрытия? 3. Назовите марки порошков самофлюсующихся сплавов. 4. Приведите примеры технологического процесса получения газотермического покрытия (по выбору). 5. Какие методы применяют для повышения качества газотермических покрытий? 6. Назовите основные показатели электролитических покрытий, применяемых при восстановлении деталей. 7. Приведите примеры последовательного выполнения операций при нанесении хромового покрытия на восстанавливаемую поверхность детали. 8. Назовите основные составляющие электролита для износостойкого железнения. 9. Назовите основные составляющие электролита для износостойкого железнения. 10. Назовите основные направления совершенствования технологии гальванических покрытий. 11. Изложите мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды на производствах по нанесению гальванических покрытий. Литература Витязь, П.А. Теория и практика газопламенного напыления / П.А. Витязь, В.С. Ивашко, Е.Д. Манойло. — Мн. : Навука i тэхнiка, 1993. — 295 с. Тема 7 Применение способов пластической деформации при восстановлении и упрочнении деталей План: 7.1 Сущность и виды пластической деформации. 7.2 Технологические процессы восстановления и упрочнения деталей пластическим деформированием. 7.3 Лазерное упрочнение. 7.1 Сущность и виды пластической деформации Сущность пластической деформации металлов состоит в изменении формы металлического тела под действием механической нагрузки, которая не сопровождается разрушением тела и не исчезает после снятия нагрузки. Различают объемное и поверхностное пластическое деформирование. Для восстановления деталей объемным пластическим деформированием выполняют различные формоизменяющие технологические операции: раздачу, осадку, обжатие, накатку и др. Раздачей восстанавливают наружные размеры полых деталей за счет увеличения внутренних размеров. Осадку применяют для уменьшения внутреннего и увеличения наружного диаметра полых деталей, а также для увеличения наружного диаметра деталей сплошного сечения за счет уменьшения их длины. Обжатие применяют для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет уменьшения их наружного диаметра. Накатка применяется при компенсации износа наружных цилиндрических поверхностей деталей. При применении поверхностного пластического деформирования выполняют: электомеханическую или дробеструйную обработку, обкатывание шарами и роликами, алмазное выглаживание. 7.2 Технологические процессы восстановления и упрочнения деталей пластическим деформированием Технология термогидравлической раздачи. Способ термогидравлической раздачи заключается в нагреве полой детали до закалочной температуры и пропусками потока охлаждающей жидкости через ее внутреннюю поверхность. В результате разностей скоростей охлаждения внутренних и наружных поверхностей происходит объемное расширение металла, увеличение наружного диаметра и длины детали. Величина прироста по наружному диаметру зависит от времени нагрева и охлаждения, толщины стенки, температуры охлаждающей среды. Этот способ получил применение для восстановления поршневых пальцев. Восстанавливать можно пальцы диаметром 42–50 мм и дли- ной 102–110 мм. Диаметр поршневых пальцев увеличивается на 0,10–0,15 мм, длина — на 0,2–0,3 мм. Технологический процесс восстановления поршневых пальцев термогидравлическим способом включает следующие операции: 05 — моечная (машина ОМ-6083, раствором МС-8 при 75—85 °С с последующим ополаскиванием холодной водой); 10 — дефектовочная (сортируют на две группы: годные и негодные для восстановления); 15 — термогидравлическая (высокочастотный нагрев и охлаждение); 20 — бесцентровошлифовальная (1-е черновое шлифование наружной поверхности на станке модели 3Ш 185); 25 — бесцентровошлифовальная (2-е черновое шлифование наружной поверхности на станке модели 3Ш 185); 30 — бесцентровошлифовальная (3-е черновое шлифование наружной поверхности на станке модели 3Ш 185); 35 — шлифовальная (обработка торцов в кассетах на станке модели 3Б722); 40 — полировальная (обработка наружных фасок в приспособлении на модели ТШН-400); 45 — зенковочная (обработка зенкером на сверлильном станке внутренних фасок); 50 — полировальная (обработка наружных фасок); 55 — бесценровошлифовальная 1-ое чистовое шлифование наружной поверхности на станке модели Л297С1); 60 — бесцентровошлифовальная (2-ое чистовое шлифование на станке модели ЗШ 184); 65 — полировальная (доводка наружной поверхности на станке ЗШ 184Д); 70 — моечная (споласкивание в моечной машине ОМ — 6083); 75 — контрольно-сортировочная (сортируют на группы по размеру и массе); 80 — маркировочная (обозначение групп); 85 — консервационная (на автооператоре консервируют, упаковывают в ингиборованную бумагу и укладывают в картонные ящики). Технологический процесс рекомендуется при рациональной загрузке оборудования при двухсменной работе. Годовая программа такого ремонтного производства составляет 1,2–1,5 млн. поршневых пальцев. Технология электромеханической обработки. Электромеханическая обработка — разновидность восстановления и упрочнения деталей пластическим деформированием. ЭМО — называется способ обработки металла электромеханическим местным воздействием на поверхностный слой. Через контакт инструмента с деталью пропускается ток большой силы и низкого напряжения, что приводит к локальному нагреву. Особенностью процесса ЭМО является тепловое и силовое воздействие на поверхностный слой, осуществляемое одновременно. Источниками тока являются понижающие трансформаторы мощностью до 25 кВт. Напряжение во вторичной обмотке составляет 2–6 В. Ток равняется 400–1400 А. Созданы специальные установки УЭМО-1 и УЭМО-2 для ремонтного производства. При пропускании электрического тока через контакт инструмента с деталью происходит мгновенный разогрев поверхности. Этот участок детали одновременно деформируется инструментом. За счет интенсивного отвода теплоты в массу детали локальный участок поверхности подвергается закалке. Обеспечивается получение мелкозернистой структуры, однородной по твердости. При упрочнении деталей, наплавленных Нп-30ГСА в среде СО2 рекомендуются следующие режимы ЭМО: J = 550 А; Р = 3,0 кН;  = 100 м/мин; S = 0,2 мм/об. Технология дробеструйной обработки. Дробеструйная обработка стальной поверхности обеспечивает неглубокую пластическую деформацию (до 0,5–0,7 мм). Применяется для обработки рессорных листов и пружин, зубчатых колес, шатунов, деталей, имеющих сварные соединения. Используется стальная либо чугунная дробь диаметром 0,8–2,0 мм. Режим обработки определяется скоростью подачи дроби до 70–100 м/с. Продолжительность операции дробеструйной обработки длится от 3,0 до 10,0 мин. Дробеструйную обработку осуществляют механическими или пневматическими дробеметами. В механических дробеметах дробь выбрасывается вращающимся с большой скоростью барабаном. В пневматических дробеметах дробь транспортируется к поверхности детали потоком сжатого воздуха под давлением 0,5–0,6 МПа. Технология обкатывания шарами и роликами. Технологический процесс обкатывания шарами и роликами применяется для упрочнения наружных и внутренних поверхностей вращения, галтелей, плоскостей и различных фасонных поверхностей. Технология выполняется на токарно-винторезных или специальных станках. Инструментом служит обкатное приспособление (т.н. обкатник). Технологические режимы упрочнения включают: — скорость обкатывания, 30–150 м/мин; — подача деформирующего инструмента, 0,1–0,5 мм/об. на ролик и 0,01–0,05 мм/об. на шарик; — усилие накатки (устанавливается опытным путем); — число проходов 2–4. Технология алмазного выглаживания. Алмазное выглаживание заключается в обработке поверхностного слоя детали инструментом, рабочей частью которого является сферическая поверхность кристалла алмаза с радиусом закругления 1–3 мм. Предварительную обработку поверхности выполняют шлифованием, тонким точением или растачиванием. Технологическими параметрами технологии «АВ» являются: радиус закругления алмаза, мм; скорость выглаживания, м/мм; подача, мм/об; усилие выглаживания, Н. Радиус алмаза выбирают с учетом твердости обрабатываемой поверхности. При твердости менее 300 НВ радиус равняется 2,5–3,5 мм. При твердости 35–50 НRСэ радиус — 1,5–2,5 мм, а при 50–65 НRСэ — 1,3–2 мм. Скорость выглаживания для сталей твердостью менее 300 НВ составляет 10–80 м/мин, подача рекомендуется в пределах до 0,04–0,08 мм/об. Для сталей с твердостью более 300 НВ рекомедуемая скорость — в пределах до 200–280 м/мин, подача — 0,02–0,05 мм/об. Оптимальным усилием выглаживания рекомендуется 250 Н. Глубина наклепанного поверхностного слоя детали может достигать 400 мкм. Твердость поверхности повышается на 25–30%. Износостойкость увеличивается на 40–60%. Усталостная прочность повышается на 30–60%. 7.3 Лазерное упрочнение В ремонтном производстве получают все большее применение высококонцентрированные источники энергии — лазеры. Они используются для придания поверхностным слоям детали повышенной износостойкости. При лазерной обработке применяются следующие способы упрочнения: 1. Без изменения химического состава поверхности вследствие фазовых превращений при быстром нагревании и последующем охлаждении, а также за счет ударной волны из-за испарения верхних слоев металла; 2. При частичном изменении химического состава поверхностного слоя (т.н. лазерного легирования) путем расплавления последнего и добавления легирующих элементов; 3. Лазерное плакирование посредством нанесения на поверхность восстанавливаемой детали материала, его нагрева, растекания и затвердевания при охлаждении. Лазерное упрочнение (закалка) стальных и чугунных деталей позволяет повысить их износостойкость. Лазерная закалка актуальна для деталей при их обработке на ремонтный размер. К числу таких деталей относятся коленчатые валы, верхняя часть цилиндров, оси, тормозные барабаны и др. Лазерная закалка шеек коленчатых валов из высокопрочного чугуна обеспечивает глубину упрочнения 0,6–0,7 мм. Микротвердость достигает 8,5 ГПа. Износостойкость шеек валов увеличивается в 1,9–2,1 раза по сравнению с неупрочненными деталями. Лазерные дорожки представляют собой винтовые линии. Режим обработки характеризуется следующими параметрами: мощность излучения равна 0,7–0,75 кВт; диаметр луча в зоне обработки 3,0–3,5 мм; подача луча 35–40 мм/мин; частота вращения детали 4–4,5мин-1. Для деталей из стали 40Х износостойкость возрастает более чем в 2 раза по сравнению с ее износостойкостью после обычной закалки. Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом особенностей: 1. Упрочнение локальных (по глубине и площади) объемов материала обрабатываемых поверхностей. Получаемая при этом твердость (60–70 НRСэ) на 15–20% и более превышает твердость после термической обработки существующими способами с сохранением исходных свойств материала в остальном объеме; 2. Создание «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к отслаиванию и растрескиванию; 3. Отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленное локальностью термообработки, что позволяет практически полностью исключить финишную шлифовку; Режимы лазерной обработки при проектировании технологического процесса: глубина упрочненного слоя, плотность энергии и микротвердость (принимаются с учетом марки обрабатываемого материала и принятой модели установки). Контрольные вопросы 1. Назовите виды пластической деформации, применяемые при восстановлении деталей. 2. Какие дефекты деталей устраняют с использованием объемного пластического деформирования 3. Какие дефекты деталей устраняют с использованием поверхностного пластического деформирования 4. Изложите технологический маршрут восстановления поршневых пальцев термогидравлической раздачей. 5. Поясните технологию электромеханической обработки при упрочнении деталей. 6. Поясните технологию дробеструйной обработки при восстановлении и упрочнении деталей. 7. В чем заключается сущность технологии алмазного выглаживания? Назовите примеры ее практического использования при восстановлении деталей. 8. Назовите основные способы упрочнения деталей лазерной обработкой. 9. Изложите технологию лазерного упрочнения восстанавливаемых поверхностей стальных деталей. 10. В чем заключаются технологические особенности поверхностного упрочнения деталей лучом лазера? Литература 1. Одинцов, Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием : справочник / Л.Г. Одинцов. — М. : Мишиностроение, 1987. — 328 с. 2. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве : учеб. пособие / Под ред. В.И. Черноиванова. — М. : Челябинск : ГОСНИТИ, ЧГАУ, 2003. — 992 с. |