Вопросы для самоконтроля
1. Какие причины обусловливают необходимость упрочнения элементов дета- лей? 2. Упрочнение чаще выражается повышением износостойкости и усталостной прочности восстанавливаемых элементов. Какие меры применяются для этой цели?
3.2. Электромеханическая обработка
3.2.1. Содержание способа и область его применения
Способ предложил Б.М. Аскинази в 1968 г.
Способ применяют при восстановлении размеров шеек валов (с на- несением или без нанесения покрытия), входящих в неподвижные соеди- нения, и при подготовке заготовок с высокой поверхностной твердостью к напылению на них покрытий.
Сущность способа заключается в том, что через контакт вращаю- щейся заготовки с надавливающим на нее инструментом пропускают ток большой силы, вследствие чего материал заготовки в месте ее контакта с инструментом нагревается и пластически деформируется. Между инстру- ментом и заготовкой может подаваться присадочный материал.
121
От сети напряжения 220/380 В (рис. 3.4) ток проходит через пони- жающий трансформатор, а преобразованный ток через подводящий провод сечением 300 мм
2
– в место контакта инструмента с заготовкой. На па- троне токарного станка закреплен токосъемник в виде медного кольца и медно-графитовой щетки. Второй провод от трансформатора подводится к державке, закрепленной в резцедержателе суппорта и несущей инструмент с твердосплавной вдавливающей или сглаживающей пластинами. Держав- ку изолируют от резцедержателя. Усилие надавливания инструментом соз- дают с помощью механизма поперечной подачи. Продольная подача инст- румента происходит от ходового валика. Передняя поверхность инстру- мента находится на высоте центров.
Рис. 3.4. Схема установки для электромеханической обработки: 1 – заготовка;
2 – инструмент;
А – амперметр;
КС – кнопочная станция;
К – контакты и контактор;
Тр1 и
Тр2 – трансформаторы;
Пр1 и
Пр2 – предохранители;
В1
– включатель;
Р – ру- бильник
Сила тока достигает 300…1500 А под напряжением 1…5 В, темпера- тура металла в месте контакта – 800…900 о
С. Усилие прижатия инстру- мента к поверхности заготовки составляет 300…1200 Н. Рабочая часть вы- давливающего инструмента представляет собой равнобокую трапецию, меньшее основание которой,
обращенное к заготовке, равно 1 мм, а ее бо- ковые стороны образуют угол 60…70 о
. Радиус рабочей части выглажи- вающего инструмента равен 80…100 мм.
Количество выделившегося тепла
Q определяют по формуле
Q = Q1
+ Q2
= t(
I2
R + Pzv), Дж, (3.6)
122
где
Q1
и
Q2
– количество тепла, выделяющегося от действия тока и от тре- ния и деформирования металла, Дж;
I – сила тока, А;
R – электрическое сопротивление, Ом;
t – время действия тока, с;
Pz– сила трения, Н;
v – ок- ружная скорость поверхности заготовки, м/с.
На цилиндрической поверхности заготовки при электромеханиче- ской обработке выдавливается спиральный гребень (внешний диаметр гребней больше диаметра заготовки). Затем инструмент для вдавливания заменяют другим с твердосплавной сглаживающейся пластиной. При по- следующем пропускании тока верхняя часть гребней разогревается, а сглаживающая пластина деформирует их на заданный размер (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Схема вдавливания и выглаживания заготовки: 1 – заготовка; 2 – вдав- ливающий инструмент; 3 – выглаживающий инструмент;
n –угловая частота вращения заготовки, мин
–1
;
S – подача инструментов, мм/об;
D –
диаметр исходной заготовки, мм;
D1 и
D2– диаметры заготовки после ее вдавливания и выглаживания, соответствен- но, мм
При образовании спирального гребня, а затем при сглаживании его витков наблюдается нагрев небольших объемов металла с последующим быстрым их охлаждением за счет отвода тепла в глубь металла. При этом на поверхности заготовки образуется закаленный слой повышенной твер- дости на глубину 0,2…0,3 мм.
Режим выдавливания материала следующий: окружная скорость по- верхности заготовки 2…8 м/мин (в зависимости от ее диаметра и твердо- сти материала); усилие вдавливания инструмента 700…800 Н для загото- вок из нетермообработанных сталей и 900…1200 Н для заготовок из зака- ленных сталей; сила тока 420…520 А; подача 1…2 мм/об; число ходов 2-3.
Режим сглаживания: окружная скорость поверхности заготовки 5…8 м/мин;
123
усилие вдавливания 300…400 Н; сила тока 300…400 А; подача
0,4…1,5 мм/об; число ходов 1-2. В среднем увеличение диаметра заго- товки после вдавливания инструмента составляет 0,4 мм, а после вы- глаживания – 0,2 мм.
Увеличение диаметра шейки вала после выдавливания материала равно
ccвDSkDSD
46
,
3
, мм, (3.7)
где
S – подача инструмента при его вдавливании, мм/об; Δ
Dс– необходи- мое увеличение диаметра шейки вала после сглаживания, мм;
k – коэффи- циент, учитывающий режимы обработки, равен 1,46 при Δ
Dв = 0,45 мм и
S = 2 мм/об.
Естественно, что рассматриваемый способ не может обеспечить сплошного контакта шейки вала с поверхностью сопрягаемой детали. Что- бы сохранить прочность посадки, можно допустить увеличенные натяги
(до 1,3 раза), не вызывающие недопустимой деформации охватывающей детали. Для восстановления сплошного контакта поверхностей используют два способа.
Первый способ заключается в том, что образовавшиеся канав- ки спирального гребня после прохода выдавливающего инструмента за- полняют припоем, композицией на основе эпоксидной смолы и др. При использовании второго способа в эти канавки наматывают очищенную стальную проволоку, которую деформируют и закрепляют с помощью электроконтактной приварки по следующему режиму: сила тока
1300...1500 А; усилие 400...500 Н; окружная скорость вращения заготовки
0,8...1,9 м/мин.
Электромеханическая обработка шеек валов по сравнению с их на- плавкой исключает коробление, она более производительная и дешевая.
Электромеханическая обработка может быть рекомендована и для подготовки заготовок с высокой поверхностной твердостью к напылению, поскольку она незначительно снижает усталостную прочность деталей.
Вершины спирального гребня после выдавливания материала деформиру- ют, чтобы они были сплющенными.
3.2.2. Присадочные материалыПри нанесении покрытий применяют материал в виде проволоки, ленты или порошка. Материал в виде проволоки широко применяют при восстановлении резьбы и шеек валов. Ленту применяют при восстановле-
124
нии шеек валов и поверхностей отверстий в корпусных деталях (например, гильзах и блоках цилиндров), а порошок – при восстановлении шеек валов и конических поверхностей клапанов.
Применяют проволоку диаметром 1,6...2,5 мм сплошного сечения
Нп-35, Нп-40, Св-08, Св-06ГС, Св-08Г2С, Нп-30ХГСА, 65Г и порошковую
(например, ПП-АН-10). Покрытие из проволоки характеризуется плотной упаковкой и сплавлением ее витков. Диаметр проволоки при восстановле- нии резьбы выбирают таким образом, чтобы проволока при нагреве и осадке полностью заполнила впадину между витками и обеспечила при- пуск на механическую обработку. Для этого необходимо, чтобы диаметр проволоки превышал шаг резьбы на 5...10 %. Зависимость между усилием сжатия Q и силой сварочного тока I (А) выражается формулой
6,4
Q
I
, Н. (3.8)
Приварка проволоки Св-08ГС и 65Г снижает усталостную прочность деталей на 10...25 %.
Режимы приварки проволоки приведены в табл. 3.1. Длительность импульса со- ставляет 0,02...0,04 с, а паузы – 0,06...0,08 с. Скорость приварки – 1,6...2,0 м/мин.
Таблица 3.1
Режимы электроконтактной приварки проволоки на наружные поверхности цилиндрических заготовок
Проволока
Диаметр проволоки, мм
Ток, кА
Давление на ролик, Н
Шаг приварки, мм/об
65Г
1,6 2,0 5...8 8...10 1100 1300 1,6...1,8 2,0...2,2
Св-08 1,6 2,0 2,5 5...8 7...9 8...10 1000 1300 1500 1,6...1,8 2,0...2,2 2,5...2,8
Широко распространена электроконтактная приварка ленты толщиной
0,5...0,6 мм из углеродистых сталей 10, 20, 40, 50, У7, У8, 65Г и легирован- ных сталей 40Х и 50ХФА. Для получения заготовок из ленты необходимо оборудование для ее мерной отрезки и предварительной гибки.
Прочность соединения покрытия из ленточного материала с основой при силе тока 7,72 кА, усилии на электроде 1,3 кН, длительности импульса тока 0,04 с и скоро- сти наплавки 1,2...1,5 м/мин находится в пределах 300...400 МПа. Меньшее значение соответствует предварительной обработке точением до 3-го класса шероховатости, большее – дробеструйной обработке.
Режимы приварки металлической ленты на поверхности отверстий чугунных корпусных деталей и шеек стальных валов приведены в табл. 3.2.
125
Таблица 3.2
Режимы приварки металлической ленты
Детали
Параметр
Корпусные
Валы
Сила сварочного тока, кА
7,8...8,0 16,1...18,1
Продолжительность сварочного цикла, с
0,12...0,80 0,10...0,12
Продолжительность паузы, с
0,08...0,10 0,04...0,08
Скорость сварки, м/мин
0,5 0,7...1,2
Подача электродов, мм/об вручную
3...4
Сила сжатия электродов, кН
1,70...2,25 1,3...1,6
Ширина рабочей части электродов, мм
8 4
Диаметр электродов, мм
50 150...180
Марка стали ленты
20 40, 45, 50
Расход охлаждающей жидкости, л/мин
0,5...1,0 1,5...2,0
Покрытия на шейках валов шлифуют кругами ПП 23А СМ1-01 К6 из электроко- рунда белого в следующем режиме: окружная скорость круга 35 м/с, заготовки 25…30 м/мин, поперечная подача круга 0,2...0,3 мм/мин. Обработку ведут при обильном охла- ждении зоны шлифования 1,5...3,0 %-ным водным раствором кальцинированной соды.
Выбор сравнительно невысоких режимов обработки обусловлен пониженной тепло- проводностью переходной зоны «покрытие – основа». Применение жестких режимов обработки может привести к накоплению тепла в приваренном покрытии и его отслое- нию вследствие теплового расширения.
На твердость и прочность покрытия наибольшее влияние оказывает его материал (табл. 3.3). Мелкодисперсная структура покрытия способст- вует не только увеличению твердости, но и ударной вязкости металла, что в конечном итоге уменьшает интенсивность изнашивания.
Таблица 3.3
Твердость
приваренного покрытия из различных материаловМарка стали
Твердость покрытия, HRC
Марка стали
Твердость покрытия, HRC
20 22…27 55 51…56 40 41…46 40Х
51…61 45 46…51 65Г
61…66
Предел выносливости образцов диаметром 40 мм с покрытием из ленты в зависимости от ее марки снижается на 54…67 %. Поверхностное пластическое деформирование в виде обкатывания роликами повышает значение предела выносливости более чем в два раза. Применение сплош- ных и спеченных лент различного состава и твердости позволяет повысить износостойкость восстановленных элементов в 5…10 раз по сравнению с новыми деталями.
Износостойкость покрытий повышают до 10…15 раз, если перед электроконтактной приваркой под стальную ленту с содержанием углеро-
126
да не более 0,5 % толщиной 0,4 мм поместить зерна сплавов на основе карбидов вольфрама (ВК8, Т15К6 или релита) размером 0,3…0,5 мм.
Особенности этой технологии следующие. Обеспечивают нагрев участка до температуры 1350 о
С, что приводит к плавлению эвтектики Fe-FeO. Создают удельное давление на покрытие роликовым электродом 50…75 МПа при плотности импульса то- ка до 700 А/мм
2
Шейки шлифуют алмазным кругом АПП 300
271275 с зернами АСВ зерни- стостью 100/80 на металлической связке МВ
1
В покрытии из стали 50ФХА на промежуточном слое из порошка
ПГ-СР2 после термоциклической обработки и шлифования до номиналь- ного размера растягивающие напряжения на 53…55 % меньше, чем в по- крытии из такой же стали без использования промежуточного слоя.
Широкими технологическими возможностями обладает электрокон- тактная приварка порошковых материалов. Между движущимися друг отно- сительно друга заготовкой и электродом помещают металлический поро- шок, через них пропускают электрический ток и прикладывают давление.
Используют порошки из сплавов ПГ-Х20Н80, СНГН, ПГ-СР2, ПГ-СР3,
ПГ-СР4, ПГ-ХН80СР2, ПГ-10Н-01, ПГ-10Н-04, ПГ-УС25, ПГ-С27, меха- нические смеси КБХ и ФБХ-6-2, а также различные композиции.
Вращающаяся или неподвижная заготовка является одним из элек- тродов, второй медный электрод неподвижен или вращается. В зазор меж- ду этими электродами подают из бункера металлический порошок. Мате- риал прижимают к восстанавливаемой поверхности заготовки под давле- нием 30…60 МПа. Через электроды и материал пропускают электрический ток силой 5…30 кА, напряжением 6…12 В и импульсами длительностью
0,04…0,14 с. Скорость приварки составляет 0,17…0,37 м/мин. Схемы уст- ройств для нанесения порошковых покрытий приведены на рис. 3.6. В ре- зультате на поверхности заготовки образуется покрытие, толщина которо- го определяется углом захвата порошка роликом.
Состав порошков определяет требуемые свойства покрытий. Высо- кое качество покрытия обеспечивает композиция из самофлюсующегося порошка ПГ-ХН80СР2, порошков сормайта ПГ-С1 и железа ПЖ-3М в рав- ных массовых частях с добавкой к ним меди и свинца (1,5…5,0 %). Для вос- становления деталей типа «вал» целесообразно использовать следующие композиции: 20 % ФБХ-6-2 + 80 % ПЖ-5; 20 % КБХ + 5 % Аl
2
О
3
+ 75 %
ПЖ-5; 30 % ПГ-ХН80СР2 + 70 % ПГ-10Н-04; 20 % ПГ-10К-01 + 80 %
ПГ-10Н-04. Покрытия из этих композиций можно точить, их износостой- кость высокая.
127
Рис. 3.6. Схема электроконтактной приварки порошков на поверхности: а и
г – плоские; б, в и г – цилиндрические; е – коническую; ж – торцовую. Обозначения:
1 – электрод; 2 – порошок; 3 – деталь; 4 – покрытие; 5 – ролик
Прочность соединения покрытия с восстанавливаемой поверхностью находится в пределах 150…300 МПа. Пористость (12…25 %) и твердость
(25…63 HRC) покрытий изменяются в широких пределах и зависят от со- ставляющих покрытия. Наиболее высокая твердость наблюдается при на- несении покрытий состава ПГ-С1 + (60…70) % ФХ-80.
Предел усталости деталей с покрытиями из порошков снижается на
7…12 % по сравнению с этим показателем у новых деталей.
Покрытия обрабатывают лезвийным или абразивным инструментом. Лезвийную черновую обработку выполняют резцом из гексанита-Р при скорости резания 22…30 м/мин,
подаче 0,15…0,20 мм/об и глубине резания 0,5…0,9 мм. Чистовую обработку таким ин-
128
струментом ведут при скорости резания 60…80 м/мин, подаче 0,02…0,20 мм/об и глу- бине резания 0,1…0,5 мм.
3.2.3. Оборудование
Применяют серийные контактные сварочные машины, например,
МШ-1 или МШК-2002 (К-421М). Регулируемые импульсы сварочного тока получают с помощью прерывателей, а также конденсаторными источника- ми питания с зарядным напряжением 875…900 В и емкостью рабочих кон- денсаторов 2000…2300 мкФ. Специализированное оборудование для соз- дания различных ремонтных заготовок разрабатывалось ВНИИТУВИД
«Ремдеталь», ЧИМЭСХ, МГАУ им. В.П. Горячкина, Институтом механики и надежности машин НАН Беларуси. Применяют также передвижные по- сты ППКС-01-74. Электроды изготовляют из специальных медных сплавов типа БрХ, БрХК, БрНБТ и БрВНТ.
Оборудование блочно-модульного строения ВНИИТУВИД «Ремдеталь» создано на базе установки 011-1-00 для наплавки валов (табл. 3.4).
Таблица 3.4
Оборудование для электроконтактной приварки металлического материала
Обозначение
Восстанавливаемые поверхности и детали
011-1-02
Наружные и внутренние поверхности тел вращения
011-1-04
Наружные поверхности (в т.ч. шлицы) тел вращения
011-1-05
Наружные поверхности (в т.ч. резьбы) тел вращения
011-1-06
Внутренние поверхности гильз цилиндров
011-1-07
Наружные поверхности гильз цилиндров
011-1-08
Внутренние поверхности отверстий шатунов
011-1-10
Внутренние поверхности стаканов подшипников
011-1-11
Внутренние поверхности отверстий корпусных деталей
Установка 011-1-02 предназначена для электроконтактной приварки ленты на наружные цилиндрические поверхности диаметром 15…250 мм и длиной до 1200 мм на предприятиях с большой производственной мощно- стью. Толщина привариваемого покрытия составляет 0,2…1,0 мм, произво- дительность процесса достигает 100 см
2
/мин. С помощью установки 011-1-06
приваривают стальную ленту толщиной 0,4…0,6 мм к зеркалу гильзы ци- линдра диаметром 100…300 мм. Установка 011-1-07 обеспечивает привар- ку стальной ленты толщиной 0,4…0,6 мм к наружным пояскам гильз ци- линдров диаметром до 180 мм. Установка 011-1-08 служит для нанесения покрытий толщиной 0,2…1,0 мм на рабочие поверхности нижних головок шатунов диаметром 55…150 мм. Производительность установок 011-1-06,
011-1-07 и 011-1-08 составляет 60 см
2
/мин. Установка 011-1-10 служит для нанесения покрытий на наружные поверхности диаметром 100…250 мм и
129
внутренние поверхности диаметром 60…180 мм стальных и чугунных де- талей типа стаканов подшипников. Толщина привариваемой ленты
0,2…1,0 мм. Установка 011-1-11 служит для электроконтактной приварки ленты на внутренние
поверхности отверстий корпусных деталей, в том числе на поверхности коренных опор блоков цилиндров. Для электрокон- тактной приварки проволоки созданы установки УКН-5, -6, -8М, -9, -10,
-11. Восстановление изношенных резьбовых поверхностей с шагом резьбы до 2 мм целесообразно проводить на установке 011-1-05. Покрытия на шейки и резьбовые поверхности на валах длиной до 2000 мм наносят на установке 01-11-022М. Производительность ее в 6…7 раз превышает про- изводительность установки 011-1-05. На установке 01-08-005 наносят по- крытия на клапанные гнезда блоков цилиндров двигателей с производи- тельностью до 24 заготовок в час.
Вопросы для самоконтроля1. Изложите суть электромеханической обработки заготовок. 2. Для каких целей применяют процесс? 3. Изложите разновидности способа при восстановлении деталей.
4. Из каких частей состоит оборудование для электроконтактной приварки материала?
Скачать 3.56 Mb.