Востановление деталей. План урока тема урока Ремонт и восстановление деталей. Цели урока обучающая. Образовательная
 Скачать 66.27 Kb.
|
|
При восстановлении деталей металлизацией вначале осуществляют подготовку поверхности к нанесению покрытия, затем собственно металлизацию и последующую механическую обработку. Процесс металлизации включает три этапа: плавление металла, его распыление и формирование покрытия. Процесс плавления металла происходит при горении и коротком замыкании электрической дуги и отличается высокой температурой, цикличностью и кратковременностью. Расплавленный металл подхватывается струей воздуха (или инертного газа) и распыляется на мельчайшие частицы с большой скоростью. Частицы оседают на подготовленную поверхность детали в пластическом состоянии. Ударяясь о поверхность, они деформируются, наклепываются, охлаждаются, образуя пористое, неоднородное покрытие. В последующем нанесенный слой обрабатывают механически до нужного размера; К недостаткам металлизации следует отнести в первую очередь небольшую прочность сцепления покрытия с металлом восстанавливаемой детали, значительную пористость и хрупкость слоя, трудности подготовки закаленных поверхностей детали к металлизации, значительные потери металла при плавлении и распылении, особенно при металлизации малогабаритных деталей. Металлизацию нельзя применять для восстановления деталей, работающих при больших удельных давлениях на сдвиг и сжатие (кулачки распределительных валов, зубья шестерен и др.), без смазки или с периодически подаваемой смазкой. Многие отмеченные недостатки устраняются при плазменной металлизации, которую все более широко применяют для восстановления автомобильных деталей Сущность способа заключается в том, что при расплавлении и напылении металла используют тепловые и динамические свойства плазменной струи. Плазмообразующий газ (азот, аргон, углекислый газ и др.) горит в закрытом пространстве в специальной горелке (плазмотроне). Плазмотрон (рис. 14.) состоит из катода и анода. Катод 2 изготовлен из вольфрама, а анод 4—из меди. Они изолированы друг от друга прокладкой 3. Охлаждение осуществляют водой. Электрической дугой, питающейся от источника постоянного тока напряжением 60—70В, зажигают плазмообразующий газ. Последний с большой скоростью (1000—1500 м/с) выходит из сопла плазмотрона в виде струи небольшого сечения. Температура плазменной струи достигает 10 000—30 0000С. Рис. 14. Схема горелки для плазменной металлизации: 1— дозатор, 2— катод, 3— изоляционная проволока , 4—анод (сопло) 4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ 4.1. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ Общие сведения. Нанесение гальванических покрытий перспективный способ восстановления изношенных деталей. Основа этого способа электролиз металлов (рис. 15.). При прохождении постоянного электрического тока через электролит (раствор солей, кислот или щелочей) в последнем образуются положительно заряженные ионы электролита (катионы) и отрицательно заряженные (анионы). Катионы водорода и металла движутся к катоду и образуют на нем металлический осадок (отложение) или выделяются в виде газа (водорода). Металлический осадок, выделяющийся на катоде, и называют электрическим (гальваническим) покрытием. Анионы движутся к аноду и растворяют его с выделением кислорода. Восстановление изношенных деталей электролитическими покрытиями имеет ряд преимуществ перед наплавкой металлов: простота и доступность оборудования; так как деталь практически не нагревается, в металле не происходит структурных изменений. Процесс позволяет восстанавливать детали с малыми износами и получать износостойкие покрытия, легко поддается механизации и автоматизации. Недостаток процесса большая трудоемкость, что ограничивает его использование для восстановления деталей с большими износами. Наиболее широко применяют хромирование и железнение, реже — меднение, цинкование и никелирование. Хромирование. Электролитические покрытия хромом обладают высокой твердостью и износостойкостью. Кроме того, они стойки к коррозии. Поэтому хромированием восстанавливают износостойкие поверхности с небольшими износами (плунжерные пары, поршневые пальцы, золотниковые пары и др.). Применяют его для декоративных целей и защиты от коррозии. Аноды изготавливают из чистого свинца или сплава свинца и сурьмы (они не растворяются). Хромируемую деталь подвешивают к катоду. В качестве электролита используют хромовую кислоту, получаемую из хромового ангидрида и серной кислоты. Наибольший выход по току при соотношении хромового ангидрида и серной кислоты 100: 1. Хромирование выполняют в ваннах, облицованных с внутренней стороны рольным свинцом, винипластом, кислотостойкими плитами, полихлорвиниловым лаком, кислотостойкой эмалью и т. д. Стенки ванны делают двойные, а пространство между ними заполняют водой или маслом. Конструкция ванн должна предусматривать фильтрацию электролита и вытяжку продуктов его испарения. Электролитический хром металл серебристо-белого цвета с голубым оттенком твердостью до 1200 НВ. Качество хромового покрытия во многом зависит от подготовки поверхности к хромированию и режима процесса. Подготовку поверхности деталей к хромированию выполняют в следующем порядке. Очистка от грязи, масла и других загрязнений происходит в моечных растворах. М е х а н и ч е с к а я о б р а б о т к а проводится для получения правильной геометрической формы детали, что обеспечивает равномерный слой осаждаемого хрома. Овальность, конусность и огранку изношенной детали устраняют шлифованием, полированием, притиркой, растачиванием и т. п. Обезжиривание поверхностей возможно химическое, электролитическое и при помощи ультразвука. Д е к а п и р о в а н и е (травление) восстанавливаемой поверхности необходимо для улучшения прочности сцепления осаждаемого хрома. Рис. 15. Схема процесса электролитического наращивания металлов: 1 - источник тока; 2 — ванна: 3 - катод; 4 — анод. Пористое хромирование. Из-за плохой смачиваемости гладкой поверхности осаждаемого хрома износостойкость ее снижается. Поэтому при восстановлении деталей, работающих в условиях повышенного удельного давления, высокой температуры и недостаточного смазывания (поршневые кольца, гильзы цилиндров двигателей и др.), применяют пористое хромирование. Пористость поверхности получают механическим, химическим или электролитическим способом. При механическом способе на поверхность восстанавливаемой детали до хромирования наносят углубления в виде пор или каналов обработкой резцом, шлифованием, накаткой специальным роликом, пескоструйной или дробеструйной обработкой. При последующем хромировании нанесенные неровности воспроизводятся и подготовленный рельеф поверхности сохраняется. При химическом способе пористость на хромовом покрытии получают при травлении в соляной или серной кислоте. При электролитическом, наиболее распространенном способе получения пористого хрома детали подвергают анодной обработке в электролите такого же состава, как при хромировании. Пористость создается сеткой микроскопических трещин, появляющихся вследствие различной скорости растворения хрома. Время получения пористой хромированной поверхности 8...12 мин. Хромирование в проточном электролите. Восстановление хромированием крупногабаритных деталей сложной формы вызывает большие трудности, связанные с изоляцией мест, не подлежащих покрытию, Сложностью конструкции подвесных устройств, необходимостью иметь ванны больших размеров и быстрым загрязнением ванны. Размеры таких деталей восстанавливают нанесением покрытия безванным способом. Безванное хромирование заключается в том, что в зоне нанесения покрытия создают местную ванну, в которую непрерывно подают электролит. Этим способом восстанавливают коленчатые валы, посадочные места под подшипники в корпусах коробок передач и другие детали. Недостатки хромовых покрытий низкий выход по току, малая скорость осаждения хрома, большая трудоемкость процесса и высокая стоимость. Железнение в ремонтной практике находит более широкое применение, чем хромирование. Железнением восстанавливают стальные и чугунные детали (посадочные места под подшипники, шатуны и др.) с износами, достигающими 1 мм и более. В отличие от хромирования при железнении применяют растворимые аноды из малоуглеродистой стали. Их площадь должна быть в 2 раза больше покрываемой поверхности. В качестве электролитов наибольшее применение получили горячие и холодные растворы хлористого железа. Г о р я ч и е э л е кт р о л и т ы с температурой более 50°С неудобны в эксплуатации из-за дополнительных расходов на подогрев и контроль температуры, но они производительнее и дают лучшие покрытия. Ванны для железнения аналогичны ваннам, применяемым для хромирования. При железнении в горячем электролите (до 90°С) внутреннюю поверхность ванны облицовывают кислотоупорными материалами: эмалью, эбонитом, винипластом и т. п. Подготовка поверхности детали для железнения в основном такая же, как и для хромирования. Качество покрытия во многом зависит от состава электролита и режима процесса. Рис. 16. Приспособление для местного железнения: 1 — анод; 2 резиновая прокладка; 3 - крышка; 4 — распорная гайка Местное железнение (Рис. 16) применяют для восстановления посадочных поверхностей корпусных деталей. Поверхность детали, подготовленную к железнению, травят 20...30%-ным раствором соляной кислоты и промывают. Затем монтируют местную ванну, состоящую из резиновой прокладки 2 толщиной 3...5 мм и диаметром на 20...30 мм больше восстанавливаемого отверстия. На резиновую прокладку устанавливают алюминиевую или стальную крышку 3 и прижимают их распорной гайкой 4 к отверстию. Устанавливают электрод из малоуглеродистой стали и заливают электролит: серная кислота 450 г/л и сернокислое железо 20... 30 г/л. Подключают деталь к аноду и при плотности тока 20... После железнения детали промывают горячей водой и нейтрализуют в течение 3...4 мин в горячем растворе (60...70°С) такого состава: едкого натра 20...30 г/л, жидкого стекла 10...20 г/Л и кальцинированной соды 25...30 г/л. При местном железнении деталь нейтрализуют 10%-ным раствором едкого натра. Преимущества железнения по сравнению с хромированием: более высокая скорость отложения электролитического слоя (до 0,4 мм/ч), высокий выход по току (80...95%), возможность регулирования твердости покрытия в широких пределах (от НВ 150 до НВ 600), дешевизна и доступность применяемых исходных материалов. Недостатки процесса: нестабильность по кислотности электролита, необходимость подогрева при горячем осталивании, большая трудоемкость. Электролитическое натирание—один из способов нанесения покрытий вневанным способом. (Рис. 17.) Рис. 17. Схема процесса электролитического натирания: 1 резервуар для электролита; 2 кран; 3 - анод; 4 -— тампон, 5 — рукоятка; 6 - штекер; 7 — деталь; 8 — ванна. Деталь, подключенную к катоду, закрепляют в шпинделе или центрах токарного станка. Анодом служит угольный стержень, обернутый специальным адсорбирующим материалом и образующий тампон Электролит поступает из резервуара и в течение всего процесса подпитывает тампон. Расход электролита регулируют краном. Непрерывное поступление электролита на анодный тампон и перемещение анода по покрываемой поверхности детали дают возможность применять высокую плотность тока и обеспечивают повышенную производительность. Подготовка поверхности для натирания такая же, как при ванном способе. Электролитическое натирание успешно используют для восстановления деталей типа валов, а также отверстий в корпусных деталях. Поверхности, восстанавливаемые этим способом, могут быть покрыты хромом, железом, никелем, цинком и другими металлами. 4.2. ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЕ НАПЕКАНИЕ И НАПЛАВКА Рис. 18. Схема электроконтактного напекания металлических порошков: 1 силовой цилиндр; 2 -— ролик; 3 - неметаллический порошок; 4 деталь; 5 - напекаемый слой; 6 - трансформатор; Р - режимное усилие Электроконтактное напекание металлических порошков применяют для восстановления деталей типа валов и осей. (Рис. 18.) Технология этого процесса разработана в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства. Качество слоя во многом зависит от размеров детали и ролика, от давления, создаваемого роликом, химического состава порошка и окружной скорости детали. При диаметрах восстанавливаемых деталей от 30 до 100 мм электроконтактным напеканием можно получить слой толщиной от 0,3 до 1,5 мм. С увеличением диаметра детали толщина наносимого слоя возрастает. Скорость напекания составляет 0,17...0,25 м/мин. Преимущества процесса высокая производительность, малая глубина теплового воздействия и высокая износостойкость напеченного слоя. К недостаткам можно отнести ограниченность толщины напекаемого слоя и сложность оборудования. Электроконтактная наплавка отличается тем, что в зону контакта ролика и детали вместо порошка подают присадочную проволоку. Прочное сцепление наплавляемого слоя с поверхностью детали образуется за счет частичного плавления тончайших слоев металла в месте контакта, а также за счет диффузии. Этим способом можно наплавлять детали диаметром 10 мм и более. Контактное электроимпульсное покрытие поверхности лентой разработано в ГОСНИТИ. В отличие от электроконтактных напекания и наплавки вместо порошка и проволоки в зону контакта ролика и детали подают стальную ленту, которую приваривают к изношенной поверхности короткими импульсами тока. Для получения кратковременных импульсов в цепи установки используется стандартный прерыватель машины электрошовной сварки. Чтобы повысить твердость и износостойкость приваренной ленты, зону сварки охлаждают водой. Способом электроимпульсного приваривания ленты восстанавливают изношенные поверхности деталей типа валов и посадочные места под подшипники в корпусных деталях. Недостатки этого способа ограниченная толщина наносимого слоя и сложное устройство установки. 4.3. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Общие сведения. Электромеханическую обработку применяют для восстановления валов и осей с небольшими износами, а также как заключительную операцию при обработке деталей. Схема этого способа показана на рисунке 19. К детали 5, установленной в патроне 4 токарного станка и поддерживаемой центром задней бабки 6, через электроконтактное приспособление 3 подводят один провод от вторичной обмотки трансформатора; другой провод подводят к инструменту 7, изолированно установленному (укрепленному) в резцедержателе суппорта станка. В зону контакта детали и инструмента подводят ток 350...1300 А напряжением 2...6 В. Регулируют ток реостатом 2. Ток низкого напряжения и большой силы мгновенно нагревает металл в зоне контакта до высокой температуры (800...900° С); в результате улучшается качество обработки, а последующий быстрый отвод теплоты внутрь детали способствует закалке поверхностного слоя. Этим способом можно получить шероховатость поверхности порядка 9-го класса (как при шлифовании) и одновременно значительно улучшить механические свойства поверхностного слоя обрабатываемой детали за счет его закалки на глубину до 0,1 мм. Восстановление деталей электромеханической обработкой показано на рисунке 20. Изношенную поверхность вала или оси сначала обрабатывают высаживающим инструментом 2. Нагретый в зоне контакта металл выдавливается, образуя выступы, аналогичные резьбе. В результате диаметр детали D2 увеличивается до размера D1. Вторым проходом сглаживающего инструмента высаженную поверхность обрабатывают до необходимого размера. Режим обработки: ток 400...600 А, напряжение 2...6 В. Этим способом восстанавливают преимущественно поверхности валов неподвижных соединений (посадочные места под подшипники, шестерни, шкивы и др.) с износами не более 0,25 мм. Рис. 19. Схема электромеханической обработки: 1 - рубильник; 2 — реостат; З — провод вторичной обмотки; 4 - патрон станка; 5 –деталь; 6 — задняя бабка станка; 7 инструмент. Преимущества электромеханической обработки — высокая производительность, возможность увеличения диаметра малоизношенных деталей без дополнительного материала, отсутствие коробления деталей, низкая себестоимость восстановления. Основные недостатки — трудность получения в процессе обработки сплошного контакта инструмента с поверхностью, недостаточная стойкость высаживающих и сглаживающих пластин Рис. 20. Схема восстановления детали электромеханической обработкой: 1 – деталь; 2 – высаживающий инструмент; 3 – сглаживающий инструмент 4.4. ЭЛЕКТРОИСКРОВАЯ ОБРАБОТКА Общие сведения. Электроискровой способ обработки деталей основан на явлении электрической эрозии (разрушение материала электродов) при искровом разряде. Во время проскакивания искры между электродами поток электронов, движущийся с огромной скоростью, мгновенно нагревает часть поверхности анода до высокой температуры (10 000...15 000° С); металл плавится и даже переходит в газообразное состояние, в результате чего происходит взрыв. Частицы оторвавшегося расплавленного металла анода выбрасываются в межэлектродное пространство и в зависимости от его среды (газовая или жидкая) достигают катода и оседают на нем или рассеиваются. Это свойство искрового разряда и используют в практике. При наращивании металла деталь подключают к катоду, а при снятии (обработке) — к аноду. Инструменту (одному из электродов) придают колебательное движение от вибратора для замыкания и размыкания цепи и получения искрового разряда. Необходимый режим устанавливают применением переменного сопротивления и постоянной или переменной емкости конденсаторов, но имеются установки и без конденсаторов. При ремонте машин электроискровую обработку применяют для обдирки деталей после наплавки твердыми сплавами, наращивания и упрочнения изношенных поверхностей. Наращивание и упрочнение деталей, наиболее перспективные приемы использования электроискровой обработки при ремонте машин. Эти процессы ведут на установках, изготовленных по схеме, показанной на рисунке 21, с использованием конденсатора 4. Деталь З, подключенная к катоду, наращивается инструментом (анодом) 2, изготовленным из материала, предназначенного для нанесения на поверхность детали. Колебание анод получает от магнитного вибратора 1, подключенного к сети переменного тока обычной частоты. Этим способом получают покрытия толщиной до 0,5 мм. |