Организация работы вагоносборочного участка

При наплавке деталей, имеющих на восстанавливаемой поверхности отверстия, пазы или канавки, которые необходимо сохранить, заделывают медными, графитовыми или угольными вставками. Поверхности детали, которые необходимо защитить от брызг расплавленного металла, закрывают сухим или мокрым асбестом.

 

5.1 Расчёт режима ручной дуговой наплавки

 

При восстановлении наплавкой деталей подвижного состава в условиях локомотивных и вагонных депо, а в отдельных случаях на вагоноремонтных заводах широко применяется ручная дуговая наплавка, так как ремонт деталей носит мелкосерийный характер. При определении основных параметров процесса можно пользоваться схемой, приведённой на рисунке 5.1.

 

Рисунок 5.1 - Основные параметры процесса ручной дуговой наплавки

 

Выбор состава наплавленного металла зависит от условий работы детали и вида износа восстанавливаемой поверхности. Большинство деталей подвижного состава работают в условиях трения металла о металл при нормальной температуре. Для их восстановления применяют наплавки из низкоуглеродистой и низколегированной стали. Главная цель - восстановление размеров и свойств наплавки на уровне изношенного слоя детали. Повышение твёрдости ограничено взаимодействием с другой деталью и необходимостью механической обработки, поэтому твёрдость наплавленного металла должна быть не более 400 НВ.

При ручной дуговой наплавке быстроизнашивающихся деталей подвижного состава, которые не требуют высокой твёрдости и износостойкости, используются электроды для ручной дуговой сварки конструкционных сталей (ГОСТ 9467-75). Для наплавки деталей, изготовленных из сталей 40, 40Х, 45, Ст5 и других, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов, автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.), применяются электроды для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами (ГОСТ 10051-75).

Расчёт проводим по методике [1].

Толщина наплавленного слоя выбирается с учётом износа и припуска на последующую механическую обработку:

 

δн = δиз + δо,(5.1)

 

где δиз - величина износа, мм;

δо - величина припуска на последующую механическую обработку, мм.

Поверхность наплавки получается ровная, если припуск на механическую обработку составляет 2-3 мм. При значительной величине износа наплавка производится в несколько слоёв.

 

δн=3+3=6 мм.

Ручная наплавка производится широким валиком с амплитудой поперечного перемещения от 2 до 4 диаметров электрода. Такой приём увеличивает ширину валика, замедляет охлаждение сварочной ванны, что уменьшает возможность проявления непроваров, шлаковых включений и пор. Валики накладываются после удаления шлака так, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий на 1/2-1/3 его ширины.

 

Рисунок 5.2 - Схема наложения валиков

 

Соотношение между основными параметрами наплавленного слоя можно определить по выражениям:

= (2 - 4)dэл;(5.2)

= 3·4 = 12 мм;

 

δн = (0,8 - 1,2)dэл;(5.3)

 

δн = 1,2·4 = 5 мм.

Тип электрода Э42;

Согласно таблице 4 [1] принимаем;

марка электрода АНО-1;

твёрдость слоя 120-140 НВ/НRС;

коэффициент наплавки αн = 14-16 г/А·ч;

коэффициент расхода 1,5.

При ручной дуговой наплавке изношенных поверхностей для большинства деталей подвижного состава используются электроды диаметром 3-5 мм, для крупногабаритных деталей - до 6 мм.

Ориентировочную величину тока при ручной дуговой наплавке можно определить по формуле:

 

Јн=(20+6dэл) dэл,(5.4)

 

Јн =(20 + 6·5)·5 =250 А.

Для выбора напряжения используют справочные данные или рекомендации сертификатов, которыми определяется каждая марка электрода. Для большинства марок электродных покрытий, используемых при наплавке углеродистых и легированных конструкционных сталей, рекомендуемые значения напряжения дуги выбирают в пределах 20-32 В.

Более точное обоснование применяемого напряжения дуги в зависимости от тока:

д=20+0,04 Јн,(5.5)

д =20+0,04·250 = 30В.

Скорость наплавки:

н=(αн· Јн)/ (100·Fн·ρ),(5.6)

 

где αн- коэффициент наплавки, г/А·ч;н-площадь наплавленного слоя одного прохода, см2;

ρ- плотность металла шва, = 7,8 г/см3.

Площадь поперечного сечения наплавленного валика при ручной дуговой наплавке:

 

Fн= 0,75bδн,(5.7)

н = 0,75×20×6=90 мм2.н =15·250/ (100×9×7,8)=0,534 м/ч.

Как правило, скорость наплавки можно не рассчитывать, так как она устанавливается сварщиком вручную при обеспечении размерных параметров наплавленного слоя.

Выбирая вид тока, следует учитывать экономические и эксплуатационные преимущества переменного тока перед постоянным. Однако могут быть положения, при которых использование переменного тока не допускается при наплавке электродами УОНИ-13, ОЗН в некоторых других случаях. Так, характер наплавочных работ обусловливает необходимость получения слоя наплавленного металла за счет возможно большего количества электродного металла при минимальной глубине проплавления основного металла. Поэтому для наплавочных работ следует предпочесть постоянный ток и вести наплавку на обратной полярности, обеспечивающей более высокую производительность процесса и меньшую глубину проплавления поверхности детали. Марку источника питания можно выбрать в справочнике.

 

5.2 Расчет режима автоматической наплавки под плавленым флюсом

 

Автоматическая наплавка под флюсом по сравнению с ручной дуговой имеет ряд преимуществ:

а) улучшение качества наплавленного слоя;

б) увеличение производительности труда;

в) уменьшение расхода наплавочных материалов и более экономное расходование легирующих элементов;

г) уменьшение расхода электроэнергии;

д) улучшение условий труда.

На форму и размеры наплавленных валиков значительное влияние оказывает большое количество факторов. Основные параметры режима целесообразно определять со схемой, приведённой на рисунке 5.3.

Одним из основных факторов, определяющих эксплуатационные свойства восстановленных поверхностей, является марка электродной проволоки. Для механизированной наплавки под флюсом можно использовать сварочные проволоки (ГОСТ 2246-70) и наплавочные (ГОСТ 10543-82).

Состав флюса и его грануляция оказывают существенное влияние не только на устойчивость горения дуги, но и на форму и размеры наплавленного слоя. Флюсы сварочные наплавленные выпускаются в соответствии с ГОСТ 9087-81.

Для механизированной наплавки углеродистых и низколегированных сталей углеродистыми и низколегированными наплавочными проволоками применяются флюсы АН-348, АН-348-АМ, АН-348-В, АН-348-ВМ, ОСЦ-45, ФЦ-9, АН-60.

Флюсы АН-348 обеспечивают удовлетворительную стабильность дуги при любом роде тока и хорошее формирование валиков наплавленного металла. Флюс обладает пониженной склонностью к образованию пор и дает удовлетворительно отделяемую шлаковую корку.

Флюсы ОСЦ обладают пониженной склонностью к образованию пор в наплавленном металле. Хорошее формирование валиков наплавленного металла получается при повышенном напряжении дуги. Недостатком этих флюсов является значительное выделение вредных фтористых газов.

Флюс АН-60 является заменителем флюсов АН-348-А и ОСЦ-45. Он обеспечивает хорошую отделяемость шлаковой корки. В сочетании с углеродистыми и низколегированными проволоками позволяет получить более высокую твердость наплавленного металла в сравнении с АН-348-А.

При автоматической наплавке под флюсом, тщательном выполнении процесса и хорошем формировании валика припуск на механическую обработку равен 1,5 - 2,0 мм на сторону.

Диаметр электрода зависит от формы наплавляемых деталей и толщины наплавленного слоя.

При восстановлении цилиндрических поверхностей под флюсом целесообразно учитывать диаметр детали и длину поверхности по образующей.

Если длина наплавляемой поверхности небольшая, то в процессе наплавки деталь не успевает прогреться и отделяемость шлака будет удовлетворительной. В этом случае диаметр электродной проволоки можно увеличить.

Величина тока наплавки:

 

Јн=π×dэл2×ј /4,(5.8)

 

Јн =3,14×52×60/12,5=245А.

Плотность тока ј = 9 - 12,5 А/мм2 (таблица 7 [1]). Обычно большие величины плотности тока выбирают для меньших диаметров электродных проволок и наоборот. При этом следует иметь в виду, что наплавку деталей малых толщины и диаметров целесообразно во избежание прожогов металла выполнять на малых точках, а больших - на больших точках с целью повышения производительности труда.

Обычно наплавку различных деталей производят при напряжениях дуги 25-40 В. Более точно напряжение дуги можно подсчитать по формуле:

д=22+Јн/50,(5.9)

д =22+245/50=27 В.

 

Рисунок 5.3 - Основные параметры автоматической наплавки под флюсом

 

Скорость подачи электрода:

эл= (4α × Јн)/(πdЭл×ρ),(5.10)

 

где αр - коэффициент расплавления, г/А×ч;

Јн - ток наплавки, А;Эл - диаметр проволоки, мм;

ρ - плотность металла проволоки, г/см3.эл =4×11×245/3,14×5×7,8=88,03 мм/ч.

Коэффициент расплавления электродной проволоки сплошного сечения при наплавке под флюсом на постоянном токе обратной полярности αр=10 - 12 г/А×ч.

Шаг наплавки определяется из условия перекрытия валиков на 1/2 - 1/3 их ширины:

= (2,5 - 4,0) dЭл,(5.11)

=3×5=15 мм.

Скорость наплавки:

н=(αн· Јн)/ (100·Fн·ρ),(5.12)

 

Коэффициент наплавки:

 

αн=αр(1 - ψ/100),(5.13)

 

где ψ- коэффициент потерь металла сварочной проволоки на угар и разбрызгивание, ψ=1- 3 %.

αн = 11(1-2/100) = 10,78.

Площадь поперечного сечения наплавленного валика:

н= δн×α×s,(5.14)

 

где α - коэффициент, учитывающий отклонение площади наплавленного валика от площади прямоугольника, α= 0,6 - 0,7.

Fн =6×0,7×15=63 мм2.н =10,78×245/100×6,3×7,8= 0,54 м/ч = 8,9 мм/мин.

Частота вращения наплавляемой детали:

= 1000 Vн/ (60×π×D),(5.15)

 

где D- диаметр наплавляемой поверхности, мм.=1000×8,9/60×3,14×105,5=0,5 об/мин.

Вылет электродной проволоки существенно влияет на сопротивление цепи питания дуги. С увеличением вылета возрастает сопротивление и, следовательно, значительно нагревается конец электродной проволоки. В результате этого возрастает коэффициент наплавки, снижается ток, уменьшается глубина проплавления основного металла. Ориентировочно величина вылета:

м=(10-12)dЭл,(5.16)

м = 11×5=55 мм.

Для предупреждения стекания металла и лучшего формирования наплавленного металла электродную проволоку смещают «от зенита» детали в сторону, противоположную направлению её вращения. Величина смещения электрода «от зенита» зависит от диаметра детали и находится в пределах 15-40 мм. Более точно эту величину можно определить по формуле:

 

α=(0,05-0,07)D,(5.17)

 

α =0,07×105,5=7,4.

Толщина флюса составляет 25-60 мм и зависит от величины тока наплавки.

Выбирая вид тока, следует учитывать экономические и эксплуатационные преимущества переменного тока над постоянным. Однако детали небольших размеров лучше наплавлять постоянным током обратной полярности.

Для автоматической наплавки под флюсом обычно применяется оборудование, изготовленное самим ремонтным предприятием. Установка состоит из модернизированного токарного станка, подающего механизма, флюсоподающего устройства и источника питания. В качестве вращателя используется изношенный токарный станок, частота вращения шпинделя которого снижается в 20 - 30 раз. Для этого между электродвигателем привода и первым валом коробки скоростей устанавливается редуктор. Механизм подачи электродной проволоки и флюсовое оборудование устанавливаются на суппорте станка. Источник питания выбирается в справочной литературе.

 

6. Нормирование технологических операций

 

При сравнении технологических процессов ремонта оси необходимо определить их экономическую целесообразность, для чего применяется экономический анализ технологических процессов. Базовым вариантом является ручная дуговая наплавка, предлагается заменить ее автоматической наплавкой под слоем флюса. Для этого рассчитывается себестоимость. Определить показатели экономической эффективности замены ручной дуговой наплавки новой.

Основой проектирования производственного процесса является техническое нормирование, позволяющее определить обоснованные затраты времени на выполнение заданной работы.

Норму времени определяют по формуле:

 

Тн=Тпз+Топ+Тдоп,(6.1)

 

где Тт - подготовительно-заключительное время, мин;

Тдоп - дополнительное время, мин;

Топ - оперативное время, мин.

Оперативное время рассчитываем по формуле:

 

Топ=То+Твсп,(6.2)

 

где То - основное время, мин;

Твсп - вспомогательное время.

Наплавка.

Основное время

 

То=L/n×S,(6.3)

 

где L - длина наплавляемой поверхности, мм;- шаг наплавки, мм;- частота вращения, об/мин.

То=35/0,7×2,3=22,72 мин.

Вспомогательное время составляет 8-11 мин.

Принимаем Твсп = 8,6 мин.

Топ=22,72+ 8,6 = 31,32 мин.

Принимаем Тпз =7мин.

Дополнительное время принимают в отношении 8-15% к оперативному.

Тдоп =0,08×31,32 = 2,5 мин.

Ти = 7 + 31,32 + 2,5 = 40,82 мин = 0,6803 ч.

Механическая обработка после наплавки.

Основное время рассчитываем по формуле

 

То = p×D×L×i/1000×V×S,(6.4)

 

где D - диаметр обрабатываемой детали, мм; - длина обрабатываемой поверхности, мм; - скорость резания, м/мин;- подача, мм/об;- число проходов, необходимое для снятия операционного припуска на механическую обработку.