Разработка технологического процесса ремонта блока двигателя КАМАЗ-140

Рисунок 1 - Схема автоматической наплавки

 

Влияние на глубину проплавления оказывает  относительное размещение электрода  и детали. В практике применяют  наплавку углом вперед, при которой  глубина проплавления меньше, чем  при наплавке углом назад. Глубина  проплавления также уменьшается  с увеличением вылета электрода.

Качество  наплавленного металла и его  износостойкость зависят от марки  электродной проволоки, флюса и  режима наплавки. Сварочные наплавочные  проволоки, применяемые при восстановлении коленчатых валов, сведены в таблицу 2:

 

 

 

 

Таблица 2 - Сварочные и наплавочные проволоки

Марка проволоки.	Химический состав.					Диаметр проволоки, мм.	Рекомендуемые флюсы	Твердость после наплавки HRCэ
	C	Mn	Si	Cr	Ni
Нп-80	0,75÷0,85	0,5÷0,8	0,17÷0,37	0,25	0,3	1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2.	Ан-348	30…34
Нп-65Г	0,6÷0,7	0,9÷1,2	0,17÷0,37	0,3	0,3		Ан-348	25…34
Нп-30 ХГСА	0,3	0,8	0,9÷1,2	0,8÷1,1	0,4		Ан-348	30…34

 

Наплавочные флюса Ан-348,Ан-60 и другие содержат стабилизирующие элементы, но в состав флюсов не входят легирующие добавки, что не способствует повышению прочности  и износостойкости наплавленного  металла.

Наплавка  под слоем флюса с последующей  термообработкой обеспечивает стабильность структуры и твердость наплавленного  металла восстанавливаемых коленчатых валов.

В этом случае наплавляют пружинной проволокой II класса или проволокой Нп-30ХГС  при режиме:

- напряжение дуги 25 ÷ 30 В,

- сила тока 180÷ 220 А,

- шаг наплавки4,6 м/об,

- скорость подачи проволоки 1,6 ÷ 2,1 м/мин [1].

Наплавленный  металл обладает твердостью HRC 32…40 и  легко поддается механической обработке.

Хорошие результаты дают применение порошков.

2) Электроконтактное напекание порошка.

Схема электроконтактного напекания металлических порошков на поверхности деталей разработана ЧИМЭСХ.

 

1 - наплавляемый слой; 2 - ролик контактный; 3 - порошок металлический; 4 - деталь.

Рисунок 2 - Схема электроконтактного напекания металлических порошков на поверхности деталей

 

Оптимальные режимы напекания порошка, обеспечивающие сцепление в пределах 120…150 МН/м² лежат в пределах: по напряжению - 0,87÷1,35 В на 1 мм толщины слоя, подавлению - 40÷60 МН/м2, по затратам энергии - 2,1 ÷3,2Вт ч/г.

Пористость  получаемого слоя на оптимальных  режимах 8-12%, твердость 70…82 HRB.

Напекание порошка с повышенным содержанием углерода (С = 0,84%) проводится по аналогии, что для порошка АП84. При этом сцепление слоя с металлом повышается до 220 ÷ 250МН/м².

Напекание порошка Сормайт-1 должно проводится при высоких удельных давлениях (60…80 МН/м²) и пониженных напряжениях (0,73…1,05 В на 1 мм толщины наплавленного слоя).

Основное  влияние на качество слоя его сцепление  с металлом оказывает скорость напекания, влияющая на температурный режим в процессе напекания.

При напекании на пониженных скоростях 0,12…0,17 м/мин, слой получается весьма плотным (пористость 6 ÷ 8%). При повышении скорости напекания на 0,25 м/мин пористость несколько возрастает до 10÷12%, а качество сцепления улучшается в результате уменьшения поверхности окисления детали и порошка в процессе нагрева и формирования слоя.

Напекание порошка ведется «узким» роликом 4 мм по винтовой линии или «широким» на всю поверхность напекания с учетом соблюдения вышеприведенных режимов.

 

 

1 - Vн = 0,37 м/мин; 2 - Vн = 0,25 м/мин; 3 - Vн = 0,17 м/мин.

Рисунок 3 - Температура в граничной зоне в зависимости от напряжения холостого хода и скорости напекания

 

3) Электрометаллизация.

Металлизация - один из распространенных способов получения  металлических покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла.

Сущность  процесса в следующем: металл, расплавленный  дугой, струей сжатого воздуха (давление до 0,6 МПа) покрывает поверхность  восстанавливаемой детали. Процесс  дуговой металлизации осуществляется специальным аппаратом – металлизатором (рисунок 4).

 

 

1 - электродная проволока; 2 - сопло; 3 - провода от трансформатора;          4 - деталь.

Рисунок 4 - Схема металлизатора

 

Аппарат действует следующим образом: с  помощью роликов по направляющим наконечникам непрерывно подается две  проволоки к которым подведен электрический ток. Возникающая между проволоками электрическая дуга расплавляет металл. Одновременно по воздушному соплу в зону дуги поступает сжатый газ под давлением. Большая скорость движения частиц металла (120… 300 м/с) и незначительное время налета, исчисляемое тысячами долями секунды, обуславливает в момент удара его пластическую деформацию, заполнение частицами неровностей и пор поверхности детали, сцепление частиц между собой и с поверхностью, в результате чего образуется сплошное покрытие.

Толщина наплавляемого слоя от нескольких микронов до 10 мм и более.

Питание электрометаллизатора осуществляется либо от специальных трансформаторов с дополнительными отводами от витков вторичной обмотки, допускающие напряжение дуги 20 - 55 В (с промежутком через 4 - 5 В) при токе не менее 250 А.

Рекомендуемые материалы электродной проволоки: сталь 45, Нп - 30 ХГСА.

Металлизация  обеспечивает высокую твердость  напыленного слоя. Однако, применяя металлизацию, необходимо учитывать, что нанесенный слой не повышает прочности детали. Поэтому применять металлизацию для восстановления деталей с ослабленным сечением не следует. Кроме этого необходимо знать, что сцепляемость напыленного слоя с основным металлом недостаточно.

4) Плазменное напыление композитных  порошковых материалов.

В специальных устройствах, называемых плазмотронами, плазмообразующий газ (аргон, азот, углекислый газ), протекая сквозь слой электрического разряда ионизируется и превращается в плазму. Рабочая температура струи достигает 7000 - 15000 ºС.

Схема комбинированной плазменной наплавки проволокой с газопорошковой защитной средой показана на рисунке 5.

 

 

1 - деталь; 2 - бункер; 3 - плазменная головка; 4 - источник питания;           5 - сварочная проволока.

Рисунок 5 - Схема плазменной наплавки

 

Плазменные  покрытия используются для создания износостойких слоев на рабочих  поверхностях.

Сущность  метода состоит в бомбардировке  обрабатываемой поверхности частицами  порошка, разогретыми до пластического  состояния. Передачу тепловой и кинетической энергии частицами порошка осуществляют плазменным (за счет введения порошков металлов в плазменную струю) и газопламенным (введение порошков в газовую смесь) способами.

Для устойчивости работы плазмотрона электрическая  дуга должна быть сформирована и стабилизирована  вдоль его продольной оси.

При плазменном напылении используют порошки  самофлюсующихся сплавов системы  Ni-Cr-B-Si-C марок СНТН, ПГХН80 СР, ВСНГ Н с температурой плавления 1050 0С зернистостью 20 - 150мкм, обеспечивающие твердость обрабатываемых поверхностей до 35 NR. Недостатками плазменно напыленных покрытий являются низкая прочность сцепления с основой, адгезионная прочность и термостойкость покрытия, что связанно с различными коэффициентами температурного расширения покрытия и основы. Обладая значительной пористостью, плазменно-напыленные покрытия не защищают от окисления, что приводит к ускоренному разрушению (отслаиванию) покрытия. Увеличить адгезионную прочность, термостойкость покрытия в окислительных средах можно азотированием поверхности до образования нитридной прослойки.

б) Рассмотрим, также, способы повышения  прочности поверхностного слоя вторичного вала.

1) Обкатывание и раскатывание шаровым инструментом.

Шаровый инструмент можно классифицировать по следующим признакам:

По  характеру обрабатываемых поверхностей:

- для наружных цилиндрических;

- для внутренних цилиндрических.

По  числу деформирующих элементов:

- одношаровой;

- многошаровой.

Шаровый инструмент применяют для обкатки специальных или сложных профильных поверхностей: сфер, галтельных переходов, желобов подшипников и т.п.

Шары, используемые для ППД, изготавливают  из подшипниковых сталей ШХ 15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 18ХГТ, в особых случаях можно  применять коррозийностойкие стали 11Х18М, 95Х18.

Параметр  шероховатости наиболее интенсивно уменьшается при удельных нагрузках 1000 - 1400 МПа, прямопропорционален радиусу шара. Большое влияние на шероховатость оказывает исходный параметр поверхности, при обкатывании она повышается для всех металлов, и чем выше прочность обкатываемого материала, тем больше оптимальное давление обкатывания.

Твердость значительно повышается на глубину  до 2 мм однако на глубине 1,0-1,5 мм повышение твердости становится незначительным. Наибольшее увеличение твердости происходит у материалов со структурой мартенсита, не подвергшихся отпуску. При этом поверхностная твердость, например стали У8, ШХ15, 40Х увеличивается до 15% (ШХ15), до 25% (У8) по отношению к исходным.

Обкатывание роликовых дорожек подшипника (HRC 35) с силой750 Н шаром диаметром 4,5 мм при подаче 0,1 мм/об снижает параметр шероховатости в 5-8 раз, повышает микротвердость до 25% при глубине наклепанного слоя 0,08 мм.

Особенности шаровых устройств - использование  стандартных шаров с высокими точностью обработки и качеством поверхности, незначительные силы обработки, связанные с точечным (условно) контактом инструмента и обрабатываемой поверхности, низкая подача и производительность.

Обкатывание роликовым инструментом.

Для обкатывания используют ролики различной конфигурации, который обычно устанавливают под некоторым углом к оси обрабатываемой детали (рисунок 6)

 

 

1 – обкатываемая деталь; 2 - ролик.

S – подача, мм/мин; n – частота вращения, об/мин; L – поперечный ход, мм.

Рисунок 6 - Схема обкатывания

 

Ролики  для раскатывания и обкатывания бывают двух видов: стержневые (рисунок 7) и кольцевые; их подразделяют на 15 типов.

 

а) конический ролик; б) цилиндрический ролик.

Рисунок 7 - Стержневые ролики

 

У поверхности роликов должна быть твёрдость HRC 62…52, поэтому их изготавливают  преимущественно из сталей ШХI5 и  ШХ15СГ (ГОСТ 801-87). У накатывающих и  заходных поверхностей роликов Ra 0, 1 мкм.

Стержневые  ролики рекомендуется применять  в многороликовом накатном инструменте сепаратного типа. Кольцевые ролики рекомендуется применять преимущественно в головках одно-, двух- и трёхроликовых приспособлений.

Отпечаток ролика во время обкатывания превращается в пластически деформированную канавку, которая при обработке цилиндрических поверхностей с подачей представляет собой винтовую линию.

Разрушение  поверхностного слоя может происходить  не только при силе превосходящей  кинетическую, но и при небольшой нагрузке N велико. Допустимое N зависит в большей мере от марки обрабатываемого материала: для достижения Rа = 0,16 мкм незакаленной стали необходимо, чтобы 20 < 200, а чугуна 35 < 60.

Итак, при обкатывании необходимо назначать минимальную силу, при которой обеспечивается обработка с максимальной производительностью.

На  силу обкатывания непосредственно влияют передний и задний углы вдавливания L^I₀ и L^II₀.Установлено, что оптимальным для большинства случаев является La = 2…3⁰, La = 5⁰ так зависимость параметра шероховатости поверхности от силы обкатывания (рисунок 8) носит параболический характер.

 

Сталь 45 Г2; S = 0,21 мм/мин; D = 130 мм; Г = 20 мм.

Рисунок  8 - Зависимость Ra от силы обкатывания Р роликом со сферическим профилем

 

Следующим по значению параметром обкатывания после силы является подача, которая может быть радиальной и осевой. Наилучшее качество поверхности достигается при обработке с радиальной передачей, однако на практике детали обрабатывают с осевой подачей. С уменьшением подачи шероховатость поверхности уменьшается до определённого предела, затем начинает возрастать. Оптимальное S = 0,25