Технология ремонта вала

 

Наиболее  эффективным способом устранения дефекта №1 является контактная сварка.

Контактная – сварка  процесс образования неразъёмного сварного соединения путём нагрева металла, проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

Контактная сварка преимущественно используется в  промышленном массовом или серийном производстве однотипных изделий. Применяется  на предприятиях машиностроения, в  авиационной промышленности.

 

Различают следующие основные виды контактной сварки:

Точечная контактная сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту. Применяется для соединения тончайших деталей (до 0,02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобиле-, самолёто- и судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.  

Рельефная сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно нескольких точках, имеющих специально подготовленные выступы-рельефы. Этот способ аналогичен точечной контактной сварке. Главное отличие: контакт между деталями определяется формой их поверхности в месте соединения, а не формой рабочей части электродов, как при точечной сварке. Выступы-рельефы заранее подготавливаются штамповкой или иным способом и могут присутствовать на одной или обеих свариваемых деталях. Рельефная сварка применяется в автомобилестроении для крепления кронштейнов к листовым деталям (например, для крепления скоб к капоту автомобиля, для крепления петель для навески дверей к кабине); для соединения крепежных деталей – болтов, гаек и шпилек. В радиоэлектронике применяется для присоединения проволоки к тонким деталям.

Шовная сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую. В первом случае шов будет герметичным. Во втором случае шовная сварка, выполненная отдельными точками без перекрытия практически не будет отличаться от ряда точек, полученных при точечной сварке. Процесс шовной сварки осуществляется на специальных сварочных станках с двумя (или одним) вращающимися дисковыми роликами-электродами, которые плотно сжимают, прокатывают и сваривают соединяемые детали. Толщина свариваемых листов колеблется в пределах 0,2–3 мм. Применяется при изготовлении различных емкостей, где требуются герметичные швы – бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.

Стыковая сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм. Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений. Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм, таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. В судостроении используется для изготовления якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали).

Электроконтактная наварка лентой  (ЭКНЛ) является одним из перспективных способов формирования на рабочих поверхностях деталей машин металлопокрытий со специальными эксплуатационными свойствами. По сравнению с широко применяющимися технологиями восстановления и поверхностного упрочнения деталей машин (дуговая наплавка, напыление, гальваническое осаждение) способ электроконтактной наварки лентой имеет ряд преимуществ, которые позволяют осуществлять наращивание слоя металла различной толщины и твердости на детали различного диаметра при невысоких материальных затратах.

Процесс осуществляется следующим образом.

Концы присадочных  лент 1 зажимаются между роликовыми электродами 2 и деталью 3, образуя электрическую цепь 4 вторичного контура сварочного трансформатора Тр. При пропускании во вторичном контуре импульсов сварочного тока I большой величины и малого напряжения происходит приварка ленты к поверхности детали. Сплошной валик наваренного металла образуется при вращении детали с угловой скоростью  так, чтобы единичные объемы наваренного металла перекрывали друг друга. Восстановление всей поверхности осуществляется наваркой по винтовой линии за счет продольной подачи S роликовых электродов. Толщина слоя зависит от количества проходов. Подача в зону наварки охлаждающей воды 5 приводит к закалке углеродистого наваренного металла и предотвращает перегрев всей детали.

Рисунок 4.1 – Процесс осуществления электроконтактной наварки

1 – присадочная лента; 2 – роликовый электрод; 3 – вал (деталь);

4 – электрическая цепь; 5 – подача охлаждающей жидкости

 

В качестве допускаемого способа устранения дефекта №1 является вибродуговая наплавка в среде водяного пара.

Ее  особенности – вибрация электродной проволоки и подача охлаждающей жидкости, в нашем случае водяного пара в зону горения. Частота вибрации составляет 50-100 Гц (амплитуда 1…3 мм) и достигается электромагнитным или механическим вибраторами.

Вибродуговую  наплавку проводят с помощью автоматической вибродуговой головки, которую устанавливают  на суппорте токарного станка. Она  подает проволоку в зону наплавки и осуществляет вибрирование.

С помощью охлаждающей жидкости (водяного пара) закаливают наплавленный слой без дополнительной термической обработки, защищают расплав металла от О₂ и N воздуха и предотвращают нагрев детали.

Твердость и износостойкость покрытия при  вибродуговой наплавке имеют высокие  значения без термической обработки. Вибрация позволят производить капельный  перенос наплавляемого материала.

 

 

Наиболее  эффективным способом устранения дефекта №3 является рихтовка.

Рихтовка (правка) представляет собой операцию по выправке металла, заготовок и деталей, имеющих вмятины, волнистость, коробление, искривление и др. Правка и рихтовка имеют одно и то же назначение, но отличаются приемами выполнения и применяемыми инструментами и приспособлениями.

Металл подвергается рихтовке, как в холодном, так и в нагретом состоянии. Выбор способа зависит от величины прогиба, размеров и материала изделия.

Рихтовка может выполняться ручным способом – на стальной или чугунной плите, или на наковальне – и машинным – на правильных вальцах, прессах.

Кривизну деталей  и заготовок определяют на глаз или  по зазору между плитой и уложенной  на нее деталью. Края изогнутых мест отмечают мелом.

При рихтовке важно правильно выбирать места, по которым следует наносить удары. Сила ударов должна быть соразмерна с величиной кривизны и постепенно уменьшаться по мере перехода от наибольшего изгиба к наименьшему. Во избежание образования трещин и наклепа материала нельзя наносить повторные удары по одному и тому же, месту заготовки. Правку выполняют на наковальне, правильной плите или надежных подкладках, исключающих возможность соскальзывания с них детали при ударе. Правильные плиты изготавливают из стали или серого чугуна монолитными или с ребрами жесткости, они должны быть достаточно массивны – масса их не менее чем в 80 – 150 раз больше массы молотка. Рабочая поверхность плиты должна быть ровной и чистой. Устанавливают плиты на металлические или деревянные подставки, обеспечивающие, кроме устойчивости, и горизонтальность положения.

Рихтовка считается законченной, когда все неровности исчезнут и деталь станет прямой, что можно определить наложением линейки.

 

5 Составление плана технологических  операций с подбором необходимого оборудования, приспособлений, инструмента

 

5.1 Составление  схем технологического процесса устранения группы дефектов

 

Схема технологического процесса устранения дефектов представлена в таблице 5.1

 

Таблица 5.1 – План технологических  операций на устранение группы дефектов

Дефект	Способ  устранения	Номер операции	Наименование и содержание операции
Износ наружной поверхности до размера менее d = 39,99	Контактная  сварка	1     2   3	I схема – шлифовальная: шлифование наружной поверхности под ремонтный размер; сварочная – наплавка наружной поверхности; шлифовальная – окончательное шлифование поверхности исправленного дефекта
Износ наружной поверхности до размера менее d = 49,93	Контактная  сварка	1     2   3	II схема – шлифовальная: шлифование наружной поверхности под ремонтный размер; сварочная – наплавка наружной поверхности; шлифовальная – окончательное шлифование поверхности исправленного дефекта
Биение наружной поверхности более 0,06 мм	Правка вала	1	III схема – прессовальная: правка вала под прессом в холодном состоянии с последующим нагревом;

 

5.2 Составление плана технологических операций на устранение группы дефектов с подбором необходимого оборудования, приспособлений, инструментов

 

План технологический  операций на устранение дефектов с  подбором необходимого оборудования, приспособлений, инструментов приведен в таблице 5.2.

 

Таблица 5.2 – План технологических  операций на устранение группы дефектов

Наименование и содержание операции	Оборудование	Приспособление	Инструмент
			рабочий	измерительный
Шлифовальная (черновое, предварительное и чистовое) – зачистка наружной поверхности до и после контактной сварки	Кругло-шлифовальный станок 3Б153	Двухкулачковый патрон 7106-0012 МН4051-62	Круг ПП 600×40×305 24А20 СТ14К5 ГОСТ 2424-75; центр А1-5-4 ГОСТ 2424-75 центр 1032-003 ГОСТ 13214-67	Штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-80; скоба регулируемая МН-4780-63
Сварочная – контактная наплавка наружной поверхности	Установка для электроконтактной наварки УЭН-01	Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон ГОСТ 2675-81	Лента 50-2×4 ГОСТ 2284-79	Штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-80
Прессовальная – править вал под прессом  в холодном состоянии с последующим нагревом	Пресс гидравлический  ПГ-2	-	-	Микрометр МК 75-1 ГОСТ 6507-78; штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-80

 

Далее назначаются  припуски на механическую обработку, и  производится расчет режимов резания.

В качестве основного  документа технической документации представляется маршрутная карта (приложение А),где указаны все операции и  переходы, а также оборудование, приспособление, режущий и измерительный  инструмент, количество рабочих.

Вторым технологическим  документом является операционная карта (приложение Б), где указаны переходы на одну операцию, указан ее номер и материал заготовки, ее масса и твердость детали.

6 Расчет припусков на обработку

 

Вал I передачи и  заднего хода трактора МТЗ–80 изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050–74.

Сталь 45 относится  к качественным углеродистым сталям. Эти стали (ГОСТ 1050 - 74) выплавляют с  соблюдением более строгих условий  в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки чем стали обыкновенного качества. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу и структуре: содержание S ≤ 0,04 %, P ≤ 0,035 – 0,04 %, а также меньше количество неметаллических включений, регламентированные макро- и микроструктура.

Качественные  углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, … , 85, которые указывают  среднее содержание углерода в сотых  долях процента.

 Сталь 45 относится  к среднеуглеродистой стали (0,3 – 0,5 % С), применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки.  Эта сталь в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми имеет более высокую прочность при более низкой пластичности ( МПа, МПа, ). Сталь в отожженном состоянии хорошо обрабатывается резанием. После улучшения сталь 45 имеет следующие механические свойства: МПа, МПа, и KCU = 0,4 – 0,5 МДж/м². Прокаливаемость стали невелика; критический диаметр после закалки в воде не превышает 10 – 12 мм (95 % мартенсита). В связи с этим ее следует для деталей не требующих большой прокаливаемости. Для повышения прокаливаемости стали обычно легируют марганцем (40Г, 50Г).

Исходя из назначенных операций ремонта вала I передачи, назначаем следующие припуски:

Припуск на шлифовальную операцию вала (черновое шлифование) a = 0,4 мм;

Припуск на шлифовальную операцию вала (предварительное шлифование) a = 0,4 мм;

Припуск на шлифовальную операцию вала (чистовое шлифование) a = 0,06 мм;

Глубина дефектного слоя h = 0,4 мм;

Правка вала проводится до получения прямолинейности. Прямолинейность проверяется индикатором. 

 

7 Расчет режимов обработки и  норм времени по операциям

 

7.1 Шлифовальная  операция 

 

Глубина резания (поперечная подача) при наружном черновом круглом шлифовании: t = 0,015…0,05 мм/ход, а при чистовом – t = 0,005…0,015 мм/ход.