Попов. восстан детал

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

П.К. Логинов, О.Ю. Ретюнский

СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ.

Рекомендовано в качестве учебного пособия учебно-методическим советом Юргинского технологического института (филиала) Томского политехнического университета

Издательство Томского политехнического университета

2010

ББК 40.72.723 УДК 631.3.004.67

Л69

Логинов П.К.

Л69 Способы и технологические процессы восстановления изношенных деталей: учебное пособие / П.К. Логинов, О.Ю. Ретюнский; Юргинский технологический институт. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 217 с.

В учебном пособии отражены теоретические основы технического состояния мобильной сельскохозяйственной техники, широко проанализированы способы восстановления деталей.

Пособие достаточно полно и подробно отражает классификацию способов восстановления деталей, их рациональный выбор для проведения ремонтных работ. Подробно описаны технологические процессы восстановления изношенных и изготовления автотракторных деталей, а также расчеты параметров для их реализации.

Учебное пособие может быть использовано как вспомогательный учебный материал на лекционно-практических занятиях и при выполнении курсового проектирования по дисциплине «Технология ремонта машин», а также для самостоятельной работы студентов.

УДК 631.3.004.67 ББК 40.72.723

Рецензенты

Кандидат технических наук, профессор НГАУ

В.В. Коноводов

Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой ТМиРМ КемГСХИ

А.П. Черныш

Декан ММФ ЮТИ ТПУ, доктор технических наук

С.Б. Сапожков

©Юргинский технологический институт, 2010

©Логинов П.К., Ретюнский О.Ю., 2010

©Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2010

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение	6
Глава 1. Теоретические основы технического
состояния мобильной с/х техники	8
1.1. Теория надежности мобильной с/х техники	8
1.2. Изменение технического состояния техники
в процессе эксплуатации	9
1.2.1. Влияние сил трения	9
1.2.2. Физическое старение деталей	10
1.2.3. Виды изнашивания	10
1.2.4. Факторы влияющие на долговечность
и надежность мобильной с/х техники	13
1.3. Дефектация и сортировка деталей	17
Глава 2. Способы восстановления деталей	25
2.1. Классификация способов восстановления деталей	25
2.2. Выбор оптимального способа восстановления деталей	27
2.3. Способы восстановления сваркой	29
2.3.1. Сущность процесса сварки	29
2.3.2. Классификация способов сварки	33
2.3.3. Сварные соединения и швы	35
2.3.4. Сварка и наплавка	40
2.3.5. Автоматическая наплавка деталей под слоем флюса	63
2.3.6. Восстановление сваркой деталей из чугуна	67
2.3.7. Восстановление сваркой деталей
из алюминиевых сплавов	70
2.3.8. Механизированные и автоматизированные способы
сварки и наплавки при восстановлении деталей	75
2.3.9. Техника безопасности при выполнении
сварочно-наплавочных работ	79
2.4. Восстановление деталей металлизацией	80
2.4.1. Газопламенное напыление	81
2.4.2. Электродуговое напыление	82
2.4.3. Высокочастотное напыление	85
2.4.4. Плазменное напыление	83
2.4.5. Оплавление металлизационных покрытий, работающих
при контактных и ударных нагрузках	85
2.4.6. Газопламенное нанесение порошковых материалов	86
2.5. Гальванические и химические способы
восстановления деталей	88
2.6. Восстановление деталей пайкой	92
3

2.6.1. Общие сведения	92
2.6.2. Технологические процессы паяния и лужения	94
2.6.3. Пайка чугуна	96
2.6.4. Пайка алюминия	96
2.6.5. Припои и флюсы	97
2.6.6. Техника безопасности при выполнении
паяльных работ	100
2.7. Восстановление деталей антифрикционными сплавами	100
2.8. Электрохимические способы восстановления деталей	102
2.8.1. Технологический процесс электрохимического
осаждения металлов	102
2.8.2. Хромирование	105
2.8.3. Электролитическое никелирование	110
2.8.4. Химическое никелирование	113
2.8.5. Железнение	114
2.8.6. Электронатирание	117
2.8.7. Цинкование	118
2.8.8. Меднение	122
2.8.9. Оборудование для нанесения покрытий.
Автоматизация процесса нанесения покрытий	123
2.8.10. Производственная санитария и техника безопасности	125
2.9. Восстановление деталей синтетическими материалами	127
2.10. Восстановление деталей слесарно-механической
обработкой	129
2.10.1. Обработка деталей под ремонтный размер	129
2.10.2. Постановка дополнительной ремонтной детали	131
2.10.3. Заделка трещин корпусных деталей
фигурными вставками	133
2.10.4. Восстановление резьбовых поверхностей
спиральными вставками	135
2.10.5. Восстановление посадочных отверстий
свертными втулками	136
2.11. Восстановление деталей способом пластического
деформирования	138
2.11.1. Сущность процесса	138
2.11.2. Восстановление размеров изношенных поверхностей
деталей методами пластического деформирования	139
2.11.3. Восстановление формы детали	143
2.11.4. Восстановление механических свойств детали
поверхностным пластическим деформированием	146
4

2.12. Восстановление деталей сборочных единиц
с помощью полимерных материалов	150
2.12.1. Герметизация микродефектов
(микротрещин и микропор)	154
2.12.2. Клеевые технологии восстановления
работоспособности деталей машин	155
2.12.3. Термическая и химико-термическая
обработка деталей	162
2.13. Применение лакокрасочных покрытий
в авторемонтном производстве	171
2.13.1. Назначение лакокрасочных покрытий	171
2.13.2. Лакокрасочные материалы и их характеристика,
оборудование и инструменты	172
2.13.3. Технологический процесс нанесения
лакокрасочных покрытий	181
2.13.4. Производственная санитария и техника безопасности	187
Глава 3. Расчет параметров режимов нанесения покрытий	190
3.1. Автоматическая наплавка подслоем флюса	190
3.2. Вибродуговая наплавка	192
3.3. Наплавка в среде углекислого газа	194
3.4. Плазменная наплавка	195
3.5. Электроконтактная наплавка лентой	195
3.6. Гальванические покрытия	196
3.7. Механическая обработка покрытий	197
Контрольные вопросы	203
Приложения
Таблица 1	205
Таблица 2	206
Таблица 3	207
Таблица 4	208
Список используемой литературы	209

5

ВВЕДЕНИЕ

Для успешного развития автотракторного машиностроения необходима массовая подготовка специалистов различного профиля и разного образовательного уровня, способных организовывать, эффективно руководить производством, овладевать современной технологией и удовлетворять требованиям общества при проведении ремонта машин. Для достижения этой цели необходимо комплексное проведение мероприятий по следующим направлениям:

•организация подготовки квалифицированных рабочих, технического персонала, а также инженерных и научных кадров для ремонтного производства;

•разработка теории восстановления машин и проведение исследований, направленных на повышение эффективности ремонта в результате научного обоснованного выбора методов продления долговечности и оптимизации сроков службы машин;

•разработка новых технологических методов ремонта машин, использование передового опыта и оказание помощи ремонтным предприятиям в повышении эффективности их работы;

•формирование технической культуры в области производства и ремонта машин.

Ежегодно миллионы тонн деталей выбраковываются из-за малых износов и дефектов, поступают на переплавку или утилизируются, загрязняя окружающую среду. При восстановлении деталей на 50 млн. руб. можно сэкономить 1.86 тыс. тонн металла в виде проката и сортового литья, 0.15 млн. чел.·ч затрат живого труда, 3.19 тыс. тонн условного топлива,125 млн. руб. капитальных вложений. Система восстановления деталей является мощнейшим резервом улучшения окружающей среды. Поэтому во всех странах мира независимо от степени развития машиноприборостроения организованно восстановление изношенных деталей.

За рубежом крупные фирмы, например «Фон Ролл», «Истерии Эйрлайнз», «Катерпиллер», «Интернейшл Харвестер», «Юнайтед Грайдинг», «Лондон Транспорт Борд», «Бинз Идастриз Лимитед», «Касто- лин-Ютейтик», «Даймлер-Бенц», «Лукаш», «Перкинс», «Бош», «Барлиет», «Джапакс», «Метко» и многие другие занимаются восстановлением изношенных деталей со стоимостью не более 60 % от стоимости нового изделия и обеспечением не менее 90 %-ного ресурса.

Аналогом этих фирм в России является Государственный научноисследовательский технологический институт (ГосНИТИ). Институт проводит совместные научные исследования с учеными Института ме-

6

ханики и энергетики на протяжении 20 лет. Дальнейшая интеграция академической и вузовской науки позволит разрабатывать новые подходы к ремонту сельскохозяйственной техники.

Таким образом, несмотря на огромные достижения в области ремонта машин в нашей стране, открываются новые перспективы ее развития, для реализации которых необходимо привлечение молодых специалистов.

Учебное пособие подготовлено авторским коллективом сотрудников кафедры агроинженерии Юргинского технологического института Томского политехнического университета (ЮТИ ТПУ) и рекомендовано для изучения раздела по восстановлению изношенных деталей и выполнению курсового проекта.

При создании ученого пособия широко использовались результаты научных исследований крупнейших ученых в области ремонта машин: В.В. Ефремова, К.Т. Кошкина, В.А. Шадричева, А.С. Проникова, В.В Варнакова, В.В. Петросова, В.В. Курчаткин, В.А. Карагодин.

7

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОБИЛЬНОЙ С/Х ТЕХНИКИ

1.1. ТЕОРИЯ НАДЕЖНОСТИ МОБИЛЬНОЙ С/Х ТЕХНИКИ

Под надежностью мобильной с/х техники следует понимать его свойства сохранять эксплуатационно-технические качества и безотказно выполнять свои функции при эксплуатации на протяжении установленного заводом-изготовителем (или нормативного) пробега.

Надежность – это комплексное свойство мобильной с/х техники, и оно подразделяется на более простые составляющие: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Основным критерием надежности является отказ, т. е. полная или частичная потеря работоспособности мобильной с/х техникой из-за недопустимых отклонений показателей эксплуатационно-технических качеств, а под безотказностью понимают свойство мобильной с/х техники непрерывно сохранять работоспособность в течение нормативного пробега или наработки в часах.

Под долговечностью мобильной с/х техники следует понимать срок безотказной работы с момента выпуска до предельного состояния, когда дальнейшая эксплуатация может привести к нарушению требований безопасности движения, резкому снижению эффективности эксплуатации, повышенному загрязнению окружающей среды и недопустимо большим затратам на восстановление работоспособности.

Ремонтопригодность заключается в легкости предупреждения и обнаружения неисправностей и устранения их путем проведения ТО и ремонта. Она характеризуется временем простоя в ТО и ремонте, трудоемкостью и затратами на их проведение, включая стоимость запасных частей.

Под сохраняемостью обычно имеют в виду свойство мобильной с/х техники сохранять исправное и работоспособное состояние не только в процессе эксплуатации, но и в течение всего возможного периода хранения (включая консервацию) или транспортирования. При этом помимо технического состояния основных агрегатов и систем большое внимание должно уделяться состоянию кузовов, рам и кабин, которые наиболее подвержены воздействию агрессивных атмосферных факторов.

Основной причиной, влияющей на надежность, является изнашивание деталей, узлов, агрегатов и систем автомобиля, выражающееся в разрушении поверхностей сопряженных деталей, в нарушении их первоначальных геометрических форм, объема, веса и т.д. Изнашивание

8

Рис. 1.1. Поперечный разрез шейки коленчатого вала

деталей может быть естественным (при соблюдении всех правил технической эксплуатации) и преждевременным (при нарушении этих правил). Возможны также аварийные поломки, зависящие от конструкции, качества применяемых материалов и их механической и термической обработки, различных заводских дефектов и т. д.

1.2. ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.2.1. ВЛИЯНИЕ СИЛ ТРЕНИЯ

Одним из важнейших факторов, влияющих на процесс изнашивания является воздействие сил трения между сопряженными деталями. Различают трение качения и скольжения.

Рассмотрим виды трения скольжения наиболее характерного для основных узлов и механизмов такого ответственное агрегата автомобиля, как двигатель (рис. 1.1). При пуске двигателя вал начинает вращаться и масло, подаваемое в узел трения масляным насосом, налипает на вал и перемещается вниз в клинообразный зазор, где начинает уплотняться, причем чем выше вязкость и маслянистость масла, тем интенсивнее идет этот процесс.

Когда частота вращения достигнет определенного значения, уплотненный слой масла переместится под вал и приподнимет его. При дальнейшем увеличении частоты под валом стабилизируется так называемый масляный клин, а вал при работе находится как бы во взвешенном состоянии. Естественно, что износ при этом будет минимальный.

Примечание. Теория «масляного клина» разработана русским профессором Жуковским.

Таким образом, наиболее благоприятным против изнашивания является жидкостное трение, для получения которого необходимо соблюдение следующих условий: между валом и подшипником должен быть нормальный зазор, достаточный для образования масляного клина;

вязкость масла и подача масляного насоса должны соответствовать определенным значениям; масло должно подаваться в наименее нагруженную зону узла трения; частота вращения коленчатого вала должна быть не ниже определенной нормы.

Если частота вращения вала не достигла нужного значения (например, при частоте холостого хода двигателя), то масляный клин будет

9

неустойчивым, вал будет периодически касаться подшипника (наблюдается как бы подергивание двигателя) – такой вид трения называется полужидкостным. При пуске же двигателя вал лежит на основании подшипника, между ними находится лишь тончайший слой масла, поэтому в момент начала вращения вала износ будет максимальным. Такой вид трения, самый неблагоприятный, называется граничным.

Особенно неблагоприятные условия эксплуатации в зимнее время года, когда поступление масла в узлы трения еще более затруднено при пуске холодного двигателя, что приводит к повышенному износу. Один пуск холодного двигателя при низких температурах, по данным исследований, равен по степени износа десяткам километров пробега в нормальных условиях.

Трение в механизмах колесных тормозов и сцеплений в автомобилях, когда полностью отсутствует какая-либо смазка, называется сухим.

В остальных узлах трения автомобиля, где не предусмотрен подвод масла под давлением, – между шестернями газораспределения, шестернями коробок перемены передач и главных передач, в различных шлицевых соединениях, в карданных и рулевых шарнирах и т.д. – будет происходить граничное трение.

1.2.2. ФИЗИЧЕСКОЕ СТАРЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ

Помимо сил трения, существенное влияние на изменение технического состояния автомобиля оказывают усталость и коррозия, которые являются как самостоятельными процессами старения, так и составляющими при изнашивании.

Усталость – это процесс разрушения детали под действием многократно повторяющихся знакопеременных нагрузок, причем чем больше они превышают предел выносливости материала детали, тем интенсивнее идет процесс. При этом большая часть разрушений связана с образованием усталостных трещин.

Коррозия – процесс разрушения материалов вследствие физикохимического взаимодействия с внешней средой, поэтому коррозионные поражения металлов и начинаются с поверхности, на границе металл– газовая (или жидкая) среда.

1.2.3. ВИДЫ ИЗНАШИВАНИЯ

Основой теории трения и износа деталей служит классификация видов изнашивания для сопряженных пар трения (для случая трения скольжения).

10