Глава 3

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ КАМАЗ

3.1. ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕН КОГО ПРОЦЕССА

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Исходными данными при проектировании технологического процесса восста­новления деталей являются:

• рабочий чертеж детали с техническими условиями на ее изготовление,

• программа производства (штук в год),

• перечень дефектов детали,

• информация о наличии оборудования, опыта и навыков по восстановлению подобных деталей.

2. ВЫБОР СПОСОБА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

Технологический процесс разрабатывается не на каждый дефект в отдельности, а на совокупность дефектов и предусматривает наивыгоднейшую потребность их устранения.

Наиболее сложная задача — это выбор способа восстановления, ибо спектр воз­можных способов очень широк. Например, для восстановления кулачков распреде­лительных валов предложено около 300 способов.

На выбор способа восстановления детали влияют конструкция детали, матери­ал, способ термической обработки, твердость, качество поверхности, жесткость де­тали, запас прочности, величина износа (дефекта), программа производства, нали­чие оборудования, навыков и опыта восстановления подобных деталей. Очевидно, что полностью воспроизвести геометрические размеры и первоначальные физико­механические свойства детали далеко не всегда возможно, да в этом нет и необхо­димости. Нужно, чтобы восстановленная деталь обладала высокой надежностью.

Необходимо ознакомиться с условиями работы детали в узле, с конструкцией но­вой детали и с техническими требованиями к ее изготовлению. Эта информация по­зволит определиться, какие требования должны быть предъявлены к восстанавленной детали.

Далее следует изучить технические условия на дефектацию. В технических ус­ловиях, приведенных в настоящей главе, рекомендованы те способы восстановле­ния, которые прошли апробацию в научно-техническом центре АО "КамАЗ”. Это не означает, что другие способы применять нельзя, однако возможность их примене­ния следует обосновать методами, указанными в главе 4.

При выборе способа восстановления детали необходимо учитывать следующее. Наиболее универсальным способом восстановления изношенных деталей является

наплавка. Наплавка достаточно экономична как при малой, так и при большой про­грамме производства, особенно при средних и больших износах (более 0,3 мм).

Все виды наплавки дают возможность получить широкий спектр покрытий, из­носостойкость которых зависит от достигаемой твердости, а влияние на выносли­вость — внутренними напряжениями в наплавленном слое, отсутствием в наплав­ленном металле трещин.

К сожалению, без термообработки или специального легирования можно напла­вить детали относительно невысокой твердости (до HRC₃ 35). Если требуется более высокая твердость, применяют легирование через проволоку, через флюс или про­изводят термообработку наплавленной детали. При этом нужно иметь в виду, что наплавка без подогрева приводит к образованию трещин, если содержание углерода в наплавленном металле превышает 0,25 процента. Это не опасно, если деталь име­ет большой запас прочности. Если запасы прочности невелики, деталь перед наплав кой необходимо подогревать до температуры

Т = 350

Здесь — эквивалентное содержание углерода, которое равно

= [C+ (Mn+Cr) +Ni +Mo](l+0,005h),

где С, Mn, Cr, Ni, Мо — содержание соответственно углерода, марганца, хрома, никеля, молибдена в процентах, h — толщина детали в мм.

Наплавку под флюсом можно применять при диаметре (толщине) детали более 45 мм, конструкция детали должна позволять вести процесс в нижнем положении, причем наплавка внутренних поверхностей затруднена. Способ позволяет пол­учать покрытия до HRC₃ 50 и более путем применения специальных флюсов (на­пример,. АНК-19) или добавкой в обычный флюс (АН-348А) по 2 процента ферро­хрома и графита, но наплавленный металл при этой технологии имеет трещинова­тую структуру. Преимущество наплавки под слоем флюса по сравнению с другими способами — возможность легировать металл через флюс.

Наплавка в углекислом газе более экономична, чем под флюсом. В углекислом газе можно варить наружные и внутренние, нижние, вертикальные и потолочные поверхности. При использовании тонких проволок можно варить тонкие детали, в том числе тонколистовую сталь. Основной недостаток способа — металл легируется только через проволоку.

Электроимпульсная (вибродуговая) наплавка позволяет восстанавливать на­ружные и внутренние поверхности, но в нижнем положении. При наплавке деталь интенсивно охлаждается жидкостью, поэтому можно восстанавливать тонкостен­ные элементы. При наплавке чугунных поверхностей зона сплавления получается небольшой, верхний наплавленный слой не отбеливается и, если использовались малоуглеродистые проволоки, поверхность легко обрабатывается. Способ удобно использовать для восстановления резьб. Высокоуглеродистые пружинные проволо­ки дают возможность после наплавки получить твердость HRC₃ 49—56. Недостаток способа — существенное снижение выносливости восстановленной детали.

Если необходимо обеспечить твердость наплавленных слоев более HRC₃ 50 или высокую выносливость детали, после на плавки детали подвергаются термической обработке в 2 этапа. Вначале деталь нормализуется, т.е. нагревается до 920°, выдер­живается в течение часа и охлаждается на воздухе. После обработки лезвийным ин­струментом деталь подвергается термообработке вторично: закаливается с по­мощью ТВЧ, либо цементируется и закаливается.

При больших программах производства эффективно восстановление деталей приваркой металлической ленты. Приварка производится короткими импульсами тока силой 10—20 кА, используется стальная или порошковая лента толщиной 0,15—1,5 мм. Способ весьма удобен при восстановлении внутренних поверхностей: отверстий под подшипники в корпусных деталях, ступиц колес и т.п. При этом спо­собе не снижается жесткость детали, не происходит отбеливание чугуна в зоне ме­ханической обработки, т.к. зона сплавления мала.

Напыление порошковых покрытий используется для восстановления, главным образом, посадочных поверхностей. Традиционные способы электро и газовой ме­таллизации применяются там, где нет ударных нагрузок, значительных контакт­ных напряжений, например, при восстановлении стаканов подшипников. Преиму­щества металлизации — возможность получать покрытия различной толщины, от­сутствие термического влияния на деталь. Недостаток — низкая прочность сцепле­ния и значительная хрупкость покрытия.

Газопламенное напыление самофлюсующихся порошковых материалов позво­ляет получить беспористые прочно сцепленные с основным металлом покрытия, об­ладающие высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, Обычно после напыления покрытие обрабатывают пламенем этой же горелки и расплавляют, что­бы получить указанные выше свойства. Способ универсален, обеспечивает высокое качество восстановления, позволяет нанести покрытия различной толщины, в то же время экономичен, если используются топкие слои. При восстановлении мелких де­талей газопламенным напылением значительны потери дорогостоящего порошка.

Гальванические способы — хромирование, осталивание— предпочтительны, ес­ли программа производства достаточно велика и восстанавливаются большие от­крытые поверхности, имеющие малые износы. Хромирование дороже, более трудо­емко, износы при использовании хромирования должны быть незначительными — до 0,1 мм на сторону. Однако хромовые покрытия имеют высокую износостойкость и гарантируют надежность восстановленной детали.

Осталивание производительно и экономично, этим способом можно наращивать покрытия до 0,5—0,7 мм на сторону, наиболее износостойкие покрытия имеют твер­дость до HRC_Э 50.

Достоинство гальванических покрытий — их незначительное влияние на вынос­ливость деталей, однако при контактных нагрузках их работоспособность мала.

Восстановление добавочными ремонтными деталями или заменой части детали — способы, широко применяемые при восстановлении посадочных поверхностей в корпусных деталях, для замены изношенных зубчатых венцов и шлицев. Способы экономичны как в мелкосерийном производстве, т.к. технология проста, не требует долгой отладки, так и в крупносерийном производстве, при котором можно обеспе­чить задел добавочных ремонтных деталей.

Способ ремонтных размеров используется для группы деталей, на которые уста­новлены ремонтные размеры (например, коленчатые валы), а также в тех случаях, когда изменение размеров сопрягаемых поверхностей допустимо. Например, может быть использована стандартная резьба иного размера. В указанных условиях спо­соб, как правило, наиболее экономичен.

Трещины в деталях из чугуна, стали и алюминевых сплавов устраняют сваркой, если требуется плотнопрочное соединение.

В стальных деталях трещины, как правило, появляются вследствие усталости. Глубокой разделкой трещин с последующей заваркой и наплавкой дефектного уча­стка и термообработкой (нормализацией) детали удается полностью восстановить работоспособность даже таких деталей, как коленчатые валы.

Сварка и наплавка чугунных деталей затруднена склонностью чугуна к отбелу, образованию пористой структуры при сгорании углерода, хрупкостью чугуна, кото­рая приводит к появлению околошовных трещин, высокой жидкотекучестью рас­плавленного чугуна, вследствие которой его можно варить только в нижнем поло­жении.

Применяется два способа сварки чугуна: горячий и холодный. При горячем де­таль нагревается в печи до 600-650° и выше, сварка выполняется пламенем газовой горелки, в качестве присадочного материала используются чугунные прутки с вы­соким содержанием кремния, флюс — техническая бура. После сварки деталь мед­ленно охлаждается (в копильнике).

Восстановленные горячим способом детали ни в чем не уступают новым, способ можно применять даже для таких деталей, как выпускные коллекторы двигателя, которые другими технологиями надежно восстановить не удается. Недостатки спо­соба — необходимость иметь печь для нагрева деталей под сварку, после сварки тре­буется механическая обработка точных рабочих поверхностей, повреждаемых при нагреве, наконец, на сварщика воздействует тепловое излучение.

Холодная сварка чугуна выполняется электродами на медно-железной (ОЗЧ-2), медно-никелевой (МНЧ-2) или никелевой основе (ПАНЧ-11). При ис­пользовании медно-железных или медно-никелевых электродов сварка выполняет­ся короткими участками длиной до 50 мм с проковкой каждого валика молотком и выдержкой для охлаждения. Достигается плотное соединение, однако его прочность относительно невелика. Хорошие результаты получаются при применении само- флюсующихся порошковых проволок ПАНЧ-11 с использованием шланговых по­луавтоматов, далее полученные покрытия могут обрабатываться лезвийным инст­рументом.

Детали из алюминиевых сплавов могут быть восстановлены аргоно-дуговой сваркой или электросваркой электродами ОЗА-2. Можно также воспользоваться га­зовой сваркой с применением флюсов АФ-4А и прутков из алюминиевого сплава с повышенным содержанием кремния.

В тех случаях, когда прочность детали уже обеспечена и требуется получить плотное соединение, целесообразно восстановить деталь эпоксидными композици­ями. Например, этим способом можно воспользоваться для устранения трещины в стенке рубашки охлаждения головки цилиндров.

Погнутости и другие виды деформаций ремонтируются правкой, лучше в холод­ном состоянии. Если существует опасность обратных деформаций, (под влиянием остаточных напряжений), производят термофиксацию при 400° в течение 2-х ча­сов. Если деталь имеет поверхности, закаленные до твердости выше HRC_Э 45, тер­мофиксацию проводить нельзя. В этом случае предупредить обратную деформацию можно правкой наклепом с обратной стороны детали.

Выбор способа восстановления — задача многовариантная, и следует остано­виться на самой экономичной технологии, обеспечивающей надежность детали.