3. Конструкторсько-технологічна частина

3.1 Обґрунтування та вибір раціонального способу зміцнення

(відновлення) деталі

Зміцнення (відновлення) деталей – технічно обґрунтований та економічно виправданий захід, який забезпечує тривалий строк їх використання, знижує витрати запасних частин, матеріальних витрат, трудових, енергетичних ресурсів, впливає на підвищення економічних показників використання автомобільної та сільськогосподарської техніки позитивно впливає на поліпшення показників їх надійності.

Техніко – економічна ефективність доцільності вибору способу зміцнення деталей базується на наступних критеріях:

1. Технологічний критерій – враховує розміри та геометричну форму деталі, що відновлюється, матеріал деталі, фізико – хімічні властивості Ії поверхневих шарів, програма відновлення.

2. Критерій довговічності оцінюється співставленням тривалості роботи відновлених і нових до їх граничного стану.

3. Економічний критерій – це ціна відновленої деталі.

Вибір способу відновлення починається з обґрунтування типу виробництва деталей, виходячи з цього ми можемо вибрати обладнання, що відповідає економічним, технічним показникам і визначити його раціональність та доцільність.

На основі врахування всіх цих критеріїв приходять до остаточного вибору способу відновлення деталі.

Точно врахувати всі ці фактори дуже важко, однак можна рекомендувати наступний порядок вибору раціонального способу відновлення деталі:

1. Визначити можливі способи відновлення зношеної поверхні в даній деталі.

2. Докладно розробити технологію відновлення придатними способами і визначити втрати на відновлення по кожному технологічному процесу.

Існує велика кількість сучасних способів зміцнення (відновлення) деталей машин, недоліки, одних, з яких є продовженням і перевагами других, таким чином запроваджується причинно – спадковий зв’язок безкінечного виникнення все нових і нових прогресивних способів.

Для дефектів розрізняють наступні способів відновлення та зміцнення:

1. Розміри та фізико механічні властивості деталей відновлюють нанесення покриття, пластичною деформацією і термічною обробкою.

2. Геометричну форму відновлюють механічною обробкою або наплавленням.

3. Структура матеріалу – частіше всього термічною або хімічною обробкою.

З приведених вище способів відновлення, найбільш продуктивним та економічно доцільним є спосіб вібродугового наплавлення.

Відрізняється від інших способів механізованого наплавлення тим, що кінець електроду здійснює коливальні рухи у площині, перпендикулярній площині наплавлення, а наплавлений шар охолоджується струменем рідини.

Установка для вібродугового наплавлення наведена на рис. 10 складається із головки,закріпленого на супорті токарного верстата, яка має вібратор і механізм подачі електродного дроту, джерела струму, додаткового індуктивного опору (дроселя), системи подачі охолоджувальної рідини.

У процесі наплавлення вібруючий електрод періодично замикає зварювальне коло, змінюючи в ньому напругу і струм. У кожному циклі вібрації можна виділити три періоди: короткого замикання, дугового розряду і холостого ходу. У момент короткого замикання напруга на дузі падає майже до нуля, а сила струму підвищується до максимального значення. При відході електроду від деталі напруга у колі миттєво підвищується до 18 – 24 В, внаслідок дії електрорушійної сили самоіндукції і виникає короткочасний дуговий розряд. Електродний дріт розплавлюється і краплі розплавленого металу переносяться на деталь. При подальшому відході електроду від деталі горіння дуги переривається і настає період холостого ходу, який продовжується до наступного короткого замикання, після цього цикл повторюється.

Рис. 10. Схема вібродугового наплавлення:

1 – електродвигун; 2 – насос; 3 – деталь; 4 – вібруючий мундштук; 5 – механізм подачі дроту; 6 – касета електродного дроту; 7 – вібратор; 8 – індуктивний опір; 9 – місткість із охолоджувальною рідиною

У період дугового розряду виділяється 80 – 85 % тепла, яке витрачається на розплавлення електроду і утворювання зварювальної ванни.

Збільшити кількість виділеного тепла, а значить, і продуктивність наплавлення,можна за рахунок скорочення або виключення періоду холостого ходу, що досягається певним поєднанням величини напруги індуктивності та амплітуди вібрації електроду.

Під час наплавлення мундштук разом із дротом вібрує з частотою 50 – 110 Гц і амплітудою 1,5 – 3,2 мм, що сприяє перенесенню розплавленого матеріалу електродного дроту невеликими порціями, забезпечуючи якісне формування валиків.

Наплавляти можна на постійному і змінному струмі. Постійний струм забезпечує кращу стабільність процесу. Полярність струму впливає на якість наплавленого шару і його зчеплення з основним металом. Ці показники кращі при наплавленні вібродуговим способом на струмі оберненої полярності.

Джерелом живлення електричної дуги при вібродуговому наплавленні є генератори типу АНД – 500/250, випрямлячі ВС – 300 і ВС – 600, перетворювачі ПД – 305 і ПСГ – 500. Індуктивним опором є дросель РСТЕ – 34, включений у зварювальне коло послідовно.

Зараз установки для вібродугового наплавлення комплектують головками типу ОКС – 6569 з механічними і УАНЖ – 6 з електромагнітними вібраторами.

Рекомендовані режими вібродугового наплавлення стальних деталей на струмі зворотної полярності при напрузі дуги 12 – 15 В наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Режими вібродугового наплавлення

Діаметр деталі, Мм	Товщина наплав- люваного шару, мм	Діаметр електро-ду, мм	Сила струму, А	Швидкість наплав- лення, м/год	Крок наплав- лення, мм	Амплітуда вібрації електроду, мм	Швидкість подачі електроду, м/год	Витрати охолоджу вальної рідини, хв.
60	1,1	1,6	150	60	1,6	2,0	48	0,5
80	1,5	2,0	180	36	1,8	2,0	60	0,6
100	1,9	2,2	210	16	2,1	2,0	72	0,7
120	2,3	2,5	240	10	2,4	2,0	84	0,8

Структура і твердість наплавленого шару залежить від хімічного складу електродного дроту і охолоджувальної рідини. Остання у процесі наплавлення виконує ряд функцій: зменшує теплову дію дуги на деталь, збільшує швидкість охолодження наплавленого шару, захищає розплавлений метал від повітря, сприяє стійкому горінню дуги за рахунок випарювання рідини та іонізації електродного проміжку.

Охолоджувальною рідинною є 3 – 6 %-ний водяний розчин кальцинованої соди або 12 – 20 %-ний водяний розчин технічного гліцерину. Рідину подають на відстані 10 – 40 мм від електроду. При зменшенні вказаної відстані підвищується швидкість охолодження наплавленого шару, збільшується середня твердість наплавленого металу, виникає велика кількість мікротріщин.

Захист розплавленого металу при вібродуговому наплавленні може здійснюватися за допомогою вуглекислого газу, флюсу, водяної пари.

Для вібродугового наплавлення застосовують вуглецевий або легований дріт діаметром 1 – 3 мм. Вибір дроту залежить від потрібної твердості та стійкості проти зношування наплавленого шару. Металопокриття має твердість 14 – 19 НRC при використанні мало вуглецевого дроту Св – 08 і Св – 08ГА, а при наплавленні дротом Нп – 30ХГСА, Нп – 65 і Нп – 80 валик в охолоджувальній рідині загартовується до твердості 26 – 55 НRC. Наступний валик наплавленого металу частково розплавлює попередній і створює зону відпалення. Це призводить до неоднорідності структури і твердості наплавленого шару, що ускладнює механічну обробку деталі.

Переваги вібродугового наплавлення: незначне нагрівання і деформація деталей, одержання високої твердості і стійкості наплавленого шару без термічної обробки, можливість нанесення тонких шарів металу (до 0,1 мм), висока продуктивність при відносній простоті обладнання і технологічного процесу. Але наплавлений із застосуванням охолоджувальної рідини шар схильний до утворення тріщин і виникнення високих розтягувальних напруг. Втомлювана міцність деталей, відновлених вібродуговим наплавленням, суттєво знижується.

Технічні характеристики наплавочного дроту *
Група сталі дроту	Марка дроту	Твердість наплавленого металу	Зразкова номенклатура відновлюваних деталей
Вуглецева	Нп-30	HB 160-220	Осі, вали
	Нп-45	НВ 170-230	Осі, вали
	Нп-50	НВ 180-240	Опорні ролики
	Нп-85	НВ 280-350	Колінчасті вали, хрестовини карданових
Легована	Нп-40Г	НВ 180-240	Осі, вали, ролики
	Нп-50Г	НВ 200-270	Опорні ролики
	Нп-65Г	НВ 230-310	Осі, вали, ролики
	Нп-40Х3Г2МФ	HRC 10-44	Деталі, що випробовують удари і що працюють в умовах абразивного зношування
	Нп-40Х2Г2М	HRC 56-57	Деталі, що працюють з динамічним навантаженням, колінчасті вали, поворотні кулаки, осі
Високолегована	Нп-50ХФА	HRC 46-52	Колінчасті вали двигунів внутрішнього згорання, шліцьові вали
	Нп-30Х13	HRC 40-47	Шийки колінчастих валів, плунжери гідропресів.
	Нп-Х20Н80Т	НВ 180-220	Вихлопні клапани двигунів внутрішнього згорання

* ГОСТ 10543-82Дріт сталевий наплавлювальний

Табл. 3.2. Технічні характеристики наплавочного дроту

Таким чином, використовувати вібродугове наплавлення доцільно для відновлення деталей, які мають малий знос і не підлягають знакозмінним навантаженням.