Станочная обработка резанием в условиях эксплуатации судна.

Обработка резанием, как распространенная технологическая операция, широко применяется на судах при ремонте СТС. Однако для достижения наибольшей эффективности работ и минимизации их трудоемкости важную роль играет правильный выбор 2-х факторов:

• состава и последовательности выполнения технологических операций -т.е. маршрутной технологии;

• совокупности контролируемых в ходе выполнения операции парамет­ров, обеспечивающих получение изделия заданного качества - т.е. ре­жима технологических операций.

В промышленности и береговых судоремонтных предприятиях эти фак­торы определяются технологическими инструкциями, которые на судах, к сожалению, отсутствуют. Поэтому экипажам приходится руководствоваться менее конкретными техническими указаниями на ремонт того или иного узла, в которых учитывается только маршрутная технология.

Таким образом, судовому экипажу в лучшем случае приходится само­стоятельно выбирать режимы технологических операций, а в худшем - и маршрут, и режимы. При этом у него нет права на ошибку, так как от резуль­тата работы может зависеть сохранность груза и жизнь экипажа.

Рассматривая обработку резанием как процесс взаимодействия режущего клина с материалов заготовки, ее режим можно представить в общем виде как сумму 3-х групп элементов (рис. 3.20).

Изучение чертежа (эскиза) отказавшей детали, с учетом технических ха­рактеристик оборудования СММ (см. п. 3.1.2), позволяет:

• путем сопоставления габаритов определить, в принципе, возможность ее установки на станок и обработки;

• если обработка возможна, то выбрать конструктивные размеры режущего и измерительного инструмента (например, длину державки резца для расточки).

После этого нужно перейти к выбору элементов 2-х оставшихся групп – геометрии режущего инструмента и кинематических элементов режима.

Лекция № 13 Тема: Обработка деталей в условиях эксплуатации судна. Восстановление деталей.

Морское судно во время рейса является автономной замкнутой системой, в рамках функционирования которой часто приходится устранять отказы и восстанавливать работоспособность деталей и узлов СТС. В этой связи уста­навливаемое на судне оборудование является достаточно обширным по но­менклатуре и сложным по устройству, что позволяет экипажу решать боль­шую часть из стоящих перед ним задач.

Наиболее насыщенными технологическим оборудованием являются су­довая механическая мастерская и сварочный пост.

Судовая механическая мастерская

Важнейшим элементом технологической базы судна является судовая механическая мастерская (СММ) - отдельное помещение, расположенное в машинном отделении судна. Учитывая большую массу судовых деталей и узлов, они доставляются в СММ с помощью тельфера или талей, переме­щающихся по закрепленному под потолком монорельсу.

Основным оборудованием СММ, как правило, являются металлорежущие станки: токарно-винторезный, сверлильный, фрезерный и заточной. В ком­плексе они позволяют выполнять практически все работы, связанные с обра­боткой резанием. О применимости станка для решения тех или иных задач судят по его технической характеристике.

Токарно-винторезный станок предназначен для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения, сверления, нарезания резьб, отрезания заготовок, получения плоских поверхностей и др. - на нем выполняется до 80 % всех работ (рис. 3.2).

К основным техническим параметрам этой группы металлорежущих стан­ков относятся:

• высота центров - ее удвоенное значение позволяет судить о макси­мальном диаметре детали, которая может быть обрабатываться на станке;

• расстояние между центрами характеризует максимальную длину обра­батываемой детали;

• минимальная, максимальная частоты вращения (величина подач) и их общее число - дают представление о возможности ведения обработки в наиболее благоприятных условиях;

• набор шагов резьб, которые можно нарезать на данном станке резцами, без использования плашек и метчиков;

• точность станка - ее знание позволяет очертить круг тех деталей, кото­рые в принципе невозможно обработать на этом станке;

• мощность электропривода - характеризует производительность обра­ботки резанием.

Сверлильный станок обеспечивает получение в материале отверстий и их рассверливание, нарезание резьб метчиками, зенкерование и развертыва­ние отверстий (рис. 3.3).

Краткую техническую характеристику сверлильных станков составляют такие показатели:

• минимальная, максимальная частоты вращения (величина подач) и их общее число;

• максимальное расстояние между столом и шпинделем, в котором кре­пится режущий инструмент;

• размеры стола для крепления детали;

• мощность электродвигателя.

Фрезерный станок позволяет обрабатывать плоские поверхности, нарезать зубья шестерен, фрезеровать шпоночные пазы, получать на детали другие поверхности со сложным профилем (рис. 3.4).

Станки такого типа имеют практически те же характеристики, что и сверлильные. Допол­нительно только следует иметь в виду, что на фрезерных станках, как правило, имеются несколько электродвигателей, позволяющих осуществлять подачу рабочего стола в 3-х направлениях: продольном, поперечном и вертикальном.

Заточной станок используют, преимущественно, для заточки (переточки) простого одно- и двухлезвийного режущего инструмента: резцов, сверл, зубил, шаберов и др. (рис. 3.5). Важнейшие его технические характеристики -мощность и частота вращения электродвигате­ля, максимальный диаметр абразивного круга, который можно установить на нем.

Сварочный пост

Сварочный пост - специально отведенное на судне место для проведе­ния сварочных работ, на котором располагается необходимое оборудование, инструмент, приспособления и средства, обеспечивающие соблюдение пра­вил техники безопасности. В зависимости от типа и габаритов судна на нем могут находиться только пост ручной дуговой сварки или, дополнительно, пост газовой сварки.

Возможности поста электросварки, располагающегося обычно в отдель­ном помещении, определяются источ­ником питания дуги (рис. 3.6):

• родом используемого в свароч­ной цепи тока (переменный или постоянный);

• номинальной силой сварочного тока.

На судах в качестве источников питания используют сварочные транс­форматоры (сварка на переменном то­ке) или сварочные выпрямители (сварка на постоянном токе) морского исполнения. Стоимость последних не­сколько выше из-за наличия блока выпрямителя, однако, это полностью компенсируется их более широкими технологическими возможностями: устойчивее горит дуга, шире диапазон свариваемых толщин металла.

К основным техническим характеристикам источника, помимо вида (по­стоянного или переменного тока), относится номинальное значение силы сварочного тока - численное значение силы тока в амперах, на котором мож­но осуществлять сварку в течение длительного времени. Как правило, оно равно 315 А или 500 А и находит отражение в марке, например: трансформа­тор СТШ-500У. Кратковременно можно использовать ток на 25 % выше но­минального.

При газовой сварке особое внимание уделяют выбору газов - горючего и окислителя, так как они в дальнейшем определяют состав и технические ха­рактеристики оборудования:

• баллонов - для хранения и транспортировки к месту сварки сжатых га­зов (р_макс ~ 15 МПа);

• редукторов - крепящихся на газовом баллоне устройств для понижения давления газов до р 0,6 МПа с целью обеспечить их доставку от бал­лонов до сварочной горелки по сварочным рукавам;

• сварочные рукава - шланги из вулканизированной резины со специ­альной оплеткой, соединяющие редукторы с горелкой; длина рукавов не должна превышать 40 м;

• сварочная (газовая) горелка - устройство для смешивания горючего га­за и окислителя, регулирования их расхода и получения пламени с тре­буемыми характеристиками; горелка должна соответствовать выбран­ным газам и иметь несколько сменных наконечников.

Сварке на судах отводится исключительно важное место. Она использу­ется для сварки трубопроводов, заварки трещин, наплавки изношенных по­верхностей, соединения отдельных элементов при изготовлении новых кон­струкций. Газовое пламя позволяет проводить не только сварку тонкостен­ных конструкций, но и пайку, выполнять технологический нагрев деталей.

Общая характеристика методов восстановления и упрочнения деталей СТС.

Принципиальная схема восстановления деталей СТС.

Во время работы под воздействием эксплуатационных факторов происходит изнашивание рабочих поверхностей деталей СТС – механическое коррозионное, абразивное, эрозионное, усталостное и др., в результате чего изменяются их размеры (рис.3.30)

В результате нарушается взаимное расположение сопрягаемых деталей, появляются перекосы, снижается герметичность уплотнений и т.п.

Различают допустимые и предельные износы. При допустимых изделие, в целом, сохраняет работоспособность, отказов не происходит и возможна дальнейшая его эксплуатация. Предельный износ характеризует такое со­стояние, при котором дальнейшая эксплуатация машины (механизма) запре­щается и требуется проведение его ремонта - устранения износа и восста­новления исходных (т.н. "построечных") характеристик. Силами судового экипажа решение этой задачи может быть проведено по 4-м вариантам.

Вариант 1 - изношена только одна из деталей сопряжения (например, вкладыш рамового или мотылевого подшипника главного дизеля). В этом случае, при наличии в комплекте ЗИП запасной, производят замену изно­шенной детали на новую.

Вариант 2 - предельные износы имеют обе детали сопряжения (цилиндр и поршень вспомогательного дизеля). Такая ситуация может быть разрешена с использованием метода ремонтных размеров, когда одна деталь (с данном случае втулка цилиндра) растачивается в заранее установленный размер, а поршень и кольца берут новые, но изготовленные на заводе в этот размер.

Вариант 3 - при наличии на судне достаточно большого числа ранее вы­шедших из строя сопряжений подбирают пару, обеспечивающую работоспо­собность изделия (например, плунжер и втулку ТНВД) - т.е. проводят пере­комплектацию сопрягаемых деталей.

Вариант 4 - занимаются восстановлением изношенных деталей. В этом случае изношенную поверхность вначале обрабатывают, удаляя следы износа (овальность, царапины, трещины и др.) и придавая ей правильную геометри­ческую форму (цилиндр, плоскость и др.), а затем каким-либо образом нара­щивают материал до размера D_нарощ, включающего припуск на последующую обработку (рис. 3.30, в). После этого производится обработка восстанавли­ваемой поверхности в размер D_eoccmmан, равный номинальному (рис. 3.30, г).

Дополнительно следует отметить, что с учетом опыта эксплуатации, можно получить у восстановленной детали более высокий ресурс работы, ес­ли провести упрочнение ее поверхности.

Методы наращивания материала при восстановлении

изношенных деталей в условиях СРЗ

Операции по наращиванию слоя на предварительно подготовленную по­верхность изношенной детали являются, пожалуй, самыми важными в техно­логии восстановления. Учитывая большой разброс в абсолютных размерах деталей СТС и величинах предельных износов (0,005... 10 мм), на судоре­монтных заводах в этих целях используется широкая номенклатура таких операций: нанесение гальванических и химических покрытий, наплавка и на­пыление, химико-термическая обработка и др. Рассмотрим более подробно некоторые из них.

Гальванические покрытия получают пропусканием через растворы со­лей наносимого металла постоянного тока плотностью 5... 100 А/дм², под действием которого на предварительно очищенной поверхности катода - де­тали осаждается покрытие. Наибольшее распространение в судоремонте по­лучили процессы хромирования и осталивания (железнения).

Хромирование применяют для наращивания слой металла, повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей. Осталивание позволяет получать гальванические осадки большой толщины и повысить износостой­кость поверхности.

Химические покрытия являются менее распространенными из-за их большей стоимости. Осаждение происходит в результате погружения детали в растворы солей. В результате протекания обменных реакций наносимый металл (чаще всего никель) осаждается на детали. Эти покрытия, имея не­большую толщину, высокую твердостью и износостойкость, применяют, пре­имущественно для восстановления прецизионных деталей.

Диффузионные покрытия также позволяют наращивать слой на поверх­ности изношенной детали. Ее помещают в химически активную среду и на­гревают до температуры свыше 500 °С; в результате протекания химических реакций на поверхности детали адсорбируются атомы наносимого вещества (азота, хрома кремния и др.), которые в дальнейшем диффундируют вглубь. Прирост массы и размеров, даже при длительных выдержках невелик, что за­трудняет компенсацию значительных износов.

Металлизационные покрытия получают распылением проволоки из наносимого металла специальными аппаратами - металлизаторами электри­ческой дугой или кислородно-ацетиленовым пламенем. Расплавляясь, части­цы металла в жидком или полужидком состоянии ударяются о поверхность детали и, в результате адгезионных процессов, образуют покрытие. Металли­зацией можно нанести слой до 12 мм, что позволяет компенсировать значи­тельные износы. Однако, из-за сравнительно низкой прочности сцепления с подложкой, металлизации подвергаются преимущественно неподвижные со­пряжения СТС.

Методы восстановления деталей в условиях судна

Необходимо отметить, что рассмотренные выше способы восстановления требуют специального оборудования и применимы, как правило, только в за­водских условиях. Непосредственно в условиях эксплуатации судна для вос­становления можно использовать сварку, наплавку и метод деформирования деталей.

Сварка для восстановления на судах используется в том случае, когда в детали необходимо устранить трещины или какие-либо небольшие местные дефекты. Учитывая значительные размеры и теплоемкость деталей, предпоч­тение отдают обладающей большей удельной мощностью, в сравнении с га­зовой, электродуговой сварке.

Выявленный дефект разделывают или удаляют механически (проводят вырубку зубилом, зачистку абразивным кругом и др.), а затем при сварке формируют усиленный шов. Для деталей из материалов, склонных к закалке (стали с эквивалентным содержанием углерода выше 0,3 %, чугуны), прово­дят предварительный подогрев.

Сварку используют и при соединительной сварке разрушившихся частей детали.

Наплавка позволяет нарастить достаточно большую толщину металла. Ее ведут чаще всего по образующей, накладывая сварочные валики поочередно по концам диаметра (рис. 3.31). Это помогает снизить деформацию в восстанавливаемом изделии. Помимо этого, наплавку рекомендуется вести в нижнем положении, для чего деталь необходимо периодически поворачивать на 180^е и обеспечивать перекрытие валиков на ~ 1/3 их ширины.

Метод наплавки по винтовой линии более сложен, так как требует непрерывного, синхро­низированного со скоростью горения электро­да, вращения детали.

Если производится наплавка неподвижного сопряжения, то желательно подбирать матери­ал таким образом, чтобы химсоставы наплав­ляемого металла и детали были близки. Для подвижных соединений возможна наплавка слоев с особыми свойствами.

Пластическое деформирование можно использовать для восстановления деталей, имеющих соосно-расположенные с восстанавливаемой поверхности. Способ основан на свойстве материала при измене­нии формы и размеров сохранять свой объем.

Так, если через внутреннюю поверхность полого поршневого пальца про­давить специальный инструмент - пуансон, имеющий диаметр больше, то соосная с ней наружная поверхность также увеличится. Такой прием носит название раздачи.

Другой часто используемой разновидностью метода является накатка наружных поверхностей, когда ее диаметр на отдельных участках возрастает за счет вытеснения металла с других. Как правило, накатку применяют для восстановления неподвижных сопряжений СТС.

Как показал многолетний практический опыт, все перечисленные техно­логические операции при проведении их в условиях эксплуатации судна по­зволяют оперативно решать различные производственные задачи, поддержи­вать СТС в технически исправном состоянии.

76