Спосіб відновлення зношених шийок валів

Спосіб може бути використаний для ремонту східчастих і колінчастих валів у виробах широкого кола найменувань. Зношену поверхню деталі попередньо обробляють і встановлюють на неї попередньо нагрітий до 350 - 450 o С ремонтний елемент. Накочують його до поверхні шийки вала плоскими прікативателямі з додатком до валу крутного моменту. Прихоплюють кромки елемента контактної зварюванням. Приварення здійснюють зварювальними точками в шаховому порядку. Можливо розташування точок у вигляді сітки зі стороною осередку 10 - 20 мм. Заповнюють стикового зазор між крайках і ремонтного елемента високотемпературним твердим припоєм. Спосіб дозволяє досягти високої якості відновлення поверхневих шарів і високих експлуатаційних показників. 1 з.п. ф-ли, 3 мул.

Винахід відноситься до ремонтної технології машинобудування і може бути використано для відновлення східчастих і колінчастих валів у виробах досить широкого кола найменувань: двигунів внутрішнього згоряння, компресорів, вакуумних насосів, коробок передач та інших механізмів.

Відомі численні способи відновлення зношених поверхонь (шийок) валів наплавленням, напиленням, електролітичним нарощуванням шарів, навивкой дроту, стрічки з подальшим їх кріпленням на поверхні електроконтактного зварюванням (електроконтактного наплавленням), установкою розрізних втулок, гільз з подальшим їх закріпленням склеюванням, пайкою, зварюванням або комбінаціями цих процесів.

Досить перспективні способи відновлення поверхневих шарів на зношених деталях з цілісного матеріалу: широкої стрічки, смуги, полувтулок і полугільз (оболонок), який покриває циліндричну поверхню ступені або шийки вала повністю. Дані способи забезпечують найбільш повне відновлення механічних, технологічних і експлуатаційних властивостей.

Відомі способи відновлення зношеної поверхні стрічкою: а.с. 1433739, 1459887, 1710259 та інші.

Загальним недоліком перерахованих способів є низька технологічність їх здійснення, продуктивність, надійність, складність запобігання викривленню і поводок деталей при досить великому обсязі електрозварювальних робіт.

Найбільш близьким до пропонованого способу відновлення зношених поверхонь є а.с. 1278171 "Спосіб відновлення зношених поверхонь", який прийнятий за прототип.

Спосіб-прототип має на меті підвищення якості відновлення деталей машин шляхом запобігання деформації стрічки в поперечному напрямку і зниженні енерговитрат при електроконтактного зварювання. Ця мета згідно з описом істоти способу досягається нанесенням насічки на підготовлену шліфуванням поверхню деталі, заповненням утворюються в результаті насеканія осередків пастоподібною припоєм перед укладанням стрічки і впливом зварювального струму за схемою роликового двухточечной електроконтактного зварювання. Зчеплення стрічки і відновлюваної поверхні деталі досягається за рахунок припаювання в області осередків і освіти зварних точок в області виступів (гребінців) на краях осередків.

Прототип в технологічному відношенні недосконалий, так як результати механічного перенесення схеми роликового зварювання тонких листів на зварювання деталей, де тонкий лист замінений циліндром, неоднакові. Виконання насічки на поверхні деталі є невдалою в технічному відношенні спробою реалізувати схему рельєфного зварювання в комбінації з роликового. Виконання насічки на поверхні відповідальних валів є небажаним, так як місцеві поглиблення на шиях валів можуть з'явитися концентраторами напружень з подальшим розвитком втомних мікро- і макротріщин. Відомо, що галтелі шийок і їх циліндричні поверхні спеціально піддають обкатування кульками або роликами, які завальцьовують мікротріщини, які утворюються в результаті попередніх обробок.

Представлена ​​в прототипі технологічна схема обгортання поверхні стрічкою можлива лише для тонкого матеріалу. При використанні товстих смуг (стрічок) можливе проковзування ролика по поверхні деталі або стрічки. Про застосування тонких стрічок в прототипі свідчить і поставлена ​​мета - запобігання деформації профілю стрічки в поперечному перерізі.

Режим пайки і зварювання в прототипі в першому півоберту деталі буде відрізнятися від їх параметрів у другому півоберту, так як зварювальні точки повинні виходити у нижнього ролика, а потім після контакту стрічки з другим роликом одночасно і у нижнього, і у верхнього роликів. У другому півоберту через одностороннього контакту роликів зі стрічкою, через деформацію під дією зусиль стиснення і наявності припою - провідника буде важко створити високу щільність струму в окремих точках-гребінцях, а отже, і концентрацію тепла, необхідну для розм'якшення стали. Отже, практично буде мати місце розплавлення припою і освіту тільки паяного з'єднання, а не паяно-зварного. Здійсненню зварювання по типу рельєфної в значній мірі буде перешкоджати масштабний фактор, так як при рельєфною зварюванні контактні виступи, які спеціально штампують, мають значно більші розміри, ніж осередки при насеканіе в прототипі. Витрата енерговитрат за способом-прототипу в другому півоберту деталі значно зросте при одночасному зниженні ефективності зчеплення стрічки з відновлюваної поверхнею. Збільшення товщини стрічки веде до ще більшого зниження якості закріплення стрічки на деталі і ефективності використання енерговитрат при зварюванні в порівнянні з використанням тонкого матеріалу через труднощів зі створенням локальних ділянок з високою щільністю струму і, отже, концентрованого виділення тепла, що викликає створення зварювальних точок.

Результатом використання методу-прототипу з'явиться виникнення спотворень структурно-напруженого стану поверхневих шарів відновлених деталей і недостатня їх надійність.

Завданням запропонованого винаходу є вдосконалення способу відновлення зношених деталей, досягнення високої якості відновлених поверхневих шарів, зменшення відхилень в розташуванні поверхонь виробів і високі експлуатаційні показники якості, надійності і довговічності деталі в цілому.

Поставлена ​​задача досягається послідовним виконанням ряду операцій, з яких частина є спільною з прототипом, а інші складають істота пропонованого винаходу. Загальними операціями є попереднє шліфування зношеної поверхні для усунення відхилень її форми: овальності, огранки, місцевих заглиблень, укладання стрічки або смуги на відновлювану поверхню, її з'єднання зі зношеною деталлю, заключне шліфування і зміцнення поверхневих шарів відновлених поверхонь.

Специфічними операціями, складовими істота винаходи, є коткування мірної нагрітої смуговий заготовки до відновлюваної циліндричної поверхні з одночасним регламентним з'єднанням її з деталлю однокрапкового контактним зварюванням і використання як заповнювач стикувального шва високотемпературного (твердого) припою. Накочення (накочення) здійснюється двома плоскими плашками (прікативателямі), між якими встановлюється деталь для відновлення поверхні. Нагріта мірна заготівля стрічки подається з підігрівача під верхнім прікативателем на деталь і її кінцева ділянка з'єднується з відновлюваної поверхнею точковим зварюванням. Прикотуючі плашки здійснюють зустрічний поступальний рух і одночасно стискають між собою відновлювану деталь. Створювана схема сил і згинальних моментів в зоні контакту верхнього прікативателя з листової заготівлею призводить до появи розтягуючих напружень в її зовнішніх шарах і стискають напруг у внутрішніх. Це призводить до щільного прилягання мірної заготовки до відновлюваної поверхні деталі в результаті її вигину. Для виключення можливості ковзання прікативателей по поверхні деталі при прокатці досить товстих смуг до валу слід докласти додатковий крутний момент.

На фіг. 1 показана деталь в початковий момент прикочування до неї мірної заготовки; на фіг. 2 - продовження прикочування; на фіг. 3 - завершальний її момент, де 1 - верхній прікативатель; 2 - нижній прікативатель; 3 - відновлювана деталь; 4 - мірна заготівля; 5 - нагрівач; 6 - електрод.

Закріплення заготовки на деталі здійснюється в два етапи. Перший етап прискорений і складається в приварке точковим зварюванням початкових і кінцевих ділянок мірної заготовки до відновлюваної поверхні. Тривалість цього етапу визначається швидкістю обертання відновлюваної деталі і часом приварювання. Прискорене проведення приварки необхідно для запобігання різкого зниження температури заготовки. Другий етап полягає в остаточній приварке прікататься заготовки, що стискає подібно бандажу відновлену поверхню ступені або шийки. Сварка ведеться, як і на першому етапі, за однокрапкового схемою ізольованими одна від одної зварювальними точками. Зварювальний струм підводиться до електрода, яким при зварюванні впираються в поверхню приварюється заготовки, і до контакту на деталі поза прікататься смуги. Це забезпечує отримання однієї зварювальної точки в момент притиснення електрода в будь-якій фазі повороту відновлюваної деталі. Суцільного перекриття зварювальних точок між відновлюваної деталлю і прилегаемой до неї заготівлею не потрібно, так як досвід використання напресованной втулок і гільз в машинобудуванні показує достатність розміщення декількох точок кріплення у вигляді штифтів, заклепок і зварювальних точок. Розташування зварювальних точок здійснюють в шаховому порядку або у вигляді сітки зі стороною осередку 10 - 20 мм.

Попередній нагрів мірної заготовки здійснюється до температури 350 - 450 o C для досягнення необхідної довжини заготовки, що дорівнює довжині окружності відновлюваної поверхні деталі. Нагріта заготовка при щільному приляганні до деталі забезпечує при її наступному охолодженні натяг середньої величини, що сприяє зміцненню відновленої поверхні і створення однорідного структурно-напруженого стану в поверхневих шарах відновлюваної деталі. Мірні заготовки отримують відрізків по упору на гільйотинних ножицях. Довжину заготовки розраховують за формулою Lзаг = D [1 - a (t - 20 o C)], де D - діаметр відновлюваної поверхні до накочення заготовки, мм; a - температурний коефіцієнт лінійного розширення металу заготовки, град -1 (для вуглецевої сталі a = 13,5 10 -6 град -1. для хромонікелевої сталі a = 14,1 10 -6 град -1); t - температура нагріву мірної заготовки, o C.

Товщина заготовки вибирається на основі сумарної величини, що складається з припуску на остаточне шліфування після прокатки і приварювання заготовки, припуску на деформування металу під електродами, лінійних змін міжремонтних розмірів і залишкової товщини прикочуючими смуги після передбачуваного останнього ремонтного розміру. Залишкова товщина заготовки приймається у відсотках від діаметра відновлюваного вала і її можна рекомендувати в межах 2-3% від номінального розміру.

Наприклад, для вала діаметром 50 мм при планових чотирьох ремонтах товщина заготовки для прикочування складе h = 0,5 + 0,5 + 1 + 1 = 3 мм.

Тут перший доданок дорівнює припуску на деформацію металу під електродом, друге - припуск на остаточне шліфування, третє - припуск на зміну розмірів при ремонтах, четверте - залишковій товщині прикочуючими смуги.

Стик на поверхні закладається мідно-цинковим або мідно-нікелевим (високотемпературним) припоєм, після чого відновлена ​​поверхня піддається попередньому і чистового шліфування.

Застосування високотемпературного припою має на меті зменшення в порівнянні зі зварюванням термічного впливу на властивості стали.

Заключною обробкою є накочення поверхні вібруючим роликом для її зміцнення.

Приклад конкретного здійснення способу.

Відновленню підлягають дві опорниe шийки сталевого штампованого розподільного вала двигуна внутрішнього згоряння, мотопомпи, імеющіe початкові розміри 46-0,085 -0,069 і 43,5-0,085 -0,069 відповідно. Після попереднього шліфування розміри -0,085 склали 44,5-0,062 і 42-0,062 відповідно. Як ремонтного елемента була обрана смуга зі сталі 30Х товщиною 2 мм і шириною 20 мм. Довжина смуги для розрахункової температури 400 o C склала для першої шийки 139 мм, а для другої - 131 мм. Відновлювана деталь встановлюється в пристосування на нижній прікативатель, на якому заздалегідь укладається смуга по товщині рівна ремонтному елементу. Ремонтний елемент укладається на електронагрівач, температура нагріву вимірюється термопарою. Верхній прікативатель опускається гвинтом для освіти зазору в 2 мм між шийкою вала і прікативателем. До валу мідним затискачем (водоохолоджуваним) прикріплюється гнучка мідна шина з джгутів від трансформатора установки МТПР-50. У зазор над шийкою вала зсувається ремонтний елемент і притискається прікативателем за допомогою гвинта. Електрод опускають через отвір-виріз в прікативателе і з його допомогою зварювальними точками приварюють край ремонтного елемента до валу, а потім піднімають. Зустрічний рух прікативателей здійснюється гвинтами, одночасно за допомогою хомута повертається вал.

Смуга на нижньому прікативателе постукуванням в торець при ослабленні натискання верхнім прікативателем переміщається для того, щоб обріз ремонтного елемента збігся з її торцем. Як тільки другий кінцевий обріз ремонтного елемента виявиться під електродом, він приварюється декількома точками до валу. Верхній прікативатель піднімають і зрушують в сторону. Подальше закріплення ремонтного елемента здійснюють по колу 6-7-ю точками з кроком 10 - 20 мм послідовно в три ряди: з боків і в центрі. Приварення ведуть в режимі: Щільність струму, A / мм 2 - 100 Напруга, В - 2 - 4 Діаметр плями контакту, мм - 5 Зусилля притиснення електрода, н - 800
Після установки і закріплення елемента діаметри шийок склали 46,5 і 44 мм відповідно. Стик на поверхні шийок заповнюється високотемпературним припоєм. Подальша обробка ведеться за звичайним технологічним маршрутом шліфуванням і обкаткою роликом.

1. Спосіб відновлення зношених шийок валів, що включає попередню обробку зношеною поверхні деталі, установку на неї ремонтного елемента і його подальшу приварення контактним зварюванням, що відрізняється тим, що ремонтний елемент попередньо нагрівають до 350 - 450 o С, накочують його до зношеної поверхні шийки вала плоскими прікативателямі з додатком до валу крутного моменту, виробляють прихватку крайок елемента контактної зварюванням, приварку ремонтного елемента здійснюють зварювальними точками, розташованими в шахма ном порядку або у вигляді сітки зі стороною осередку 10 - 20 мм, а потім заповнюють стикового зазор між крайками ремонтного елемента високотемпературним твердим припоєм.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості ремонтного елемента використовують стрічку або смугу, або пластину.