Способы восстановления деталей

В ремонтной практике применяются следующие основные способы восстановления изношенных деталей: механическая и слесарная обработка, сварка, наплавка, металлизация, хромирование, никелирование, осталивание, склеивание, упрочнение поверхности деталей и восстановление их формы под давлением. Как правило, после восстановления детали одним из способов ее подвергают механической или слесарной обработке, что необходимо для восстановления посадок сопряженных деталей, устранения овальности или конусности их поверхностей, обеспечения требуемой чистоты обработки.

Механической и слесарной обработкой восстанавливают детали с плоскими сопрягаемыми поверхностями (направляющие станин, планки, клинья). При износе направляющих до 0,2 мм их восстанавливают шабрением, при износе до 0,5 мм — шлифованием, а при износе более 0,5 мм — строганием с последующим шлифованием или шабрением.

При ремонте валов, осей, винтов и т. п. в первую очередь проверяют и восстанавливают их центровые отверстия. После этого поверхности, имеющие незначительный износ (царапины, риски, овальность до 0,02 мм), шлифуют, а при более значительных износах наращивают, обтачивают и шлифуют до ремонтного размера.

При ремонте изношенных деталей нередко возникают трудности при выборе способа базирования детали для обработки в связи с изменением основной установочной базы изношенной детали. В таких случаях ориентируются не на основные установочные, а на вспомогательные базы, и от них ведут обработку рабочих поверхностей. Наряду с восстановлением деталей механической обработкой при ремонте негодную часть детали иногда заменяют новой.

Применение компенсаторов износа. Чтобы восстановить первоначальные посадки сопряженных деталей, при их значительном износе применяют детали-компенсаторы. Одну из сопрягаемых деталей обрабатывают до ближайшего ремонтного размера и во вторую вставляют промежуточную деталь-компенсатор. Детали-компенсаторы могут быть сменными и подвижными. Сменные компенсаторы устанавливают в сопряжении, в котором износ появился к моменту ремонта. Подвижные компенсаторы устанавливают тогда, когда можно, не производя ремонта, соответствующим перемещением компенсатора относительно основных деталей устранить зазор, образующийся вследствие износа деталей. Сменными компенсаторами для цилиндрических деталей служат втулки и кольца, а для плоских— планки. Для наиболее распространенных узлов станков сменные детали-компенсаторы целесообразно заготавливать заранее в соответствии со шкалой ремонтных размеров.

Типовые случаи применения деталей-компенсаторов, используемых для устранения износа сопряжений, показаны на рис.2. При износе наружной цилиндрической поверхности вала на него напрессовывают или сажают на клей втулку (рис. 2, а). На износившуюся шейку коленчатого вала устанавливают полувтулку (рис. 2, б). Если в отверстии «разработалась» резьба, то в него ввертывают дополнительную втулку (ввертыш) с вновь нарезанной резьбой (рис. 2,в). При износе внутренней цилиндрической или конусной поверхности в деталь также вставляют втулку (рис. 2,г). Износ плоскостей чаще всего компенсируют планкой (рис. 2, д), которую привинчивают к ремонтируемой детали. Как видно из примеров, сменные детали в большинстве случаев скрепляют с одной из деталей сопряжения при помощи прессовой посадки, винтов, сваркой или универсальным клеем.

Ремонт повреждений и заделка трещин. Дефекты, возникающие в деталях в результате действия внутренних напряжений, больших усилий или из-за механических повреждений (трещины, пробоины, значительные задиры, царапины и выкрашивания), устраняют слесарно-механической обработкой. Трещины и пробоины запаивают, заваривают, заливают, металлизируют, ставят штифты и заплаты. Заплаты применяют для заделки пробоин и больших трещин, соединяя заплату с основной деталью винтами или заклепками. Для чугунных и дюралюминиевых деталей используют винты, а для стальных — еще и заклепки.

Восстановление деталей сваркой и наплавкой

При ремонте оборудования сварку применяют: для получения неразъемных соединений при восстановлении разрушенных и поврежденных деталей, для восстановления размеров изношенных деталей и повышения их износостойкости путем наплавки более стойких металлов.

Автоматизированные процессы сварки и наплавки являются более совершенными и экономически эффективными по сравнению с ручными способами. Наибольшее распространение в ремонтной практике получила автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка и наплавка под слоем флюса. Ручные способы сварки и наплавки менее совершенны, но являются незаменимыми при ремонте деталей машин в неспециализированных ремонтных предприятиях благодаря маневренности, универсальности и простоте процесса.

Газовую сварку применяют для восстановления деталей из серого чугуна. Детали малого размера и веса сваривают без предварительного подогрева, а крупные детали предварительно нагревают.

Электродуговая сварка более экономична и создает более надежное сварное соединение по сравнению с газовой сваркой.
Правильная подготовка детали к сварке обеспечивает высокое качество наплавленного слоя и прочное сцепление его с основным металлом. Перед сваркой детали очищают и разделывают их кромки. Поверхность деталей очищают стальной щеткой, напильником, наждачным полотном, абразивным кругом, пескоструйным аппаратом, затем промывают бензином или керосином, а также подвергают щелочному травлению. Кромки листов свариваемых встык разделывают (скашивают) под углом (60—70°), а края изломов и пробоин выравнивают.

Наплавка является одним из основных методов восстановления деталей. Она широко применяется в тех случаях, когда трущимся поверхностям необходимо придать большую износоустойчивость. Наплавляют два, три и более слоев часто твердыми сплавами, позволяющими увеличить срок службы деталей в несколько раз. Качество наплавки в значительной степени зависит от состояния восстанавливаемой поверхности. Чугунные и стальные детали из малоуглеродистой стали перед наплавкой обезжиривают с целью удаления масла из пор и трещин. Для этого поверхность детали обжигают газовой горелкой, паяльной лампой или в нагревательных печах. Копоть налет окислов после обжига удаляют с поверхности детали наждачным полотном или ветошью, смоченной керосином или бензином. Участок детали под наплавку обрабатывают стальными щетками или абразивными кругами.

Восстановление деталей металлизацией

Металлизацией называется нанесение расплавленного металла на поверхность детали. Расплавленный металл в специальном приборе — металлизаторе струей воздуха или газа распыляется на мельчайшие частицы и переносится на предварительно подготовленную поверхность детали. Нанесенный слой не является монолитным, а представляет собой пористую массу, состоящую из мельчайших окисленных частиц.

Способом металлизации восстанавливают размеры посадочных мест для подшипников качения, зубчатых колес, муфт, шеек коленчатых валов и т. п. Чтобы металлизационный слой прочно соединился с поверхностью детали, поверхность очищают от грязи и масла и подвергают пескоструйной обработке.

Твердость металлизационного покрытия определяется качеством наносимого материала.

Гальванические покрытия

Для повышения поверхностной твердости деталей и увеличения их сопротивления механическому износу, а также для восстановления размеров деталей их покрывают слоем хрома (хромируют) толщиной 0,25 и 0,3 мм.

Твердые хромовые покрытия подразделяются на два вида: гладкое и пористое. При гладком хромировании смазка на поверхности детали не удерживается из-за плохой «смачиваемости». При работе деталей возникает сухое трение, на трущихся поверхностях появляются задиры. Для устранения этого недостатка применяют пористое хромирование. В порах и каналах, образующихся на наружной поверхности детали, задерживается смазка, снижающая износ и удлиняющая срок службы деталей. Твердое гладкое хромирование применяют для восстановления размеров деталей, работающих с неподвижными посадками, а пористое — для деталей, работающих при значительных удельных давлениях, повышенных температурах и с большими скоростями скольжения. Поры и каналы в хромовых покрытиях чаще всего образуются электрохимическим способом, при помощи анодного травления.

Восстановление деталей путем гальванического наращивания слоя стали (осталивание, или железнение) — один из эффективных методов современной технологии ремонта. Осталивание в отличие от хромирования позволяет наносить слой металла значительно большей толщины (2—3 мм и более). Этим способом целесообразно восстанавливать; детали с неподвижными посадками или детали с невысокой поверхностной твердостью; детали, работающие на трение при величине износа более 0,5 мм; детали, работающие одновременно на удары и истира ние.

Твердое никелирование. Повышенная твердость никелевых покрытий достигается за счет применения электролитов специального состава, обеспечивающих получение осадков никеля с фосфором. Никелевые покрытия с содержанием фосфора обычно называют никельфосфорными покрытиями, а процесс их получения — твердым никелированием. Твердое никелирование может осуществляться электрическим и химическим способами. Химическое никелирование является более простым и осуществляется путем выделения никеля из растворов его солей с помощью химических препаратов — восстановителей.

Восстановление изношенных деталей давлением

Поврежденные и изношенные детали можно восстанавливать давлением. Этот способ основан на использовании пластичности металлов, т. е. их способности под действием внешних сил изменять свою геометрическую форму, не разрушаясь. Детали восстанавливают до номинальных размеров при помощи специальных приспособлений, путем перемещения части металла с нерабочих участков детали к ее изношенным поверхностям. При восстановлении деталей давлением изменяется не только их внешняя форма, но также структура и механические свойства металла. Применяя обработку давлением, можно восстанавливать детали, материал которых обладает пластичностью в холодном или нагретом состоянии. Изменение формы детали и некоторых ее размеров в результате перераспределения металла не должно ухудшать их работоспособность и снижать срока службы. Механическая прочность восстановленной детали должна быть не ниже, чем у новой детали.

К основным видам восстановления различных деталей давлением относятся:

• осадка при восстановлении втулок, пальцев, зубчатых колес;
• раздача при восстановлении пальцев поршней, роликов автоматов и т. п.;
• обжатие при восстановлении вкладышей подшипников и втулок;
• вдавливание при восстановлении зубчатых колес и шлицевых валиков;
• правка для выправления гладких и коленчатых валов и рычагов;
• накатка для увеличения диаметра шеек и цапф валов за счет поднятия гребешков металла при образовании канавок.

Метод пластического деформирования при ремонте деталей применяется не только для восстановления размеров изношенных деталей, но и с целью повышения их прочности и долговечности. Поверхностное упрочнение деталей повышает износостойкость и прочность деталей.
Пластическое деформирование деталей производят также обработкой стальной или чугунной дробью, чеканкой, обкаткой роликами или шариками.

Восстановление и склеивание деталей с использованием пластмасс

Для восстановления изношенных деталей при ремонте металлорежущих станков применяют пластмассы. В качестве клея пластмассы широко используются для склеивания поломанных деталей, а также для получения неподвижного соединения деталей, изготовленных из металлических и неметаллических материалов. При ремонте металлорежущих станков наибольшее распространение получили такие пластмассы, как текстолит, древеснослоистые пластики и быстро твердеющая пластмасса— стиракрил. Текстолит и древеснослоистые пластики применяются для восстановления изношенных поверхностей направляющих станков, изготовления зубчатых колес, подшипников скольжения, втулок и других деталей с трущимися рабочими поверхностями.

Одним из эффективных способов получения неподвижных соединений является склеивание деталей. По сравнению с клепкой, сваркой и сбалчиванием клеевые соединения имеют такие преимущества, как соединение материалов в любом сочетании, уменьшение веса изделий, герметичность клеевых швов, антикоррозионную стойкость и во многих случаях снижение стоимости ремонта изделия. В практике ремонта металлорежущих станков широко используется карбинольный клей и клей типа БФ. Детали, склеенные карбинольным клеем с наполнителем из непористого материала, устойчивы против действия воды, кислот, щелочей, спирта, ацетона и подобных растворителей. Различные марки клея БФ отличаются содержанием компонентов и назначением.

Процесс восстановления деталей склеиванием состоит из трех этапов: подготовки поверхности, склеивания и обработки швов. Поверхности деталей, подлежащих склеиванию, очищаются от масла, загрязнений и хорошо пригоняются. Клей наносят кистью или стеклянной палочкой. Жидкий клей наносят на обе соединяемые поверхности.

Для склеивания деталей, работающих при температуре 60—80° С, применяют клей БФ-2. Для склеивания деталей, работающих в щелочной среде, — клей БФ-4. Клеем БФ-6 приклеивают ткани и резину к металлу.

Клей БФ наносят на склеиваемые поверхности в два слоя с перерывом примерно в 1 ч 15 мин. Соединяемые детали принимают одну к другой (1 — 15 кГ/см 2 ) и выдерживают под прессом.

Выдержка склеенных деталей под прессом

Марка клея	БФ-2	БФ-4	БФ-6
Температура, °С	120—200	60—90	150—200
Длительность выдержки, ч	1—3	3—4	0,25—1

Чтобы разобрать склеенные детали, их необходимо нагреть до 200° С и выше.

Способы ремонта деталей

Изношенные детали механизмов автомобиля можно ремонтировать следующими основными способами:

1. обработкой под ремонтный размер;
2. наращиванием металла сваркой, хромированием и металлизацией;
3. установкой колец, втулок и гильз;
4. пластической деформацией (раздачей и обжимом).

Обработка деталей под ремонтный размер

Способ восстановления деталей под ремонтный размер заключается в том, что одна из сопряженных деталей подвергается механической обработке для восстановления правильной геометрической формы. При этом неизбежно изменяется (увеличивается и уменьшается) номинальный размер детали. Для сохранения первоначального зазора или натяга сопряженную деталь в этом случае следует заменить или переконструировать. Например, изношенные цилиндры двигателя подвергают расточке и шлифованию на больший размер (увеличение диаметра), а затем к этим цилиндрам подбирают новые увеличенного размера поршни. Размер новых поршней должен обеспечивать получение нормального зазора между стенкой цилиндра и поршнем. Для этого существуют заранее установленные ремонтные размеры как для цилиндров, так и для поршней.

Ремонт деталей наращиванием металла

Этот способ заключается в том, что на изношенную поверхность наносят слой металла, затем поверхность подвергают механической обработке для получения нужного размера и после этого подвергают термической обработке. Для нанесения металла на изношенные поверхности существует несколько способов.

Газовая кислородно-ацетиленовая сварка. Сварка заключается в расплавлении пламенем горелки обрабатываемой поверхности детали и соответствующего присадочного материала. При этом расплавленный металл детали соединяется с присадочным и слой металла наращивается на поверхность. Сварочная ацетилено-кислородная установка состоит из баллона с кислородом, находящимся под давлением до 150 ат.

Рис. Ацетилено-кислородная установка:
1 — присадочный пруток; 2 — сварочная горелка; 3 — шланги; 4 — редуктор; 5 — кислородный баллон; 6 — ацетиленовый генератор.

На баллоне установлен редуктор для снижения давления кислорода на выходе до 2—3 ат и два манометра — один контролирует давление в баллоне, а другой — на выходе.

Для получения ацетилена имеется ацетиленовый генератор, в котором путем воздействия воды на карбид кальция получается ацетилен.

Ацетилен и кислород по шлангам подаются к сварочной горелке; здесь они поджигаются, отчего создается пламя с температурой до 3000°, которым и расплавляется металл.

Кроме наплавления металла с целью восстановления размера детали, сварку применяют также для заварки различных трещин и изломов в деталях. Газовую сварку обычно используют для чугунных деталей и для деталей из цветных металлов.

Чугунные детали, имеющие сложную конфигурацию (блок цилиндров, головка цилиндров), перед сваркой медленно нагревают до 650—700° и после медленно охлаждают во избежание коробления и появления трещин. Менее сложные детали ремонтируют сваркой без подогрева.

Электрическая сварка применяется чаще для наплавки изношенных поверхностен стальных деталей, а также для заварки трещин. При ремонте автомобильных деталей применяют преимущественно электродуговую сварку по способу инж. Славянова. При этом способе свариваемую деталь соединяют с одним из полюсов сварочного генератора постоянного или переменного тока, имеющего напряжение 30—40 в и силу тока до 300 а. Другой полюс сварочного генератора соединяют с держателем электрода.

Рис. Схема установки для дуговой сварки:
1 — электрод; 2 — держатель электрода; 3 — сварочный генератор; 4 — свариваемая деталь.

При соприкосновении электрода с деталью и при последующем удалении электрода на 2—3 мм между деталью и электродом возникает электрическая дуга с температурой 4000—5000°, вызывающая плавление металла. Сварка ведется металлическим электродом соответствующего состава. По содержанию углерода электрод должен быть близок к свариваемой стали. Электросварку, так же как и газовую сварку, можно производить с подогревом детали и вхолодную.

В процесс наварки и заварки входят следующие операции:

1. очистка мест наварки металлической щеткой (трещины разделывают крейцмейселем для получения скоса кромок под углом 45°);
2. наварка металла электродом;
3. нормализация или отжиг детали;
4. слесарно-механическая обработка наваренного слоя;
5. термическая обработка стали (по техническим условиям);
6. окончательная механическая обработка — шлифование под номинальный размер.

Хромирование применяется как защитно-декоративное покрытие для износостойкости и для восстановления изношенных поверхностей деталей до номинальных размеров. Хромированием восстанавливают поршневые пальцы, шкворни, опорные шейки распределительного вала, толкатели, стержни клапанов и другие детали. Нанесенный на поверхность слой хрома обладает высокой твердостью и износостойкостью. Сущность хромирования основана на законах электролиза. Если через электролит, содержащий раствор металла, пропускать постоянный ток, то из электролита будет выделяться и осаждаться на минусовом электроде чистый металл.

Электролитом при хромировании служит водный раствор хромового ангидрида и химически чистой серной кислоты. Наиболее употребительная следующая концентрация растворов:

1. Хромовый ангидрид: 150 г.
   Серная кислота: 1,5 г.
   Вода: 1 л.
2. Хромовый ангидрид: 250 г.
   Серная кислота: 2,5 г.
   Вода: 1 л.

Один из указанных растворов заливают в железную ванну с двойными стенками. Пространство между стенками заполняют горячей водой для обогрева ванны. Источником тока служат 6—12-вольтовые генераторы от 250 до 1000 а.

При наличии соответствующих выпрямителей можно пользоваться и переменным током.

Рис. Схема соединения детали при хромировании:
1 — ванна; 2 — генератор; 3 — свинцовая пластина; 4 — деталь.

При хромировании минус генератора соединяется с деталью, подвешенной в растворе ванны, а плюс — с нерастворимой свинцовой пластиной, также опущенной в раствор. Толщина слоя хрома, наносимого на изношенную поверхность детали, обычно достигает 0,5 мм. Более толстый слой хрома менее износостоек.

В процесс хромирования изношенной поверхности детали входят следующие операции:

1. шлифование и полирование детали для придания ей правильной геометрической формы;
2. защита мест, не подлежащих хромированию, путем покрытия их целлулоидом, растворенным в ацетоне;
3. укрепление детали в специальном подвесном приспособлении, обеспечивающем удобное размещение детали в ванне;
4. обезжиривание детали в растворе щелочи и промывка ее в горячей воде;
5. погружение деталей в 5%-ный раствор серной кислоты на 1—1,5 мин. для удаления с них пленки окислов;
6. хромирование — опускание детали в ванну и включение ее в цепь тока;
7. промывка детали в дистиллированной воде для сбора с нее электролита, затем промывка в проточной воде;
8. снятие детали с подвески;
9. шлифование детали под требуемый размер.

Металлизация заключается в нанесении на изношенную поверхность детали слоя металла или сплава в расплавленном и распыленном состоянии. Различают газовую и электрическую металлизацию.

При электрической металлизации металл расплавляется электрической дугой, а при газовой — ацетилено-кислородным пламенем.

Рис. Электрометаллизатор;
а — схема металлизации; б — схема подающего механизма: 1 — воздушная турбинка; 2 и 3 — червячные передачи; 4 — ведущие ролики для подачи проволоки; 5 — прижимные ролики; 6 — проволока; 7 — деталь; 8 — канал подачи воздуха.

Электрометаллизатор представляет собой прибор, в котором помещен механизм, подающий проволоку; к патрубку корпуса присоединяется шланг для подачи сжатого воздуха от компрессора к соплу электрометаллизатора. Кроме этого, часть сжатого воздуха подводится по каналу к турбинке подающего механизма. От турбинки вращение передается через две червячные пары роликам, подающим две проволоки к соплу.

На расстоянии 10—12 мм от сопла проволоки скрещиваются и расплавляются электрической дугой, которая образуется электрическим током, подведенным к электрометаллизатору. Расплавленный металл струей воздуха распыливается и наносится на поверхность детали, которую устанавливают на станке и приводят во вращательное движение (если деталь цилиндрическая).

В процесс металлизации входят следующие операции:

1. очистка и обезжиривание детали — обычно производятся песочной струей в специальном пескоструйном аппарате;
2. обработка детали для придания ей правильной геометрической формы;
3. придание поверхности шероховатости — на цилиндрической детали делается нарезка рваной резьбы (30—40 ниток на 1 дюйм);
4. установка детали на станок для вращения ее со скоростью 80—100 об/мин;
5. установка металлизатора в супорте станка;
6. напыливание металла на поверхность детали; при этом супорт с металлизатором Должен перемещаться вдоль детали; толщина напыленного слоя металла доводится до номинального размера детали плюс припуск на последующую обработку; расстояние от сопла металлизатора до поверхности детали должно быть 100—150 мм; при большем или меньшем расстоянии твердость напыленного слоя снижается;
7. механическая обработка детали под номинальный размер.

Металлизацией можно восстанавливать изношенные шейки валов, места посадки подшипников, тормозные барабаны и др.

Посредством металлизации можно также заделывать трещины (блока цилиндров, головки блока), которые следует предварительно разделывать крейцмейселем и обезжиривать.

Ремонт деталей путем установки втулок, колец и гильз

Установкой колец и втулок восстанавливают изношенные места валов и осей. В процесс восстановления входят следующие операции:

1. обточка изношенной поверхности детали с учетом возможности напрессовки втулки или кольца со стенками толщиной не менее 2—3 мм;
2. изготовление новой детали (втулка, кольцо), внутренний диаметр которой должен обеспечивать прессовую посадку на подготовленную изношенную поверхность с натягом по 2-му или 3-му классам точности;
3. нагрев новой детали до светлокрасного каления и напрессовка ее на подготовленное место.
4. механическая обработка поверхности под номинальный размер; материалом для изготовления втулок служит сталь и чугун.
5. термическая обработка, если это предусмотрено техническими условиями, и окончательная механическая обработка (шлифование).

Запрессовка втулок позволяет восстанавливать, почти любое изношенное отверстие. Сущность этого процесса заключается в следующем:

• а) изношенное отверстие растачивают, а затем развертывают под размер, обеспечивающий последующую запрессовку втулки;
• 6) новую втулку изготовляют из чугуна, стали или бронзы и запрессовывают в подготовленное отверстие с натягом;
• в) запрессованную втулку развертывают под размер сопряженной детали (палец, шкворень, вал, подшипник) с учетом получения нужного зазора.

Восстановление деталей пластической деформацией

Для восстановления детали существует два способа пластической деформации: раздача и обжим.

Раздачей восстанавливают детали, имеющие форму втулки, и нерабочую внутреннюю поверхность (поршневой палец), шаровые поверхности (пальцы рулевых соединений), шлицы, зубья шестерен, клапаны и др. Сущность этого способа заключается в пластической деформации металла под действием давления.

Процесс раздачи стальной детали заключается в следующем. Деталь нагревают до ковочной температуры 1000—1100°, устанавливают в соответствующую матрицу и при помощи специальной оправки производят раздачу детали ударами или прессом. Поскольку диаметр оправки больше отверстия, деталь раздается в сторону износа, чем и достигается увеличение ее наружного размера. После раздачи деталь подвергается предварительной механической обработке, далее, если требуется, термической обработке, и, наконец, окончательной механической обработке под номинальный размер.

Обжимом восстанавливают различные бронзовые втулки (верхней головки шатуна, шкворня, рессорных пальцев и т.д.).

Сущность обжима заключается в следующем. Внутрь втулки, запрессованной в деталь, устанавливают круглую оправку с зазором, обеспечивающим уменьшение внутреннего диаметра втулки на нужную величину. Затем при помощи обжимок с двух сторон на торцы втулки оказывают давление прессом. При этом вследствие пластичности металл деформируется в сторону зазора, т.е. внутрь, и этим уменьшается внутренний диаметр втулки. После обжима втулку развертывают до требуемого размера.

Рис. Приспособление для обжима втулок:
1 — обжимки; 2 — круглая оправка; 3 — втулка; 4 — деталь или матрица.

Если требуется обжать втулку, не запрессованную в деталь, ее устанавливают в матрицу соответствующего размера и производят обжим.