Классификация и краткая характеристика способов восстановления деталей

Восстановление изношенных и поврежденных деталей является важным резервом экономии трудовых и материальных ресурсов. Стоимость восстановления деталей значительно ниже стоимости их изготовления. Так, например, при производстве автомобильных деталей расходы на материалы и изготовление заготовок (отливок, поковок, штамповок) составляют 70...75% их стоимости, а при восстановлении деталей в зависимости от способа восстановления эти затраты составляют 6...8%, так как заготовкой является сама деталь и при этом обрабатываются только те поверхности, которые имеют дефекты. Затраты на восстановление деталей в зависимости от их конструктивных особенностей и степени изношенности составляют 10...50% стоимости новых деталей. При этом чем сложнее деталь и, следовательно, чем дороже она в изготовлении, тем ниже относительные затраты на ее восстановление.

Восстановление деталей является крупным резервом обеспечения автомобильной техники запасными частями, расходы на которые в настоящее время составляют 40...60% себестоимости КР автомобилей. Расширение номенклатуры восстановления деталей позволяет уменьшить потребности в производстве запасных частей.

Повышение надежности отремонтированных автомобилей (агрегатов) зависит от качества восстановления деталей. В настоящее время авторемонтное производство располагает современными способами восстановления, обеспечивающими послеремонтные ресурсы деталей на уровне, близком к ресурсам новых (рис. 3.1). Для восстановления работоспособного состояния узлов и агрегатов необходимо восстановление первоначальной посадки в сопряжениях. Чаще всего это осуществляется путем наращивания изношенных поверхностей тем или иным способом (сварка и наплавка, нанесение электролитических покрытий и др.) с последующей обработкой их под номинальный размер.





В ряде случаев первоначальную посадку в сопряжениях восстанавливают путем изменения начальных размеров сопрягаемых деталей (способ ремонтных размеров), постановкой дополнительной ремонтной детали, а также способами, основанными на перемещении металла детали к ее изношенной части. Для выбора рационального способа применительно к восстановлению конкретной детали или группе деталей следует знать технологические возможности различных способов и их характерные особенности.

Сварка и наплавка. Этот способ получил самое широкое распространение при ремонте (до 70% деталей восстанавливают сваркой и наплавкой). Сварку применяют для устранения трещин, пробоин, а наплавку — для нанесения покрытий с целью компенсации износа рабочих поверхностей. Различают различные виды наплавки (наплавка под слоем флюса, наплавка порошковыми проволоками, вибродуговая наплавка, наплавка в среде защитных газов и др.).

Наплавка под слоем флюса. Для этого способа характерны высокая производительность (за счет применения высоких плотностей тока), возможность получения слоев с необходимыми физико-механическими



свойствами благодаря широкому легированию наплавленного металла, возможность получения наплавленных слоев толщиной 0,8...10 мм. К недостаткам следует отнести высокий нагрев детали и значительное перемешивание основного и присадочного металлов, невозможность выполнения наплавки на детали диаметром менее 55 мм; необходимость удаления ручным способом шлаковой корки.

В качестве материалов применяют высокоуглеродистую и порошковую проволоку, порошковую ленту. Наплавку под слоем флюса применяют для восстановления деталей с износом более 0,6 мм.

Наплавка порошковыми проволоками. При восстановлении деталей с износом более 0,6 мм все большее распространение получают проволоки, в состав которых входят легирующие элементы и газо- и шлакообразующие вещества. Их применяют при наплавке открытой дугой без дополнительной защиты.

Вибродуговая наплавка. Несмотря на отдельные недостатки, этот способ находит широкое применение на ремонтных предприятиях, что объясняется наличием наплавочных установок, простотой их освоения и эксплуатации, возможностью нанесения слоев требуемой твердости стальных и чугунных деталей диаметром 12...80 мм, небольшой зоной термического влияния. Однако качество наплавки невысокое: покрытия получаются нередко с порами, неравномерной твердостью и неоднородной структурой. Все это способствует возникновению значительных растягивающих внутренних напряжений и, как следствие, снижению усталостной прочности на 30...40%. Поэтому этот способ наплавки не рекомендуется для восстановления деталей, испытывающих значительные динамические нагрузки, например, коленчатых валов.



Наплавка в среде защитных газов. Наибольшее распространение получила наплавка плавящимся электродом в среде дешевого и недефицитного углекислого газа. Этот способ, также как и вибродуговая наплавка, позволяет наносить на детали небольших диаметров слои толщиной 0,5...3,5 мм, но более высокого качества при более высокой производительности. К недостаткам следует отнести повышенное разбрызгивание металла (до 15%), более значительное термическое влияние по сравнению с вибродуговой наплавкой, необходимость применения для получения слоев высокого качества специальной легированной проволоки.

Электроконтактная приварка. Это эффективный высокопроизводительный (60...90 см²/мин) способ восстановления цилиндрических деталей, особенно с небольшими износами. Он позволяет наращивать материалы различной формы, с различными физикомеханическими свойствами (стальные ленты, порошки, проволоки). Толщину наплавляемого слоя можно регулировать в пределах 0,2...1,5 мм, зона термического влияния не превышает 0,5 мм, припуск на механическую обработку 0,2...0,5 мм. К недостаткам следует отнести несплавление в ряде случаев в отдельных местах ленты с основным металлом, которое выявляется при шлифовании.

Нанесение гальванических покрытий. Наиболее широкое применение в ремонтном производстве нашли процессы хромирования и железнения. Они имеют ряд преимуществ перед наплавкой: позволяют наносить тонкие покрытия равномерной толщины с различной твердостью и износостойкостью без нарушения структуры основного металла, так как он в процессе наращивания остается практически холодным, и одновременно восстанавливать большую группу деталей, что снижает производственные затраты на ремонт. В то же время этим способам присущи такие недостатки, как значительная сложность и большой объем работ при выполнении технологических процессов восстановления деталей, низкая скорость электрического осаждения хрома, снижение сопротивления усталости деталей, загрязнение окружающей среды отходами производства. Перечисленные недостатки сдерживают более широкое внедрение этих способов в ремонтное производство. Однако потенциальные возможности совершенствования физико-механических свойств гальванических покрытий, а также технологических процессов восстановления деталей в целом значительны.



Металлизация напылением металла. Способ обеспечивает высокую износостойкость деталей, работающих при жидкостном трении. В зависимости от способа расплавления металла различают газопламенное, плазменное, детонационное, электродуговое, высокочастотное напыление. Весьма эффективно нанесение тонких слоев газопламенным и плазменным напылением с применением износостойких порошковых твердых сплавов.

Нанесение пластмасс. Пластмассы имеют широкое распространение в авторемонтном производстве. Их применяют как для изготовления новых деталей, так и при их восстановлении для заделки трещин и пробоин, соединения деталей склеиванием, нанесения износостойкого покрытия. Из всех видов пластмасс наибольшее применение в авторемонтном производстве получили эпоксидные композиции.

Восстановление деталей под ремонтный размер. Этот метод является одним из наиболее совершенных и имеет самый высокий коэффициент технико-экономической эффективности по сравнению с другими способами восстановления. Вместе с тем этому методу присущи и некоторые недостатки. Главным из них является нарушение взаимозаменяемости — основы современного машиностроительного производства. Недостатками являются также сложность комплектования и подбора и увеличение складских запасов, _что приводит к замораживанию больших средств. Кроме того, для дефектации и контроля необходим большой набор предельных калибров.

Способ дополнительных ремонтных деталей, компенсирующих износ. Этот способ находит применение для восстановления ограниченной номенклатуры деталей. Им восстанавливают отверстия (гнезда) под подшипники качения и резьбовые отверстия в базовых деталях агрегатов, а иногда валы и крестовины.



Пластическое деформирование. Способ основан на использовании пластических свойств материала детали. Им восстанавливают размеры деталей, их форму и физико-механические свойства. При этом применяют такие виды пластической деформации, как осадку, раздачу, обжатие, выдавливание, вытяжку, правку, термомеханическую обработку и др. Применение способа в ряде случаев ограничивается конструктивно-технологическими особенностями деталей. Например, поршневые пальцы у двигателей ЗМЗ можно восстанавливать раздачей, а у ЗИЛ нельзя — он ступенчатый внутри.

Электромеханический способ высадки и сглаживания металла деталей. Он находит применение при восстановлении поверхностей под подшипники при их износе не более 0,2 мм, при восстановлении бронзовых втулок после обжатия, а также термически обработанных до высокой твердости изношенных деталей. Метод позволяет получить размер детали без последующей механической обработки.

Ориентировочные технико-экономические показатели способов нанесения покрытий и их применимость при восстановлении типовых соединений деталей автомобилей представлены в табл. 3.1.

Коэффициент производительности К_п рассчитан как отношение основного времени t_рн, затраченного на восстановление условной детали ручным способом, к основному времени t_i, восстановления условной детали сравниваемым способом:

К_п = t_рн / t_i,

За основное время t_рн приняты затраты времени, включающие предварительную механическую обработку, нанесение покрытия и последующую механическую обработку. При расчете основного времени восстановления условной детали электролитическими способами число одновременно покрываемых деталей принимается по существующим нормам загрузки катодной штанги для ванны среднего размера. Например, для струйного хромирования принято одновременное наращивание четырех деталей.



Коэффициент технико-экономической эффективности Кэ оценивается с учетом производительности и экономичности способа восстановления условной детали:

К_э = К_п · Э_а / 100,

где Э_а — экономия при восстановлении условной детали, %.

В отличие от способов нанесения гальванических покрытий и напыления, для наплавки характерно наличие больших припусков на механическую обработку (0,4...1,5 мм на сторону) и, как следствие, неизбежность существенных потерь металла наплавки (см. табл. 3.1).

Все способы наплавки (за исключением электроконтактной) оказывают значительное термическое влияние на изделие, что приводит к возникновению напряжений и деформаций. Все способы нанесения покрытий снижают сопротивление усталости, поэтому с целью его повышения следует предусмотреть дополнительные различные технологические операции (термообработку, упрочнение), особенно для деталей, работающих в условиях циклических нагрузок.

Таким образом, при выборе оптимальной технологии восстановления конкретной номенклатуры деталей необходимо предусмотреть решение комплекса вопросов, отражающих условия производственной деятельности предприятия, его тип, форму организации и учитывающих объем и конструктивно-технологическую классификацию восстановления деталей, транспортные затраты.

Таблица 3.1. Технико-экономические показатели способов нанесения покрытия

Способ восста- новления деталей	Произ- води- тель- ность спо- соба (тол- щина пок- рытия до 1 мм), кг/ч (см²/мин)	Тол- щина нанос- имого пок- рытия, мм	При- пуск на меха- ничес- кую обра- ботку, мм	Доля основ- ного метал- ла в наплав- ленном, %	Проч- ность сцеп- ле- ния, МПа	Де- фор- мац- ия дета- ли после нара- щива- ния	Мини- маль- ный диа- метр дета- ли, мм	Сниже- ние сопро- тивле- ния уста- лости, %	Коэф- фици- ент произ- води- тель- ности Кп	Коэф- фици- ент тех- нико- эконо- ми- чес- кой эффек- тив- ности Кэ
Сварка:
ручная газовая	0,15-2,00 (1-3)	0,4...3,5	0,4...0,8	5...30	480	Значи- тельная	—	25	0,73...0,58	0,138
дуговая	0,4-4,0 (8-14)	0,5...4,0	1,1...1,7	20...40	500	То же	—	30	1,0	0,314
плазменная	1,0-12,0 (45-72)	0,2...5,0	0,4...0,9	5...30	490	Незначи- тельная	12	12	2,2...1,9	0,56
аргонодуговая	0,3-3,6 (12-26)	0,2...2,5	0,4...0,9	6...25	450	То же	12	25	1,1...1,7	0,171
Наплавка:
под слоем флюса	2,0-15,0 (16-24)	0,8..30,0	0,8...1,5	27...60	650	Значи- тельная	45	15	1,62...1,45	0,436
порошковыми проволоками	2,0-9,0 (16-36)	1,0...8,0	0,6...1,2	12...35	600	То же	20	15	1,75...1,54	0,40
вибродуговая	0,5-4,0 (8-22)	0,3...3,0	0,7...!,3	8...20	500	Незначи- тельная	10	35	0,85...0,72	0,25
в среде CO₂	1,5-4,5 (18-36)	0,5...3,5	0,7...1,3	12...45	550	Значи- тельная	15	15	1,82...1,77	0,403
Электроконтактная приварка	1,0-2,8 (50-90)	0,2...1,5	0,2...0,5	—	300	Незначи- тельная	15	25	2,3...2,1	0,66
Напыление:
газопламенное	0,4-4,0 (35-80)	0,2...2,0	0,3...0,7	—	25	Отсутствует	—	30	1,68...1,47	0,39
плазменное	0,8-12 (40-90)	0,2...3,0	0,03...0,06	—	45	То же	10	25	1,76...1,68	0,40
Нанесение гальванических покрытий:
хромирование	0,007-0,085 (40-60)	0,01...0,30	0,3...0,06	—	450	Отсутствует	5	20	0,32...0,22	0,087
железнение	0,011-0,900 (100-150)	0,1...3,0	0,15...0,20	—	400	То же	12	25	1,93...1,77	0,637