Основы проектирования технологических процессов ремонта деталей оборудования

Задачей проектирования технологических процессов ремонта деталей является разработка рациональной последовательности и содержания технологических операций по восстановлению работоспособности неисправной детали до уровня, близкого к уровню работоспособности новой детали путем использования для этого рациональных способов восстановления, состава оборудования, технологической оснастки и режимов их использования.

Основу проектирования этих процессов составляет последовательное решение таких вопросов: анализ назначения, конструкции и условий эксплуатации детали; анализ возможных ее неисправностей, дефектов; выбор рациональных способов устранения дефектов; формирование рационального маршрута ремонта детали; формирование порядка выполнения каждой операции (переходов, проходов, приемов); определение оборудования, инструмента, материалов, приспособлений по каждой операции; выбор (расчет) технологических параметров и их значений по ее элементам; оформление технологической документации (ремонтных чертежей, операционных, маршрутных карт, карты эскизов). Порядок выполнения ремонтно-восстановительных операций устанавливается таким образом, чтобы последующие операции не нарушали бы качественных показателей детали, достигнутых на предыдущих операциях. Кроме восстановительных операций технологический процесс обязательно должен содержать, кроме начальных и окончательных, промежуточные операции мойки, чистки деталей и контроля их качества.

При проектировании необходимо руководствоваться типовыми технологическими процессами ремонта деталей, концентрирующими научный и практический опыт ремонтного производства.

В качестве примера рассмотрим особенности проектирования таких типовых деталей машин, как базовые, валы.

К базовым деталям оборудования, механизмов, агрегатов относятся корпуса, станины, рамы.

Корпусные детали. Корпусные детали, поступающие в ремонт, имеют такие дефекты: трещины, изломы, пробоины, обломы болтов и шпилек, срыв резьбы, износ посадочных поверхностей под подшипники, стаканы и втулки, коробления привалочных поверхностей, износ резьбы, нарушение соосности отверстий под подшипники валов, параллельность осей этих отверстий между собой и межосевые расстояния. Наибольшая повторяемость дефектов характерна для посадочных отверстий под подшипники и стаканы. Типовой технологический процесс ремонта корпусов определяет такую последовательность устранения дефектов [28]: очистка и мойка; дефектация (и комплектование маршрутов при ремонте крупной партии однотипных корпусов); удаление сломанных болтов, шпилек, винтов; выполнение сварочных и наплавочных работ; подготовка технологических баз (механическая или слесарно-механическая обработка установочных плоскостей и отверстий); восстановление резьбовых отверстий; предварительная механическая обработка поверхностей, подлежащих восстановлению электролитическими и иными покрытиями или методом установки дополнительных деталей (втулок, колец, вкладышей); электролитическое и иное наращивание поверхностей; установка и закрепление дополнительных деталей; окончательная механическая обработка поверхностей; мойка корпусов окончательная; общий контроль качества.

Одной из важнейших задач при ремонте корпусных деталей является обеспечение базирования корпусов. От этого в первую очередь зависит качество ремонта.

Наиболее приемлемой схемой базирования большинства корпусных деталей является схема базирования, используемая на предприятии-изготовителе (заводская). Но использование баз основного производства без введения коррективов не всегда достаточно эффективно. Уменьшение погрешности до необходимого значения получают введением в технологический процесс слесарной операции по развертыванию технологических базовых установочных отверстий не более чем на 0,1 мм с соответствующим увеличением диаметра пальцев установочного приспособления. Комплект баз основного производства у большинства корпусных деталей составляет плоскость и расположенные в ней два базовых отверстия.

Использование комплекта заводских технологических баз при восстановлении корпусов имеет свои особенности. Размеры базовых отверстий корпусов, поступивших в ремонт, отличаются от размеров, указанных на рабочих чертежах. Неиспользуемые при эксплуатации базовые отверстия изнашиваются на 0,2-0,4 мм в процессе многократных установок и снятия корпусов на установочных приспособлениях при их изготовлении. Кроме того, при диагональном расположении базовых отверстий у большинства корпусов в процессе эксплуатации нарушается их взаимное расположение. Поэтому при проектировании установочных приспособлений необходимо учитывать изменение межосевого расстояния и износ базовых отверстий.

Необходимо также учитывать то, что у корпусов, поступающих на восстановление, на базовой плоскости имеются забоины, возникающие в процессе разборки агрегатов и транспортирования корпусов. Наличие забоин в местах контакта корпуса с установочными пластинами приводит к увеличению припуска на обработку отверстий, нарушению взаимного расположения осей отверстий и плоских поверхностей, а также осей резьбовых отверстий относительно восстановленных отверстий, в результате чего может быть не обеспечена собираемость сопряжений. Поэтому в технологии необходимо предусматривать зачистку базовой поверхности в местах контакта с установочными пластинами.

Трещины, пробоины, обломы в корпусах заваривают дуговой (методом отжигающих валиков) или газовой сваркой, запаивают латунью, ставят фигурные вставки или заплаты из листовой стали, полимерными композициями (в ненагруженных местах) на основе эпоксидных смол или клеев, замазки. Перед заделкой трещины ее концы засверливают, очищают ее от ржавчины и масла, предварительно разделывают кромки (при большой толщине корпуса). Корпуса с изломами выбраковывают.

Забоины, царапины и коробление привалочных поверхностей устраняют шлифованием, фрезерованием или шабрением. Шлифование ведут на радиально-сверлильных или плоскошлифовальных станках абразивными кругами большого диаметра.

Посадочные отверстия ремонтируют растачиванием под ремонтные размеры, растачиванием и запрессовкой втулок с последующей обработкой отверстий под номинальный размер, наращиванием отверстий электроискровым или электролитическим способами. Растачивание выполняют на вертикально-расточном станке с применением специального приспособления. Растачивание отверстий в противоположных стенках корпуса производят с одной установки, что обеспечивает необходимую соосность отверстий.

В отдельных случаях возможно восстановление базовых отверстий электроискровым наращиванием слоя толщиной до 0,5 мм.

Эффективным является восстановление посадочных отверстий корпусных деталей способом местного или вневанного осталивания. Стоимость осталивания в 2-3 раза ниже хромирования.

Резьбовые отверстия под болты и шпильки восстанавливают путем нарезания резьбы увеличенного (ремонтного) размера. Если же необходимо обеспечить резьбу номинального размера, то изношенное отверстие рассверливают, нарезают в отверстии резьбу, ввертывают пробку, стопорят ее, сверлят отверстие и нарезают резьбу номинального размера.

Рамы и станины. Основными дефектами рам и станин являются: сварных - трещины, коробление, нарушение сварных соединений; литых - трещины, сколы, износ направляющих; клепаных - усталостные трещины в зоне крепления кронштейнов, обрыв заклепок, ослабление заклепочных соединений. Способы ремонта определяются характером повреждений [6, 28, 32]. Так, трещины могут быть заделаны с помощью стяжек, штифтов, накладок, заваркой. Пробоины и сколы - установкой ввертыша, пробки, вставки, заваркой и наплавкой сколов. Восстановление кронштейнов, ушек, выступающих стержней - установкой вставок, приваркой отломанной части. Восстановление изношенных отверстий - установкой ремонтой втулки, наплавлением слоя на поверхность отверстия, установкой ремонтной пробки, установкой накладок. Восстановление направляющих - при незначительном износе (до 0,3 мм) шлифованием, шабрением с притиркой пастой ГОИ; задиры и глубокие риски - запайкой баббитом; при износе порядка 0,5 мм - фрезерованием, тонким строганием с последующей закалкой ТВЧ, виброобкатыванием; при значительных износах - строганием, фрезерованием с последующей установкой накладок из тестолита ПТ или ПТ-1, гетинакса Б и др.

После установки наиболее вероятных дефектов этого класса деталей и рациональных для условий конкретного ремонтного производства способов устранения этих дефектов составляют технологический маршрут ремонта детали. Затем по каждой операции выбирают оборудование, инструмент, приспособления, рассчитывают или принимают по нормативно-справочной документации технологические параметры и норму времени на выполнение отдельных переходов и операции в целом.

Шлицевые и гладкие валы, оси. Валы и оси могут иметь следующие дефекты: износ и задиры посадочных шеек; износ и смятие рабочих поверхностей шпоночных канавок, шлицев, резьбы; погнутость и скрученность вала; трещины и изломы. Перед началом ремонта вала следует проверить состояние центровых гнезд и при необходимости восстановить их шабером или обработкой на токарном станке.

Скрученность вала более 0,25⁰ на 1 м длины считается недопустимой и вал выбраковывают. Валы и оси с дефектами в виде трещин, отколов, выкрашиваний, больших задиров также следует выбраковывать.

У валов наиболее часто дефекты появляются на посадочных поверхностях под подшипники и резьбовых поверхностях. Поверхности под подшипники восстанавливают при износе 0,017-0,060 мм; поверхности неподвижных соединений (места под ступицы со шпоночными пазами и др.) за счет дополнительных деталей - при износе более 0,04-0,13 мм; поверхности подвижных соединений - при износе более 0,4-1,3 мм; под уплотнения - более 0.15-0,20 мм. Шпоночные пазы восстанавливают при износе по ширине более 0.065-0,095 мм; шлицевые поверхности - при износе более 0,2-0,5 мм.

Наиболее часто восстановление гладких валов, осей рекомендуется выполнять по двум типовым маршрутам. Последовательность основных операций по первому маршруту следующая: мойка, дефектация, подготовка технологических баз, правка, наплавка изношенных поверхностей, нормализация, правка, токарная обработка поверхностей, фрезерование шпоночных пазов, закалка поверхностей ТВЧ, шлифование, мойка, контроль качества. По второму маршруту эта последовательность следующая: мойка, дефектация, подготовка технологических баз, правка, наплавка резьбовых поверхностей и шпоночных пазов, токарная обработка и нарезание резьб, электромеханическое высаживание, фрезерование шпоночных пазов, электромеханическое выглаживание, мойка, контроль качества. Состав же и последовательность технологических операций зависят от состава дефектов и выбранных способов их устранения.

Прогиб вала или оси устраняют правкой в холодном состоянии или с предварительным подогревом. Валы диаметром до 60-80 мм и с прогибом до 6-8- мм на 1 м длины правят в холодном состоянии с применением прессов и винтовых скоб. Валы большого диаметра и с большим прогибом правят с нагревом. При прогибе вала до 2-4 мм на 1м длины возможна правка способом местного наклепа. Незначительные погнутости обточенных валов (0,1-0,3 мм на 1 м длины вала) устраняют шлифованием. После правки для снятия внутренних напряжений вал подвергают термообработке (нагрев до температуры 400-450 ⁰С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 0,5-1 ч).

Посадочные шейки валов восстанавливают до номинальных размеров путем наращивания наплавкой, металлизацией, электролитическим покрытием, полимерами, способом пластического деформирования, применением напрессовки втулки. Весьма эффективно восстановление валов обработкой под ремонтные размеры.

При восстановлении размеров посадочных шеек наиболее распространена наплавка. Наплавку обычно выполняют по винтовой линии. При ремонте валов недостаточной жесткости наплавку ведут продольным наложением валиков. После наплавки вал при необходимости правят, шейки обтачивают твердосплавными резцами и шлифуют под номинальные размеры.

Посадочные шейки под обоймы подшипников качения с износом по диаметру до 0,1-0,2 мм весьма эффективно восстанавливать пластическим деформированием поверхностного слоя электромеханическим способом.

При восстановлении шейки вала путем напрессовки стальной втулки необходимо предварительно обточить вал, чтобы толщина стенок втулки была не менее 3 мм.

Шлицевые поверхности валов могут иметь износ, смятие и выкрашивание рабочих поверхностей. Шлицевую часть вала диаметром более 80 мм наплавляют ручной или автоматической наплавкой продольными валиками. Для уменьшения деформации вала наплавку ведут в определенной последовательности. Шлицевые поверхности с шириной шлицев до 5 мм чаще заваривают сплошь.

При незначительном износе по ширине (0,1-0,2 мм) шлицы валов можно восстановить раздачей шлицев или электроискровым наращиванием боковых поверхностей с последующим их шлифованием. В отдельных случаях сильно изношенную шлицевую часть вала отрезают, приваривают новый конец заготовки, обтачивают и нарезают новые шлицы методом обкатки. При любом способе ремонта окончательные размеры шлицев получают механической обработкой.

Шпоночные пазы могут иметь такие же неисправности, как и шлицы. Шпоночный паз при износе менее чем на 15% его ширины можно расширить под ремонтный размер путем фрезерования. Если увеличением ширины паза не восстанавливается его геометрическая форма, то фрезеруют новый паз, смещенный на 90-120⁰ к поврежденному, а старый заваривают. На валах крупных размеров применяют наплавку паза с одной стороны с последующей механической обработкой.

Резьба. При незначительных смятиях и наличии заусенцев резьбу исправляют прогонкой плашкой на токарном станке или слесарными приемами. При значительном износе профиля и при срыве ниток резьбовую часть наплавляют с последующей обточкой шейки и нарезанием резьбы требуемого размера. В отдельных случаях старую резьбу срезают и на этом месте нарезают новую резьбу уменьшенного диаметра.

После формирования окончательного маршрута ремонта вала, оси проектируют технологические процессы выполнения операций.