Глава 2. Методы восстановления деталей

Как правило, детали металлургического оборудования характеризуются большими линейными размерами (до нескольких метров) и значительной массой (до 10 т. и более). Отказы же деталей связаны, в большинстве случаев (от 70 % и более), с развитием процессов изнашивания, т.е. с разрушением тонких поверхностных слоёв, масса которых намного меньше массы деталей. Поэтому многие детали (ролики, чаши и конусы, шестерённые валки, шпиндели, направляющие, зубчатые колёса, валы, оси, колёса и т.д.) целесообразно восстанавливать, а не заменять на новые.

При повреждении крупногабаритных деталей (трещины, сколы, деформации) также целесообразно их восстановление).

Для восстановления изношенных поверхностей деталей разработаны методы:

- пластического деформирования;

- изменения конструкции детали;

- наращивания поверхностных слоёв.

Восстановление повреждённых деталей (трещины, изломы, деформации) осуществляется методами:

- правка;

- сварка;

- доотливка;

- сшивание.

При обосновании метода восстановления детали решающее значение имеет экономическая эффективность. Целесообразным является тот метод, который полностью восстанавливает техническую характеристику детали и при этом стоимость восстановленной детали ниже вновь изготовленной.

2.1. Способы восстановления изношенных деталей

Пластическое деформирование

Реализация метода пластического деформирования для восстановления изношенных поверхностей осуществляется двумя способами – осадкой и выдавливанием. Этими способами восстанавливаются валы, оси, зубья зубчатых колёс и т.п.

При осадке детали вдоль её продольной оси увеличиваются поперечные размеры, компенсирующие износ детали. Для восстановления изношенных посадочных поверхностей валов применяется способ выдавливания.

На посадочной поверхности вала коническим роликом накатывается винтовая канавка. За счёт выдавливания металла происходит увеличение диаметра на 0,2…0,3 мм. Затем сглаживающей пластиной при вращающейся детали обеспечивается номинальный диаметр.

Для облегчения процесса пластического деформирования через контакт ролик-деталь пропускают ток I = 300-600 A при напряжении U = 1-5 В. При этом на контакте температура повышается до 850-900 ⁰ C.

Изменение конструкции детали

Под изменением конструкции детали понимается либо изменение размеров детали (переход на другой размер резьбы, переточка или перешлифовка и др.), либо выполнение детали составной (гильзование, надевание “рубашек”, крепление накладок и т.д.)

2.2. Способы наращивания поверхностных слоёв

Электролитические способы

Эти способы используются при наращивании слоя толщиной, измеряемой сотыми и десятыми долями миллиметра. Наиболее распространёнными являются хромирование, никелирование, осталивание.

Механический способ

За последние годы в МГТУ им. Г.И.Носова разработан метод нанесения покрытий вращающимися проволочными щётками. Этот метод позволяет восстанавливать изношенную поверхность путём нанесения антифрикционных, износостойких покрытий. Толщина наносимого слоя находится в пределах сотых, десятых долей миллиметра.

Нанесение самотвердеющих пластмасс

Этот способ находит применение для восстановления изношенных поверхностей базовых и корпусных деталей.

Самотвердеющие пластмассы марок АСТ-Т, ТШ, СХЭ-2 напыляют на деталь нагретую до t = 200-250°C. После схватывания обрабатывают на номинальный размер.

За последние годы на металлургических предприятиях находят применение самотвердеющие при нормальной температуре износостойкие композиции, разработанные английской фирмой “BELZONA”.

Этими способами восстанавливается изношенный слой толщиной до 5 мм.

Металлизация

Это процесс нанесения на поверхность частиц расплавленного металла струёй сжатого газа или плазмой.

По способу расплавления различают металлизацию электродуговую и высокочастотную.

Способ металлизации позволяет наносить высокоизносостойкие покрытия толщиной от 0,3 до 15 мм.

Металлизованные покрытия выдерживают многократные перепрессовки. Покрытия, наносимые электродуговыми и газовыми высокочастотными металлизаторами, хрупкие, имеют слабую прочность сцепления с металлом заготовки. Поэтому эти способы не нашли широкого применения.

Разработка и внедрение в промышленность плазмотронов существенно расширяет возможности восстановления деталей металлизацией.

Высокие температуры плазмы (до 20…50 тыс. К) и скорости её истечения (до 10 тыс. м/с) значительно повышают прочность сцепления наносимого материала с материалом заготовки. Металлизованные поверхности хорошо работают со смазочными материалами, и продолжительность работы узла трения до заедания в 10 раз выше пар трения, не подвергнутых металлизации.

Важное значение для хорошего сцепления наносимого слоя имеет подготовка восстанавливаемой поверхности (химическое травление, дробеструйная обработка, нарезание рваной резьбы, электроискровая обработка и т.д.).

В качестве примера рассмотрим технологию восстановления маталлизацией посадочных мест вала барабана моталки стана горячей прокатки:

- протачивание участка вала на глубину 1,5 мм для удаления повреждённого поверхностного слоя;

- нарезание резьбы с шагом t=0,9 мм и высотой резьбы 0,5 мм;

- нагрев до температуры t = 150°С кислородно-ацетиленовым пламенем;

- наплавление подслоя толщиной 0,05 мм;

- металлизация основного слоя.

Наплавка

Наиболее широко для восстановления деталей металлургического оборудования используются различные способы наплавки.

Различают наплавку – дуговую, газовую, электрошлаковую, плазменную, индукционную, диффузионную, электроконтактную.

Высокую производительность имеют полуавтоматические и автоматические установки для наплавки под слоем флюса слоёв толщиной 0,8-10 мм.

Недостатком данного способа является высокий нагрев детали и значительное перемешивание основного и присадочного материалов.

При плазменной наплавке с вдуванием порошка получаются наплавленные слои высокого качества с минимальной глубиной проплавления.

При плазменной наплавке с присадочной проволокой возрастает глубина проплавленного слоя.

Наиболее высокая производительность и качество наплавленнго слоя достигается при плазменной наплавке с нагретой присадкой.

2.3. Способы восстановления поврежденных деталей

Правка

Валы, оси, металлоконструкции, имеющие деформации изгиба, подвергаются правке на прессах, чеканкой, нагревом.

Валы, оси диаметром до 50 мм правят чеканкой. Один конец вала закрепляется, а под место изгиба устанавливается медная подставка. Затем по месту выпуклости наносятся удары по схеме рис.2.1.

Рис 2.1. Схема чеканки вала

Нагревом возможна правка валов большого диаметра. В этом случае вал обкладывается мокрыми листами асбеста слева и справа от места изгиба и производится нагрев выпуклого участка до температуры 500-600 ^o C в течение 3-5 мин. Остывая, вал выпрямляется.

В некоторых случаях детали с большим отношением длины к диаметру (например штанга большого конуса) могут правиться на токарных станках приспособлением, закрепленным в суппорте.

Сшивание

Под этим термином понимается соединение частей детали различными элементами. Этим способом восстанавливаются прочностные свойства корпусных деталей, в которых развились трещины.

Существует несколько реализаций данного способа.

Один из них – соединение планками (рис. 2.2). По обе стороны от трещины посверливаются отверстия на расстоянии “a”, в которые вставляются штифты.

Рис. 2.2. Восстановление прочности корпуса

Изготавливается планка с отверстиями на расстоянии b < aи производится её нагрев до температуры, при которой расстояния aи b между отверстиями становятся равными. Планка устанавливается на штифты и при её остывании происходит стягивание трещины. Для того, чтобы трещина не развивалась дальше, необходимо засверливать её концы.

Другой способ – соединение гребёнками. По обе стороны от трещины высверливается ряд отверстий 1 (рис. 2.3,а).

Рис. 2.3. Сшивание трещин

В эти отверстия забивается гребёнка из хромоникелевой стали. Для повышения прочности соединения справа и слева от гребёнки по трещине высверливаются отверстия, в которые забиваются конические штифты. Для герметизации трещина заделывается герметиком.

Разновидностью данного способа является использование вместо гребёнки прокатного профиля (рис 2.3,б). В этом случае между отверстиями 1 прорезываются канавки.