Восстановление механических свойств детали

Восстановление механических свойств материала детали пластическим деформированием.

В ряде случаев отдельные детали в результате эксплуатации, а так же после восстановления их различными способами ухудшают механические свойства. Так, пружины и рессоры теряют жесткость, наплавленные детали теряют усталостную прочность.

Для восстановления износостойкости, твердости, усталостной прочности деталей часто прибегают к наклепу поверхностного слоя металла. Практическое применение на авторемонтных предприятиях имеют следующие разновидности механического упрочнения.

2.1.Обкатка рабочих поверхностей деталей роликами и шариками

Сущность обкатки заключается в том, что уменьшается величина микронеровностей поверхности с одновременным упрочнением последней.

Обкатывание наружных поверхностей выполняютна токарном станке при помощи специального инструмента –накатки. Накатка устанавливаетсяна суппорте станка и прижимается к детализа счет усилияпоперечной подачи.

Для обработки внутренних цилиндрических поверхностей применяют роликовые или шариковые раскатки.

При такой обработке достигается шероховатость поверхности не ниже Rа = 0,63 – 0,16 мкм и повышение усталостной прочности на 20-30 %.

а) обработка гильз цилиндров;

б) обработка отверстий втулок в верхних головках шатунов;

в) обкатка шеек и галтелей коленчатых валов;

г) обработка фасок клапанных гнезд двигателей (конической раскаткой);

д) восстановление жесткости пружин и т.д.

2.2. Механическая чеканка

Механическая чеканка является наиболее эффективным способом упрочнения галтелейна коленчатых валах. При этом методе наклеп на упрочняемых поверхностях создается при помощи бойков ударного действия, приводимых в движение специальным приспособлением. Приспособление монтируетсяна суппорте токарного станка, а вал закрепляют в центрах станка. В результате чеканки твердость поверхности повышается на 30-50 %.

Дорнование- это процесс продавливания дорна или стальных шариковчерез отверстие. При этом точность отверстия повышается на один квалитет при одновременном повышении износостойкости детали.

В процессе ремонта двигателей дорнование часто применяют при обработке отверстии втулок в верхних головках шатунов, при ремонте отверстий в лонжеронах рам автомобилей. Дорн изготавливается из стали 45 с последующей закалкой до твердости 45. 60 НRС. Дорн прогоняется через отверстие втулки под прессом, что обеспечивает шероховатость поверхности до Ra= 0,16 мкм, правильную геометрическую форму отверстия его точный размер, наклеп поверхности, повышающий износостойкость, и гарантирует неподвижную посадку втулки в головке шатуна. (Рис.4а).

2.4. Дробеструйный наклеп

Дробеструйный наклеп достигается благодаря воздействию кинетической энергии потока дроби. Дробеструйная обработка осуществляется на специальных механических или пневматических установках (дробеметах), в которых скорость полета дроби достигается быстровращающимися лопатками ротора или струей сжатого воздуха.

Для дробеструйной обработки стальных деталей (пружины, рессорных листов, полуосей и др.) применяют стальную дробь размером 0,6 – 1,2 мм, скорость полета дроби 60-100 м/сек, время наклепа от 3 до 10 мин. В этом случае глубина наклепа не превышает 1 мм.

2.5. Вибрационное обкатывание.

Этот способ заключается в том, что поверхность детали обрабатываютпо винтовойлинии колеблющимся шариком илиалмазным наконечником.

В результате относительногоперемещения инструмента и обрабатываемой деталина поверхности последней выдавливаются неглубокиеканавки (несколько микрон), которые являютсякарманами,удерживающими смазку. Для вибрационного обкатывания используют металлообрабатывающие станки.

Возможности использования вибрационного обкатывания достаточно широки. Этим способом можно обрабатывать поверхности деталей практически любой твердости, форм и габаритов.

В авторемонтном производстве этим способом обрабатывают гильзы цилиндров двигателей.

Сущность способа заключается в том, что специальный инструмент (гладилка) получает вибрацию с частотой не менее 18 кГц, создает ударное воздействие на упрочняемую поверхность и, перемещаясь вдоль поверхности, подвергает ее пластическому деформированию. (Рис.4г).

Гладилку 4 изготовляют из твердого сплава Т15К6 и придают радиусную форму по ширине (R = 8 мм) и толщине (r = 4 мм). Ее прижимают с усилием 400…500 Н, и она получает еще ультразвуковые колебания с частотой 18…24 кГц и амплитудой 20…25 мкм. Скорость вращения детали 0,9…1 м/с, продольная подача инструмента S = 0,125 мм/об, смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) – индустриальное масло.

В процессе упрочнения стальных деталей можно повысить поверхностную микротвердость в 1,5…2 раза с глубиной упрочнения 0,3…0,4 мм и класс шероховатости поверхности, создать остаточные напряжения сжатия.

При ультразвуковом упрочнении галтелей и шеек восстановленных наплавкой коленчатых валов автомобиля ЗИЛ – 130 увеличивается износостойкость поверхности в 2,2 раза и предел выносливости валов на 38%. В результате обработки наплавляемые детали приближаются по качеству к новым.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 406 ;

Восстановление механических свойств детали

Вдавливание (рис. 43, б), когда восстанавливают фаски клапанов, боковые поверхности шлицев и др.

Раздача (рис. 43, в), когда устраняют износ втулок по наружному диаметру за счет увеличения внутреннего диаметра. Этот способ используется при восстановлении поршневых пальцев, полых штанг толкателей и др.

Обжатие (рис. 43, г), когда уменьшают внутренний диаметр деталей за счет уменьшения наружного размера. Применяют при восстановлении бобышек, рулевых сошек, различных рычагов, тяг, звеньев гусениц.

Вытяжка (рис. 43, д), когда необходимо восстановить длину тяг, стержней (штанг) и других деталей за счет местного сужения поперечного сечения.

Правка (рис. 43, е), когда необходимо восстановить линейность поверхности и форму детали без объемного перераспределения металла. Правкой восстанавливают элементы металлоконструкций, валы, оси, тяги, шатуны, рычаги, диски колес и диски трения и другие детали, нарушенные вследствие изгиба, скручивания, коробления и др.

В зависимости от степени деформации, конструкции и материала детали правят с нагревом или в холодном состоянии. Длинные валы без подогрева можно править на токарном станке с помощью упора, закрепленного в суппорте станка, или на прессах. При правке на прессах валы укладывают на призмах прогибом вверх и нагружают между упорами. При этом вал выгибают в обратную сторону на величину, в 10—12 раз превосходящую стрелу прогиба, и выдерживают под нагрузкой 1,5—2 мин.

Рис. 43. Схема методов восстановления деталей пластическим деформированием

Термически обработанные детали после холодной правки для устранения остаточных напряжений нагревают до температуры, несколько ниже температуры конечной термической обработки, которой они подвергались при изготовлении, с последующим постепенным охлаждением.

Правку в горячем состоянии при нагреве деталей до температуры 600—650 °С выполняют с помощью молота или ручного молотка. Термически обработанные детали после правки с нагревом вновь подвергают термообработке.

Высокую точность (до 0,02 мм на 1 м длины вала) дает правка местным поверхностным наклепом (рис. 44). Результаты правки окончательно проверяют через 20—25 ч.

При восстановлении неподвижных сопряжений ряда деталей с износом не более 0,25 мм применяют электромеханическую обработку, представляющую собой разновидность пластического деформирования (вдавливания), совмещенного с местным нагревом поверхности детали электрическим током. Процесс заключается в следующем: в зону контакта детали 1 (рис. 45), установленной в патроне токарно-винторезного станка, и высаживающего ролика 3, установленного в суппорте станка, подводится ток 600— 1000 А напряжением 2—6 В. Металл в зоне контакта нагревается до температуры 800—900 °С. Нажатием твердосплавленного ролика 3 производится выпучивание металла до размера Dt. Сглаживающим роликом 2 шейку доводят до чертежного размера D0. При этом имеет место некоторое уменьшение контактной поверхности детали.

Пластическое деформирование находит широкое применение не только при восстановлении поверхностей и форм, но и для улучшения физико-механических свойств поверхностного слоя металла, повышения класса шероховатости и увеличения коррозионной стойкости. Особенно часто пластическое деформирование применяют в сочетании с наращиванием металла различными способами (наплавкой, осталиванием и др.) для повышения предела выносливости, а значит и долговечности деталей.

Рис. 44. Схема правки местным поверхностным наклепом

Рис. 45. Схема электромеханического способа пластического деформирования

Упрочнение наружных поверхностей или наклеп выполняется дробью, шариками, механической чеканкой, обкатыванием роликами, а внутренних — раскатыванием, дернованием, проталкиванием шарика (рис. 46).

Дробеструйной обработкой чугунной и особенно стальной дробью диаметром 0,5—2 мм упрочняются детали, работающие в условиях значительных знакопеременных нагрузок (валы, оси, рессоры и др.). Обработка выполняется с помощью дробомета (рис. 46, а) — механической установки роторного типа, выбрасывающей дробь на обрабатываемую поверхность со скоростью 60—70 м/с, или дробеструйной установки (рис. 46, б), где дробь выбрасывается струей сжатого воздуха под давлением 0,5—0,6 МПа.

Наклеп механической чеканкой (рис. 46, в) применяется для упрочнения галтелей, шлицев; наклеп шариками (рис. 46, г), обкатка роликом (рис. 46, д) и шариком (рис. 46, е), а также обкатка вибрирующим роликом (рис. 46, ж) применяются для обработки валов, штоков, клапанов и др.

Роликовая раскатка (рис. 46, з) предназначена для обработки гидроцилиндров, гильз, фасок клапанных гнезд и др.

Рис. 46. Способы пластического упрочнения деталей

Упрочнение отверстий достигается продавливанием через него с некоторым натягом стального стержня-дорна (рис. 46, и) или закаленного шарика.

Восстановление деталей пластическим деформированием

Пластическое деформирование применяют для восстановления размеров и форм изношенных деталей, устранения деформаций в деталях, а также для упрочнения их поверхностей.

Восстановление размеров достигается путем перераспределения металла давлением с нерабочих элементов детали на изношенные рабочие поверхности при постоянстве его объема. Процесс основан на использовании пластических свойств металла и применяется для восстановления деталей, изготовленных в основном из сталей и бронзы.

Пластическое деформирование выполняют в холодном (Тн 0,4 Тпл.) или в горячем состоянии (Тн = 0,6…0,8 Тпл.). Нагрев детали увеличивает пластичность ее материала (стали) и снижает в 10 раз и более сопротивление деформированию. В зависимости от конструкции детали, характера и места износа нагрев может общим или местным.

Читайте также:  Двигатель КАМАЗ 740 не развивает полной мощности

Процесс восстановления размеров деталей состоит из операций:

· подготовка – отжиг или отпуск обрабатываемой поверхности перед холодным или нагрев их перед горячим деформированием;

· деформирование – осадка, раздача, обжатие, вытяжка, правка, электромеханическая обработка и др.;

· обработка после деформирования – механическая обработка восстановленных поверхностей до требуемых размеров и при необходимости термическая обработка;

В зависимости от направления внешней силы, необходимой для деформирования и требуемой величины деформации, в ремонтном производстве при- меняют следующие виды обработки: осадка, раздача, вдавливание, обжатие,

вытягивание, накатывание и правка (рис. 5.11).

Осадку используют для увеличения наружного диаметра сплошных и полых деталей, а также для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет сокращения их высоты. Осадку втулок из цветных металлов выполняют в холодном состоянии с применением специальных приспособлений (рис. 5.12). При необходимости механической обработки внутренней поверхности втулки перед осадкой выбирают оправку размером на 0,2 мм меньше диаметра окончательно обработанного отверстия. Уменьшение высоты втулок относительно первоначального размера допускается (не более): для сильно нагруженных – 5…8 %, менее нагруженных – 10…15 %. В специальных штампах при нагреве до температуры ковки осадкой восстанавливают шейки, расположенные на концах стальных валов.

Раздачей восстанавливают наружные размеры полых деталей за счет увеличения их внутренних размеров: поршневые пальцы, посадочные поверхности под кольца подшипников качения чашек дифференциалов, наружные цилиндрические поверхности кожухов, труб полуосей и др. детали (рис. 5.13).

В зависимости от материала и термической обработки деталей раздача осуществляется в холодном состоянии или с нагревом. Нормализованные детали подвергают раздаче без нагрева, закаленные или цементированные – подвергают отжигу или высокому отпуску с последующим восстановлением термической обработкой.

Вдавливание применяют для увеличения размеров наружных поверхностей путем выдавливания материала детали с ее нерабочей части. Вдавливанием восстанавливают тарелки клапанов двигателей, зубчатые колеса, боковые поверхности шлицев на валах (рис. 5.14) и т.д. Шлицы прокатывают по направлению их продольной оси заостренным роликом, который внедряется в металл и разводит шлиц на 1,5…2,0 мм в сторону. Инструментом служат ролики диаметром 60 мм с радиусом заострения около 0,4 мм. Нагрузка на ролик составляет 2,0…2,5 кН.

Рис. 5.11. Схема восстановления деталей пластическим деформированием:

а – осадка; б – вдавливание; в – раздача; г – обжатие; д – правка; е – вытя-

гивание; ж – накатывание; Р – усилие деформации; – деформация.

Рис. 5.12. Приспособление для осадки втулок: Рис. 5.13. Схема восстановления

1 – пуансон; 2 – оправка; 3 – восстанавли- поршневого пальца раздачей:

ваемая деталь; 4 – втулка матрицы; 1 – пуансон; 2 – матрица; 3 –

5 – матрица поршневой палец; 4 – основание

Обжатие применяют для восстановления полых деталей с изношенными внутренними поверхностями за счет уменьшения их наружного диаметра. Этим способом можно восстанавливать втулки из цветных металлов (рис. 5.15,г), отверстия в проушинах рулевых сошек, рычагов поворотных цапф, корпуса гидравлических насосов и др. Процесс обжатия может выполняться в холодном и горячем состоянии в зависимости от материала детали и ее термической обработки. Втулку проталкивают через матрицу (рис. 5.15), которая имеет сужающее входное отверстие под углом 7…8 0 , калибрующую часть и выходное отверстие, расширяющееся под углом 18…20 0 . Калибрующая часть матрицы позволяет уменьшить внутренний диаметр детали на величину износа с учетом припуска на развертывание до требуемого диаметра.

Рис. 5.14. Схема восстановления Рис. 5.15. Приспособление для обжатия

шлицев вдавливанием: втулок: 1 – оправка; 2 – восстанавливаемая

1 – ролик; А – шлиц деталь; 3 – матрица; 4 – опорная втулка

Вытягивание применяют для увеличения длины деталей путем местного обжатия (рис. 5.11,е). Этим методом восстанавливают длину тяг, стержней, шатунов и других деталей.

Технологический процесс вытягивания включает: нагрев, динамическое или статическое деформирование, термическую и механическую обработку, контроль

Накатывание применяют для компенсации износа наружных цилиндрических поверхностей деталей путем выдавливания металла из отдельных частей изношенной поверхности (рис. 5.11,ж). Способ позволяет увеличивать диаметр накатываемой поверхности детали на 0,3…0,4 мм и применяется для восстановления изношенных посадочных мест под подшипники качения, но при этом потеря опорной поверхности не должна превышать – 50 %. К типовым деталям, подлежащим ремонту объемной накаткой, относятся чашка коробки дифференциала, валы коробки передач, поворотные цапфы и т.д. Накатке подвергаются детали без термической обработки (НRCэ 0 С и выдержка при этой температуре 0,5…1,5 ч).

Механическая (горячая) правка производится при необходимости устранения больших деформаций детали и осуществляется при температуре 600…800 0 С. Нагревать можно как часть детали, так и всю деталь. Правка завершается термической обработкой детали.

Правка наклепом (чеканкой) не имеет недостатков, присущих правке давлением. Она обладает простотой и небольшой трудоемкостью. При правильной чеканке достигаются: высокое качество правки детали, которое определяется стабильностью ее во времени; высокая точность правки (до 0,02 мм); отсутствие снижения усталостной прочности детали; возможность правки за счет ненагруженных участков детали. В качестве инструмента для чеканки применяются пневматические или ручные молотки. От наносимых ударов в поверхностном слое детали возникают местные напряжения сжатия, которые вызывают устойчивую деформацию детали.

Наиболее эффективным способом упрочнения галтелей на коленчатых валах является обработка их методом чеканки. При этом наклеп создается с помощью бойков ударного действия.

Ротационный упрочнитель представляет собой вращающийся диск, в который вмонтированы шарики.

Для упрочнения таких деталей, как спиральные пружины, листы рессор, торсионные валы, шатуны и т.п. применяется обработка дробью, которая повышает их усталостную прочность.

Термический способ правки заключается в нагревании ограниченных (местных) участков детали (вала) с выпуклой стороны. В результате нагревания металл расширяется. Противодействие соседних холодных участков приводит к появлению сжимающих усилий. Выправление вала происходит под действием стягивающих усилий, которые являются результатом пластического упрочнения волокон. Эффективность правки зависит от степени закрепления концов детали – при жестком закреплении прогиб устраняется в 5…10 раз быстрее, чем при незакрепленных концах балки. Оптимальная температура нагрева стальных деталей составляет 750…850 0 С.

При термомеханическом способе правки осуществляют равномерный нагрев детали по всему деформированному сечению с последующей правкой внешним усилием. Нагрев осуществляется газовыми горелками до температуры отжига (750…800 0 С).

Правка и рихтовка без нагрева вмятин капотов, крыльев применяется, если толщина их стенок не превышает 1 мм.

Процесс предварительного выравнивания вмятин происходит выбиванием вогнутой части детали до получения у нее правильной формы, его называют выколоткой. Процесс окончательной доводки поверхности после выколотки называют рихтовкой. При правке вмятины под нее устанавливают поддержку 3 (рис. 5.16, а); ударами молотка (выколотки) по вмятине выбивают ее до уровня неповрежденной части поверхности. Подравнивают деревянной или резиновой киянкой оставшиеся после выколотки бугорки. При правке вмятин соблюдают следующие требования: глубокие вмятины без острых загибов и складок выравнивают, начиная с середины и постепенно перенося удары к краю; вмятины с острыми углами выбивают, начиная с острого угла или с выправки складки; пологие вмятины выправляют с краев, постепенно перенося удар к середине.

Рихтовка может быть ручная и механизированная. Ручную рихтовку выполняют рихтовальными молотками и поддержками, которые подбирают по профилю восстанавливаемых панелей. Под растянутую поверхность подставляют поддержку 3 (рис. 5.16, б), которую одной рукой прижимают к панели.

По лицевой стороне восстанавливаемой поверхности наносят частые удары рихтовальным молотком 4 так, чтобы они попадали на поддержку. При этом удары постепенно переносят с одной точки на другую, осаживая бугорки и поднимая вогнутые участки. Рихтовку продолжают до тех пор, пока ладонь руки не перестанет ощущать шероховатость. При работе необходимо ударять всей плоскостью головки молотка. Удары острым краем головки оставляют насечки (рубцы), которые трудно удалить.

Рис. 5.16. Выколотка и рихтовка вмятин:

а – выколотка; б – рихтовка; 1 – выколотка; 2 – вмятина; 3 – поддержка;

4 – рихтовальный молоток

Сущность чистовой обработки поверхности методом пластической деформации заключается в том, что под воздействием деформирующего элемента (шарик, ролик, дорн) при взаимном относительном перемещении инструмента и детали неровности обрабатываемой поверхности деформируются, что позволяет уменьшить шероховатость и упрочнить поверхностный слой благодаря наклепу. Наклеп повышает твердость поверхностного слоя металла и образует сжимающие остаточные напряжения, в результате этого повышается износостойкость и усталостная прочность деталей. К методам поверхностного упрочнения относятся: обкатка роликами и шариками, чеканка, наклеп ротационным упрочнителем.

Обкатку (раскатку) роликами и шариками применяют для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей (рис. 5.17). Обкатка наружных поверхностей выполняют на токарных станках с помощью накатки, которая устанавливается на суппорте станка и прижимается к детали механизмом поперечной подачи. Для обработки внутренних поверхностей гильз цилиндров применяют раскатки, устанавливаемые на расточных станках. При такой обработке достигается шероховатость поверхности не ниже Ra = 0,63…0,16 мкм и повышение усталостной прочности на 20…30 %.

Читайте также:  Где купить быушный автомобиль

К числу недостаточно используемых (новых) технологических процессов восстановления и обработки деталей пластическим деформированием относят: электрогидравлический метод восстановления деталей, вибрационное обкатывание и раскатывание, а также выглаживание алмазным и твердосплавным инструментом.

Рис. 5.17. Схема обкатывания и раскатывания поверхностей деталей:

а – обкатывание наружных поверхностей; б – раскатывание внутренних поверхностей

Сущность электрогидравлического метода восстановления деталей заключается в том, что при электрогидравлическом разряде образуется ударная волна, приводящая к изменению формы и размеров детали. Электрогидравлический эффект используется для восстановления полых деталей (поршневых пальцев, поршней – рис. 5.18), износостойкость которых при этом увеличивается в 1,5…2 раза. Источником питания является генератор.

Рис. 5.18. Схема восстановления поршня с применением электрогидравлического эффекта: 1 и 4 – корпуса разрядных камер; 2 – поршень; 3 – матрица

Исследованиями установлено, что электрогидравлическим методом можно восстанавливать размеры при износе детали на величину до 0,5 мм. При этом прочность и структура металла остаются без изменений.

Преимуществом способа является простота технологического процесса и оснастки, высокая производительность.

Сущность вибрационного обкатывания и раскатывания состоит в том, что путем сложного относительного перемещения обрабатываемой детали и инструмента, совершающего вдоль оси детали колебания, на поверхности выдавливаются равномерно расположенные канавки в виде сетки. Такая форма поверхности обеспечивает быструю прирабатываемость и повышение износостойкости деталей (гильз цилиндров) в 1,5…2 раза.

Вибрационное выглаживание отличается от обычного тем, что алмазной гладилке дополнительно к подаче движения сообщается возвратно-

поступательное движение (1500…3000 двойных ходов в минуту). Этот процесс обработки также повышает износостойкость, чистоту поверхности детали и снижает усилия обработки, что позволяет осуществлять обработку детали за один проход.

Эффективным способом сокращения цикла обработки, повышения ее точности, качества и экономичности является одновременная обработка резанием деталей и пластическим деформированием (рис. 5.19).

Пластическое деформирование, совмещенное с действием электрического тока, находит применение для восстановления посадочных поверхностей валов и осей, имеющих незначительные износы (не более 0,25 мм). Сущность метода заключается в том, что в месте контакта двух токопроводящих поверхностей выделяется тепло, под действием которого поверхность разогревается, и металл выдавливается инструментом, образуя выступы аналогично резьбе. В зону контакта детали и инструмента подводят ток 350…1300 А, напряжение 2…6 В. Основной причиной тепловыделения является повышенное сопротивление в зоне контакта вследствие малой площади контакта, где металл нагревается до 800…900 0 С.

Для увеличения размера изношенной детали обработку ведут сначала высаживающим инструментом, а затем сглаживающим, придающим необходимый размер детали (рис. 5.20). Восстановленная поверхность получается прерывистой, площадь контакта уменьшается. При площади, равной более 60 % сплошной, прочность сопряжения с гладкой поверхностью кольца подшипника оказывается вполне достаточной благодаря более высокой твердости, полученной при обработке (за счет быстрого отвода тепла в глубь металла), и «шпоночному эффекту», образующемуся за счет упругих деформаций сопрягаемых поверхностей.

Введение дополнительного металла позволяет восстанавливать детали с износом более 0,25 мм. В высаженную винтовую канавку роликом навивают стальную проволоку. Режим наплавки проволоки: ток 1300…1500 А, напряжение 4…6 В, окружная скорость детали 0,8…1,9 м/мин.

В процессе навивки проволока нагревается до 1000…1200 0 С, а под давлением ролика 400…500 Н (40…50 кгс) деформируется и плотно заполняет высаженную канавку. Прочность сцепления проволоки с основным металлом достигается вследствие частичной сварки, диффузии и других связей. При использовании проволоки диаметром 1,4 мм изношенную поверхность можно увеличить на толщину до 1,2 мм. Затем деталь обрабатывают до необходимого размера.

Вместо проволоки высаживание канавки для полноты контакта можно заполнять композициями на основе эпоксидной смолы. После отверждения нанесенного состава поверхность обрабатывают под необходимый размер.

Рис. 5.19. Схема одновременной обработки Рис. 5.20. Схема электромеханической

деталей резанием и обкатыванием: обработки деталей:

1 – корпус; 2 – упор; 3 – пружина; 1 – деталь; 2 – сглаживающая плас-

4 – шарик; 5 – деталь; 6 – резец; тина; 3 – высаживающая пластина;

S – амплитуда колебания 4 – понижающий трансформатор

Достоинствами методов обработки давлением являются: простота, невысокая трудоемкость и стоимость, хорошее качество ремонта без применения дополнительного материала. Недостатки – изменение физико-механических свойств детали, нарушение термообработки при нагреве, возможность образования трещин, необходимость последующей термообработки.

Вид и режим деформирования при восстановлении деталей определяют в зависимости от их конструкции, материала, термической обработки, величины и характера износа.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9375 – | 7431 – или читать все.

Восстановление механических свойств деталей. Характеристика материала

При дефектации определенные дета­ли выбраковывают только из-за снижения механических характеристик материала. Например, в процессе эксплуатации автомобиля отдельные пружины, рессоры утрачивают свою первоначальную упругость. У ряда деталей (коленчатые, распредели­тельные валы и др.), работающих в условиях знакопеременного нагружения, снижается усталостная проч­ность. Кроме того, детали автомоби­лей при восстановлении их износа определенными способами (электро­дуговой наплавкой, гальваническими покрытиями) также утрачивают свою первоначальную усталостную проч­ность и износостойкость. Восстано­вить эти свойства можно поверхнос­тным пластическим деформирова­нием металла (ППД).

Наибольшее распространение среди способов поверхностного упрочнения восстанавливаемых де­талей получило пластическое по­верхностное деформирование, осно­ванное на механических методах хо­лодного упрочнения материала: дробеструйная обработка, обкатка шариками (роликами), выглажива­ние.

Способы механического ППД деталей имеют следующие преимуще­ства: малую трудоемкость, простоту технологии (не требуются значитель­ные затраты на оборудование и осна­стку), возможность упрочнения дета­лей любой формы и размеров, воз­можность варьирования глубины упрочнения. Наклеп повышает твер­дость поверхностного слоя ма­териала и создает в нем благоприят­ные сжимающие остаточные напря­жения. Благодаря ППД повышается усталостная прочность деталей и их износостойкость.

Дробеструйная обработка обеспе­чивает неглубокую пластическую де­формацию (0,5 — 0,8 мм) при соу­дарении стальной или чугунной дроби диаметром 0,8 — 2 мм с упрочняемой поверхностью детали. После дробеструйной обработки по­верхность детали приобретает неко­торую шероховатость и последующей обработке не подвергается.

Режимы обработки определяются скоростью подачи дроби (30 — 90 м/с), расходом дроби в единицу времени и экспозицией (временем обработки поверхности). Режимы обработки устанавливают для каж­дой детали экспериментально. Об окончании обработки судят по нали­чию равномерно распределенных по всей поверхности следов вмятин. При обработке большинства автомобиль­ных деталей экспозиция составляет 0,5 — 2,0 мин.

Дробеструйная обработка осуще­ствляется ;В специальных дробе­струйных установках. Используемые установки можно разделить на две основные группы — механического и пневматического действия. Работа механических установок (центро­бежных дробеметов) основана на ис­пользовании центробежной силы, развивающейся в роторе, лопатки ко­торого . выбрасывают дробь. В ремонтном производстве наиболее часто используют механические дробеметы моделей ДУ-1 и БДУ-ЭГ.

Пневматические установки рабо­тают от сжатого воздуха давлением 0,4 — 0,6 МПа. Стальная дробь подхватывается струей сжатого воздуха, разгоняется до высокой скорости и направляется на обрабатываемую поверхность. Данные установки про­ще механических по конструкции, не­сложны в эксплуатации, позволяют вести обработку деталей, имеющих глубокие отверстия и полости. К не­достаткам пневматических устано­вок относится малая их производи­тельность и экономичность.

В настоящее время наиболее распространены механические уста­новки, так как они имеют такие преимущества, как высокая произ­водительность при малом расходе энергии, отсутствие компрессора, возможность более точного регу­лирования интенсивности процесса и поддержание его стабильности. Дробеструйному наклепу подверга­ют поверхности небольших деталей сложной формы, например шестерни, а также деталей малой жесткости ти­па пружин, рессор и пр.

Обработку шариками (ролика­ми) используют для увеличения по­верхностной твердости шеек валов, поверхности отверстий, для повыше­ния усталостной прочности валов, упругости пружин!

В ремонтном производстве нашли широкое использование совмещен­ные методы обработки восстанавли­ваемых поверхностей деталей: нане­сение изношенного слоя металла (на­плавка, железнение), расточка и раскатывание, расточка и калиб­рование.

Схемы процессов обработкой шариками (роликами) представлены на табл.1.

Усилие прижатия роликов при обработке чугунных и стальных дета­лей 50 — 200, скорость движения де­тали 150 — 450 м/мин, продольная подача 0,06 — 0,08 мм/об. Обработка ведется в два-три прохода. Увеличе­ние числа проходов ведет к чрез­мерному наклепу и шелушению по­верхности детали. Глубина накле­панного слоя в зависимости от режи­мов ведения процесса составляет 0,05 — 0,15 мм. Перед раскатыванием отверстие растачивают с припуском на раскатку 0,03 — 0,06 мм.

Схемы обработки цилиндрических поверхностей

Припуск под раскатывание

где R’z и Rz — исходная и требуемая микронеровность поверхности детали.

Выглаживание отличается от рассмотренных способов тем, что в качестве деформирующего элемента используют алмазы или другие сверхтвердые материалы, обладающие низким коэффициентом трения по металлу. Благодаря малым радиусам рабочей части инст­румента при сравнительно неболь­ших нагрузках (50 — 300 Н) можно упрочнять деталь с малой жестко­стью, а также сплавы с твердостью HRC60 —65.

Универсальная алмазная гладил­ка (рис. 36) состоит из оправки и алмаза 2. Гладилку монтируют в спе­циальном приспособлении, устанав­ливаемым в резцедержателе станка.

Рис. 36. Алмазная гладилка

Давление при выглаживании с уп­ругим контактом создается так же, как и при обкатывании. Выглажива­ние проводится в условиях трения скольжения, это отличает этот процесс от обкатывания.

Читайте также:  Для чего автолюбители устанавливают номерной знак сбоку?

При выглаживании алмаз практи­чески не деформируется. Вследствие этого, а также ввиду небольшого радиуса сферы его рабочей части (0,5 — 3,5 мм) поверхность контакта алмаза с деталью оказывается незна­чительной. Это обусловливает созда­ние высоких контактных давлений, необходимых для пластической де­формации при небольших нормаль­ных силах. Параметры процесса при выглаживании те же, что и при обка­тывании. Выглаживание чаще всего выполняют инструментом с радиу­сом сферы 0,5 — 3,5 мм, при ско­рости 0,5 — 3,5 м/с и подаче 0,02 — 0,1 мм/об

Дата публикования: 2014-11-03 ; Прочитано: 1545 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org – Студопедия.Орг – 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Восстановление механических свойств материала детали

Многие детали автомобилей при их восстановлении различными методами утрачивают свою первоначальную усталостную прочность и износостойкость, которые можно восстановить путем поверхностного пластического деформирования металла (наклеп).

Наклеп повышает твердость поверхностного слоя металла и создает в нем благоприятные остаточные напряжения, что повышает усталостную прочность и износостойкость деталей.

Способы упрочнения рабочих поверхностей пластическим деформированием:

1. Обкатка рабочих поверхностей роликами и шариками.

2. Алмазное выглаживание.

3. Дробеструйная обработка.

Обкатка применяется для наружных и внутренних поверхностей вращения, галтелей, плоскостей и различных фасонных поверхностей. В табл.12.2 представлены схемы обкатки у цилиндрических поверхностей деталей.

Схемы обработки цилиндрических поверхностей

Метод обработкиНазначениеПринципиальная схема
Обработка наружных цилиндрических поверхностей
Роликовым обкатникамиКалибрование, отделка
Шариковыми обкатникамиОтделка, упрочение
Шариковыми обкатниками вибрационного действияОтделка, упрочение
Обработка внутренних цилиндрических поверхностей
Роликовыми раскатникамиКалибрование, отделка
Шариковыми раскатникамиУпрочение, отделка
Шариковыми раскатниками вибрационного действияУпрочение, отделка
Обработка торцевых поверхностей
Роликовыми раскатникамиУпрочение, отделка
Шариковыми раскатникамиУпрочение, отделка

Алмазное выглаживание – обработка поверхности детали рабочим инструментом, рабочей частью которого является сферическая поверхность алмазного кристалла с радиусом закругления 1 – 3 мм. Обработка ведется на токарном станке, а инструмент крепится в резцедержателе. Обработка этим способом позволяет получить шероховатость поверхности не ниже Ra = 0,04-0,8 мкм, повысить твердость на 25-30%, износостойкость на 40-60% и усталостную прочность на 30-60%. Универсальная алмазная гладилка (рис.12.18) состоит из оправки 1 и алмаза 2. Ее монтируют в специальном приспособлении, которое устанавливают в резцедержателе станка. Выглаживание проводится в условиях трения скольжения, что отличает этот процесс от обкатывания.

Рис. 12.18. Алмазная гладилка

Дробеструйная обработка обеспечивает неглубокую пластическую деформацию (0,5…0,8 мм) при ударении стальной или чугунной дробью диаметром 0,8…2 мм с упрочняемой поверхностью.

При восстановлении усталостной прочности пружин, рессор, торсионных валов, шатунов и др. применяют дробеструйную обработку механическими или пневматическими дробеметами.

Шероховатость поверхности при обработке чугунной дробью не повышается, стальной дробью – повышается незначительно. Размеры детали изменяются незначительно в пределах допуска.

Недостатком способа является опасность перенаклепа, ведущая к разрыхлению, отслаиванию, шелушению и появлению трещин.

Восстановление механических свойств деталей поверхностным пластическим деформированием

Обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) — это вид обработки давлением, при которой с помощью различных инструментов для рабочих тел пластически деформи­руется поверхностный слой материала обрабатываемой детали; применяется при восстановлении деталей из стали, чугуна, цвет­ных металлов и сплавов, обладавших достаточной пластичностью.

В результате обработки ППД достигается: сглаживание шерохо­ватости поверхности; упрочнение поверхности; калибрование; об­разование новой геометрической формы поверхности; стабилиза­ция остаточных напряжений структурного состояния.

При обработке ППД с осевым перемещением деформирующих роликов пластическое деформирование начинается впереди роли­ков, на некотором расстоянии от поверхности.

В зоне контакта деформирующих роликов с обрабатываемой поверхностью образуется заторможенный (защемленный) клиновид­ный объем металла, способствующий направленному поверхностному пластическому деформированию. Металл, в основном, перемещается в окружном направлении. Внутри выступов микронеровностей наблюдается осевое течение металла. Вершины неровностей пластически деформируются, и происходит смыкание впадин. Уровень расположения впадин практически сохраняется постоянным.

Роликовые деформирующие инструменты и устройства различаются по виду обрабатываемой поверхности, кинематике про­веса, форме, размерам, количеству деформирующих элементов, характеру контакта с обрабатываемой поверхностью, способу создания и стабильности усилий деформирования и др.

По способу создания усилий деформирования роликовые инструменты разделяются на регулируемые (жесткие) и самонастраива­ющиеся.

В регулируемых деформирующих инструментах усилие дефор­мирования создается за счет натяга — разницы между диаметром обрабатываемой детали и настроечным диаметром инструмента. Обработка регулируемыми инструментами жестких деталей позволяет повысить точность размеров, а также исправить форму поверхности (овальность, конусность).

Самонастраивающиеся деформирующие инструменты рекомен­дуется применять при обработке маложестких деталей и материа­лов, подверженных перенаклепу. Они снабжены механизмом (пру­жинным, пневматическим, гидравлическим) для создания необхо­димого усилия деформирования и поддержания его в процессе обработки на определенном уровне; обеспечивают получение равно­мерного упрочнения поверхностного слоя и стабильной шерохо­ватости поверхности.

В деформирующих инструментах и устройствах применяются стержневые и кольцевые ролики. Стержневые ролики при­меняют в многороликовом накатом инструменте сепараторного типа, служащем для накатывания деталей, имеющих форму ци­линдра, конуса, а также для накатывания плоских кольцевых по­верхностей, акольцевые ролики—в инструментах для упроч­няющей и калибрующей обработки деталей, имеющих концентра­торы напряжений в виде галтелей, канавок, а также наружных цилиндрических поверхностей.

По кинематике движения деформирующие инструменты и уст­ройства разделяются на простые и дифференциальные. Простые инструменты работают по схеме простого накатывания, деформи­рующий ролик совершает движение вокруг своей оси (материаль­ной или геометрической). Дифференциальные инструменты характеризуются наличием единой опорной поверхности для всех деформирующих роликов, благодаря чему, кроме вращательного движения, они совершают переносное движение относительно обрабатываемой детали.

По характеру контакта с обрабатываемой поверхностью дефор­мирующие инструменты разделяются на статические — не­прерывного действия и ударные — импульсные. При обработке статическим инструментом контакт деформирующего ролика с об­рабатываемой поверхностью осуществляется непрерывно под воз­действием постоянного усилия деформирования. Инструменты удар­ного действия снабжены механизмами для прерывания контакта ролика с поверхностью детали.

Поверхностное пластическое деформирование цилиндрических отверстий роликовым инструментом осуществляется раскатками. Многороликовые регулируемые дифференцированные раскатки (рис. 12.10) применяются для обработки диаметров отверстий от 25 до 250 мм деталей, изготовленных из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов (с твердостью до 40 ИКС). В них деформирую­щие ролики 1 расположены равномерно по окружности в сепарато­ре 3. Опорой роликов является конус 2, установленный на оправ­ке 4. Осевое смещение сепаратора ограничено с одной стороны буртиками оправки, с другой — гайкой 5 и контргайкой 6, пред­назначенными для регулирования размеров раскатки. Пружина 9 служит для автоматического возврата сепаратора с роликами в ис­ходное положение после вывода раскатки из обрабатываемой детали. Для уменьшения трения сепаратора об оправку и исключе­ния возможности задиров в сепараторе установлена втулка 8. Осе­вые усилия при обработке воспринимаются подшипником 7. От выпадания ролики предохраняются крышкой. Смазочно-охлаждающая жидкость подается через отверстия, имеющиеся в оправке и гайке 10, которая предназначена для крепления опорного конуса.

Перед обработкой раскатка регулировочной гайкой настраива­ется на определенный размер, и сепаратор с роликами и пружи­ной отводится до упора в крайнее левое положение. Детали или инструменту сообщается вращение, и раскатка вводится в обраба­тываемое отверстие. Осевая подача инструмента или детали проис­ходит за счет самоподачи или принудительного перемещения.

После обработки при выводе инструмента или детали ролики, сжимая пружину, смещаются на меньший диаметр опорного кону­са, и инструмент свободно выходит из обработанного отверстия.

Минутная подача (Sм) при раскатывании равна

где S — подача на один оборот сепаратора с роликами относительно детали, мм; пр — угловая скорость раскатывания, мин -1 .

Подача на один оборот сепаратора с роликами относительно детали определяется по формуле

где Sр — подача на один ролик (расстояние между последователь­ными положениями двух соседних роликов на образующей детали), мм/рол; z — число роликов на раскатке, ед.

Угловая скорость раскатывания равна

где Vр — окружная скорость раскатывания, м/мин.

Рис. 12.10. Многороликовая регулируемая дифференци­альная раскатка:

1 — деформирующиеся ролики; 2 — конус; 3 — сепаратор; 4 — оправка; 5, 10— гайка; 6— контргайка; 7— подшипник; 8 — втулка; 9 — пружина

Рис. 12.11. Однороликовый накатник: 1- упор; 2 — деформирующий ролик; 3 — опорный ролик; 4 — сепаратор; 5 — подшипник; 6 — пружина

Поверхностное пластическое де­формирование на­ружных цилиндри­ческих поверхностей роликовым инстру­ментом (рис. 12.11) применяется как для сглаживающей, так и для упрочня­ющей обработки. Стержневой дефор­мирующий ролик 2 устанавливается в сепараторе 4 и опирается на опорный ролик 3, смонтированный на подшипнике 5. От выпадания деформирующий ролик 2 удерживается упором 1. Усилие деформирования создается пружиной б. Инструмент зак­репляется на суппорте токарного станка.

Режимы обработки: скорость обкатывания — 60. 100 м/мин; осевая подача 0,1 . 0,4 мм/об; усилие деформирования 50. 500 кгс. После обкатывания достигается шероховатость 0,63. 0,08 мкм, сни­маемый припуск 0,005. 0,02 мм.

При обработке ППД могут возникать дефекты поверхности: от­слаивание металла (шелушение) в результате перенаклепа из-за неправильного выбора режима обработки; вмятины, риски, ско­лы, раковины из-за нарушения целостности рабочей поверхности деформирующего ролика; волнистость из-за неодинаковых диамет­ров рабочих роликов) и формы (из-за наличия концентраторов напряжений и неравножесткости деталей).

Ссылка на основную публикацию