Восстановление деталей наплавкой металла

Наплавкой называется процесс нанесения одного расплавленного металла (называемого присадочным) на поверхность другого (называемого основным). При этом основной металл также расплавляется на небольшую глубину для образования гомогенного соединения. Цель наплавки может быть различной: восстановление утраченной геометрии детали или придание ей новой формы, образование поверхностного слоя с заданными физико-механическими свойствами (такими как повышенная твердость, износостойкость, антифрикционность, коррозионная стойкость, жаростойкость и пр.), упрочнение наплавкой.

Наплавку можно производить на любые поверхности — плоские, конические, цилиндрические, сферические. В больших пределах может меняться и ее толщина — от нескольких долей миллиметра до сантиметра и более.

Основные принципы наплавки

• Необходимо стремиться к минимальному проплавлению основного металла. Это достигается путем наклона электрода в сторону, обратную ходу наплавки.
• Должно быть как можно меньшее перемешивание наплавленного металла с основным.
• Нужно стараться достичь минимальных остаточных напряжений и деформаций в детали. Это требование во многом обеспечивается соблюдением двух предшествующих.
• Необходимо снижать до приемлемых значений припуски на последующую обработку детали. Говоря другими словами, нужно наплавлять металла ровно столько, сколько необходимо, и не больше.

Применяются различные способы наплавки металла — электродуговая, газовая, электрошлаковая, индукционная, плазменная, импульсно-дуговая, вибродуговая, порошковая наплавки. Наибольшее распространение получила дуговая наплавка.

Материалы для наплавки существуют в различных формах. Это могут быть присадочные прутки, порошкообразные смеси, наплавочные покрытые электроды, порошковая и цельностержневая проволока. В электродуговой наплавке применяются в основном покрытые электроды, присадочные прутки и проволока.

Наплавка покрытыми электродами

Наплавка требует определенных навыков в работе. Надо при минимальном токе и напряжении, чтобы не увеличивать долю основного металла в наплавленном, оплавить оба компонента. Состав металла будет определять тип электрода, а толщину и форму — диаметр электрода. Напряжение дуги определяет форму наплавленного валика, при его повышении увеличивается ширина и уменьшается высота валика, возрастает длина дуги и окисляемость легирующих примесей, особенно углерода. В связи с этим стремятся к минимальному напряжению, которое должно согласовываться с током дуги.

Наплавка деталей из стали осуществляется, как правило, постоянным током обратной полярности (на электроде «плюс») в нижнем положении.

Детали из низкоуглеродистых и низколегированных сталей наплавляют обычно без предварительно нагрева. Но нередко требуется предварительный подогрев и последующая термообработка с целью снятия внутренних напряжений. Более детальные требования к наплавке сообщаются в документации на применяемые наплавочные электроды. Например, для электрода ОЗИ-3 приводятся следующие технологические особенности: «Наплавку производят в один-четыре слоя с предварительным подогревом до температуры 300-600°С. После наплавки рекомендуется медленное охлаждение. Возможна наплавка ванным способом на повышенных режимах. Прокалка перед наплавкой: 350°С, 1 ч.»

Поверхность детали перед наплавкой очищается от масла, ржавчины и других загрязнений.

Применяются различные схемы расположения наплавочных швов. В случае плоских поверхностей различают два основных вида наплавки — использование узких валиков с перекрытием друг друга на 0,3-0,4 их ширины, и широких, полученных увеличенными поперечными движениями электрода относительно направления прохода.

Другой способ — укладка узких валиков на некотором расстоянии один от другого. При этом шлак удаляют после наложения нескольких валиков. После этого валики наплавляются и в промежутках.

Во избежание коробления деталей, наплавление рекомендуется проводить отдельными участками, «вразброс», а укладку каждого последующего валика начинать с противоположной стороны по отношению к предыдущему.

Наплавка цилиндрической поверхности выполняется тремя способами — валиками вдоль образующей цилиндра, валиками по замкнутым окружностям и по винтовой линии. Последний вариант (по винтовой линии) является особенно удобным в случае механизированной наплавки, при которой детали в процессе наплавки придается равномерное вращение.

Для восстановления и повышения срока службы режущего, штампового и измерительного инструмента, а также деталей механизмов, работающих при интенсивном износе, применяется наплавка рабочих поверхностей твердыми сплавами, представляющими собой соединения таких металлов, как титан, вольфрам, тантал, марганец, хром и других с бором, углеродом, кобальтом, железом, никелем и пр.

При изготовлении новых инструментов и деталей с твердосплавной наплавкой, в качестве заготовок (оснований) применяются детали из углеродистых или легированных сталей. В случае ремонта деталей с большим износом, перед наплавкой твердыми сплавами делают предварительную наплавку электродами из малоуглеродистой стали.

Для получения более качественной наплавки, предупреждения образования трещин и снижения напряжений, во многих случаях целесообразен подогрев заготовок до температуры 300°C и выше.

Наплавка металлорежущего инструмента и штампов. Металлорежущие инструменты и штампы, работающие при холодной и горячей штамповке, наплавляют электродами ОЗИ-3, ОЗИ-5, ОЗИ-6, ЦС-1, ЦИ-1М и прочие марки. Металл, наплавленный этими электродами, обладает высокой сопротивляемостью к истиранию и смятию при больших удельных нагрузках и высоких температурах — до 650-850°C. Твердость наплавленного слоя без термообработки составляет от 52 HRC (ОЗИ-5) до 61 HRC (ОЗИ-3). Наплавляется 1-3 слоя общей толщиной 2-6 мм. Деталь перед наплавкой подогревают до температуры 300-700°С (в зависимости от марки электрода).

Наплавка деталей, работающих на истирание без ударных нагрузок. Если требуется получить наплавленный металл особо высокой твердости, можно использовать электроды для наплавки Т-590 и Т-620. Они специально предназначены для покрытия деталей, работающих на интенсивное истирание. Их стержень изготовлен из малоуглеродистой стали, зато в покрытия входят феррохром, ферротитан, ферробор, карбид бора и графит. Благодаря этим материалам твердость наплавленного металла может достигать 62-64 единиц по HRC.

Из-за того, что наплавленный металл обладает хрупкостью и склонностью к образованию трещин, изделия, наплавленные электродами Т-590 и Т-620, не предназначены для эксплуатации в условиях значительных ударных нагрузок. Наплавка твердосплавного металла производится в один-два слоя. Если требуется наплавлять большую толщину, нижние слои наплавляются электродами из малоуглеродистой стали и лишь заключительные — твердосплавными.

Наплавка деталей, работающих на истирание с ударными нагрузками. Детали из марганцовистых сталей (110Г13Л и подобные ей), работающие в условиях интенсивного поверхностного износа и высоких ударных нагрузок (в частности, рабочие органы строительного и землеройного оборудования), наплавляют электродами ОМГ-Н, ЦНИИН-4, ОЗН-7М, ОЗН-400М, ОЗН-300М и прочие марки. При их использовании твердость наплавляемого металла во втором слое получается 45-65 HRC при высоких значениях вязкости.

Наплавка нержавеющих сталей. Для наплавки деталей из нержавеющих сталей применяются электроды ЦН-6Л, ЦН-12М-67 и прочие марки. Стержень этих электродов изготовлен из нержавеющей высоколегированной проволоки. Кроме высокой коррозионной стойкости, наплавленный металл имеет еще и устойчивость к задиранию, что позволяет использовать эти электроды для наплавки уплотнительных поверхностей в арматурных изделиях.

При использовании некоторых электродов для наплавки нержавеющих сталей, рекомендуется производить предварительный и сопутствующий подогрев детали до температуры 300-600°С и осуществлять после наплавки термообработку.

Наплавка меди и ее сплавов. Наплавка меди и ее сплавов (бронз) может осуществляться не только на медное или бронзовое основание, но также на сталь и чугун. В этом случае создаются биметаллические изделия, имеющие необходимые эксплуатационные качества (высокую стойкость против коррозии, низкий коэффициент трения и прочие ценные свойства, присущие меди и ее сплавам) и обладающие при этом гораздо более низкой стоимостью в сравнении с деталями, изготовленными полностью из меди или ее сплавов.

Алюминиевые бронзы, в частности, обладающие высокими антифрикционными свойствами, очень хорошо работают в узлах трения, поэтому их наплавляют на червячные колеса, сухари и другие детали, работающие в условиях трения.

Наплавка деталей из технически чистой меди может производиться электродами «Комсомолец-100» или присадочными прутками из меди или ее сплавов. При наплавке меди на медь применяют предварительный подогрев до температуры 300-500°С.

Наплавленный слой желательно подвергать проковке, при температуре меди выше 500°С.

Если требуется наплавка бронзой, можно использовать электроды ОЗБ-2М, содержащие помимо, составляющей основу, меди также олово, марганец, никель и железо. Изделия, наплавленные электродами ОЗБ-2М, имеют высокую поверхностную износостойкость.

Наплавка меди и ее сплавов производится постоянным током обратной полярности в нижнем положении.

Наплавка в среде защитных газов

При восстановлении наплавкой деталей из углеродистых сталей можно использовать более дешевый углекислый газ. Учитывая тот факт, что CO₂ окисляет расплавленный металл, наплавочная проволока в этом случае должна иметь раскислители (марганец, кремний и пр.).

Наплавку меди и ее сплавов можно производить в азоте, который нейтрален по отношению к меди.

Высоколегированные стали, сплавы на магниевой и алюминиевой основе наплавляются в аргоне, гелии или их смеси.

Наплавку неплавящимся вольфрамовым электродом осуществляют в аргоне и гелии. Вообще, инертные газы, особенно, аргон, являются универсальными, подходящими для сварки и наплавки практически любого металла.

В качестве материалов для наплавки полуавтоматами углеродистых и низколегированных сталей применяются сварочные проволоки сплошного сечения (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС), и специальные наплавочные (Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА). Для наплавки нержавейки применяют проволоку из нержавеющей стали. Может осуществляться наплавка и порошковой проволокой, позволяющей получить наплавленный слой с особыми свойствами.

При восстановлении деталей наплавкой методом MIG/MAG применяют как и в случае MMA постоянный ток обратной полярности, обеспечивающий меньшее проплавление основного металла. При использовании вольфрамового электрода (метод TIG) используют прямую полярность, исключающую оплавление вольфрамового электрода. Наплавку нужно стараться вести как можно более короткой дугой — во избежание разбрызгивания металла.

Источник

Привет студент

Технологический процесс восстановления вала

Курсовой проект

Технологический процесс восстановления вала

Аннотация

Пояснительная записка содержит 23 страницы, 9 источников. Графиче­ская часть выполнена на 1 листе формата А3 и 2 листах формата А1.

В данном проекте изложена технология восстановления вала, представлены необходимые для восстановления расчеты режимов механической обработки и наплавки. В графическую часть проекта входят: рабочий чертёж ли­цевого вала, схемы технологических наладок и маршрутно-технологическая карта восстановления вала, которые выполнены при помощи графического редактора Компас 3D V13.

Содержание

1. Производство валов……………………………………………….5
2. Назначение валов и предъявляемые к ним требования………. 8
3. Анализ детали – вал……………………………………………….9
4. Разработка технологического процесса восстановления вала…10

4.1 Способы наплавки изношенных посадочных мест вала..……….11

4.2 Составление маршрута технологического процесса и выбор

4.3 Разработка операций по восстановлению дефектов…………..13

4.4 Нормирование времени по операциям…………………………14

4.4.1 Нормирование времени при вибродуговой наплавке………14

4.4.2 Нормирование времени для токарной обработке…………….. 15

4.4.3 Нормирование времени для шлифовальной операции………..17

4.5 Определение основных технологических параметров

4.6 Режимы резания на токарную обработку………………………. 20

4.7 Режим резания на шлифование…………………………………. 21

Список использованной литературы…………………………………23

Введение

Целью курсового проектирования является приобретение навыков пра­вильного применения теоретических знаний, полученных в процессе обуче­ния и умение использовать практический опыт, полученный при знакомстве с предприятиями, для решения профессиональных технологических и конст­рукторских задач. Кроме этого, курсовое проектирование является важным этапом при подготовке к дипломному проектированию.

В соответствии с этим в процессе курсового проектирования решается задача расширения, углубления, систематизации и закрепления знаний по основам технологии восстановления деталей, основным техноло­гическим и организационным задачам, решаемым в области ремонта, а также проектирования технологических процессов.

1. Производство валов

Валы — это металлические детали цилиндрической формы с круглым или квадратным сечением, используемые в различных устройствах и механизмах машин для передачи механической энергии. Валы передают крутящий момент и воспринимают действующие силы со стороны расположенных на них деталей или опор.

Производство валов – одно из направлений деятельности организаций, специализирующихся на обработке металлов и металлургическом производстве.

В зависимости от назначения, валы могут изготавливаться различных размеров и форм.

В соответствии с классификацией, по форме геометрической оси различают валы прямые, эксцентриковые (коленчатые) и гибкие. По форме валы делятся на гладкие, ступенчатые и полые.

Также различным бывает и материал, из которого изготавливаются валы: они могут быть сделаны как из алюминиевых сплавов, специальных жаропрочных сталей или титановых сплавов, наиболее часто валы производятся из качественной легированной стали.

В процессе изготовления валов стальные заготовки подвергаются большому количеству операций: первоначально заготовке придаются основные формы и размеры: обточка и расточка валов осуществляется на токарных станках с ЧПУ и прецизионными борштангами, что позволяет осуществить качественную обработку даже больших валов как изнутри, так и с наружной поверхности. В дальнейшем осуществляется сварка отдельных элементов вала и фрезерование шпоночных канавок и проточек. После этого почти готовые валы шлифуются для придания им особо точных размеров. Осуществить точную шлифовку валов на производстве помогают лазерные методы измерения размеров.

Для проверки качества все валы проходят динамическую балансировку: некачественный вал может создавать существенные потери при передаче энергии, а значит приводить к сбоям в работе оборудования.

Заключительным этапом обработки валов является нанесение покрытия на его поверхности. В зависимости от сферы применения вала покрытие бывает различным. Например, если валы будут использоваться в агрессивных средах кислот, солей, щелочей, в качестве антикоррозионной защиты используют гуммирование (обрезинивание), что позволяет существенно увеличить срок службы валов. Также для защиты от коррозии и для увеличения срока службы в агрессивных средах валы могут обрабатываться с помощью электродугового напыления, при котором две токоведущие проволоки, образующие электрическую дугу, перемещаются в зону горения, расплавляются и потоком сжатого воздуха распыляются на обрабатываемую поверхность валов. Еще одним способом повысить износостойкость валов и устойчивость к коррозии, а также способом снизить трение является хромирование. Хромирование валов — это диффузное насыщение поверхностей валов хромов, что в итоге позволяет увеличить твердость валов.

В случае если валы износились и требуют реставрации, для этого также используется гуммирование и электродуговое напыление, что позволяет восстановить форму валов или отдельных, наиболее износившихся поверхностей.

Валы используются в различных направлениях промышленности и производства, в том числе наиболее востребованы в полиграфии, производстве упаковки, деревообработке, текстильной промышленности и производстве целлюлозы.

Валы могут изготавливаться различными производителями как на основании чертежей, так и на примере изношенной детали.

Размеры и вес валов также бывают различными. При выборе производителя валов желательно учесть специфику и производственные мощности металлургического предприятия, чтобы выбрать партнера, наиболее соответствующего потребностям.

Производство валов – одно из востребованных направлений в металлургической промышленности. Производство валов может осуществляться как по государственным стандартам для техники и оборудования, регламентируемого ГОСТами, так и на основании индивидуальных чертежей и макетов для отдельных видов оборудования.

Производство валов осуществляется из различных материалов — легированной конструкционной стали, титана, пластмассы, алюминиевых или жаропрочных сталей.

Производство валов условно делится на определенные этапы:

• проектирование, конструирование вала, компьютерный дизайн и расчеты – в случае, если требуется разработка уникального вала;
• выбор и закупка соответствующего потребностям оборудования материала для производства валовв виде заготовки требуемого размера;
• обточка и расточка заготовки на токарных станках с ЧПУ для обработки как наружной, так и внутренней поверхности вала;
• сварка отдельных составляющих вала и фрезерование канавок и проточек является следующим этапом производства валов;
• точное измерение размеров валов и финишное шлифование являются очередным этапом в производстве валов;
• следующим этапом в производстве валовявляется динамическая балансировка вала;
• финишным этапом в процессе производства валовявляется нанесение защитного покрытия на наружную и внутреннюю поверхность вала для придания ему полезных или защитных свойств.

. Стальные валы — это вид поковок цилиндрической формы, имеющие сечение квадратной, прямоугольной или круглой формы.
Стальные валы выпускаются из стали различных марок в зависимости от того, в какой среде будет использоваться деталь. Наиболее востребовано производство валов из низколегированной углеродистой стали, однако для работы в агрессивных средах валы могут производиться из коррозионно-устойчивых марок стали.

1. Назначение валов и предъявляемые к ним требования

Основными деталями в станках, осуществляющими вращательное движение, являются валы (рис. 1). Валы в процессе своей работы испытывают деформации кручения, изгиба, растяжения и сжатия. В коробках скоростей и подач чаще всего применяются шлицевые валы (рис. 1, б), которые обеспечивают плавное перемещение зубчатых колес и муфт вдоль вала. В целях уменьшения веса и габаритов сильно нагруженные валы станков изготовляются полыми. Кроме того, вал изготовляется полым, когда по условиям конструкции необходимо пропустить через него другой вал или какую-либо другую деталь, т. е. в тех случаях, когда это требуется условиями эксплуатации станка, как, например, шпиндели токарного, фрезерного и других станков. Детали, монтируемые на валу, укрепляют при помощи шпонок (рис. 1, а, в) либо шлицевых соединений, а чтобы зафиксировать вал в осевом направлении, используются уступы самого вала и стопорные кольца. Обычно валы осуществляют только вращательное движение в своих опорах, как, например, ходовые валики, валы коробок скоростей и подач, шпиндели токарных, шлифовальных, фрезерных и других станков.

Рисунок 1 – Схемы валов

Помимо необходимости соблюдения условий прочности к валам предъявляют и другие требования.

1. Валы должны обладать достаточной жесткостью. При несоблюдении этого условия возникает чрезмерный изгиб вала, что приводит к преждевременному износу подшипников, а также нарушает плавность зацепления зубчатых колес, расположенных на валах.
2. Валы должны обладать высокой износостойкостью. Это относится прежде всего к шейкам валов, которые вращаются в подшипниках скольжения, а также к местам, где осуществляется прямолинейное перемещение шпинделей и валов (шпиндели сверлильных станков, расточных станков и др.) или установленных на них деталей.
3. Валы должны быть виброустойчивы. Это требование предъявляется к скоростным станкам, особенно предназначенных для выполнения отделочных операций.

Перечисленные требования могут быть удовлетворены только при применении соответствующих материалов, из которых должны быть изготовлены валы. Помимо этого, должны быть соблюдены требования термической обработки, качественного изготовления, сборки и регулировки деталей узлов станка.

1. Анализ детали – вал

У валов наиболее часто дефекты появляются на посадочных поверхностях под подшипники и резьбовых поверхностях. Поверхности под подшипники восстанавливают при износе более 0,017 — 0,060 мм; поверхности неподвижных соединений (места под ступицы со шпоночными пазами и др.) за счет дополни­тельных деталей — при износе более 0,4 — 1,3 мм, под уплотнения — более 0,15 -0,20 мм. Шпоночные пазы восстанавливают при износе более 0,065 — 0,095 мм; шлицевые поверхности — при износе более 0,2 — 0,5 мм.

Из всей совокупности восстанавливаемых поверхностей валов 46% изнаши­ваются до 0,3 мм; 27% — от 0,3 до 0,6 мм; 19% — от 0.6 до 1,2 и 8% -более 1,2 мм.

Основное требование, которое необходимо выполнить при восстановлении валов, является обеспечение: размеров и шероховатости восстанавливаемых поверхностей, их твердости, сплошности покрытия, прочности сцепления нане­сенных слоев с основным металлом, а также симметричности, соосности, ради­ального и торцового биений обработанных поверхностей зубьев шлицевых по­верхностей и шпоночных пазов оси вала или образующим базовых поверхно­стей.

Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свой­ства, особенно сопротивление хрупкому разрушению — низкий порог хладно­ломкости.

Хромистую сталь 40Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

1. Разработка технологического процесса восстановления вала

Деталь, представляет собой вал, предназначенный для пере­дачи крутящего момента от ступицы зубчатого колеса на внешнюю нагрузку, и изготовлен из стали 40Х ГОСТ 4543-71.

Этот вал нуждается в ремонте одного дефекта:

• ремонт поверхности посадочных мест

• Способы наплавки изношенных посадочных мест

1. Контактная наварка металлической ленты.

Сущность способа заключается в приварке и изношенной поверхности детали стальной ленты мощными импульсами тока. Режимы работы: частота вращения шпинделя 5. 7 мин-1, подача каретки 3,0. 3,6 мм/об, сила тока 5. 5,5 кА. Обо­рудование : установка 011-1-02М «Ремдеталь».

1. Механизированная наплавка в среде защитного газа.

В качестве защитной среды используется углекислый газ или водяной пар. Оборудование: выпрямитель ВСЭ-303, сварочный трансформатор ТДФ-500.

Режим работы: наплавку ведут на постоянном токе обратной полярности, толщина наплавляемого слоя 0,8. 1,0 мм, сила тока 85. 110 А, напряжение 18. 20 В, шаг наплавки 2,8. 3,2 мм.

Сущность способа состоит в привязке к изношенной поверхности металлической проволоки, при пропускании через нее мощного импульса тока. Режим работы: ток 1,2.. .2,5 кА, шаг 1.. .2,5 мм, усилие прижатия 0,6. 1,0 кН. Оборудование: установка УЭМО-2.

1. Плазменная сварка и наплавка.

Наиболее распространенным и простым способом наплавки является наплавка по заранее насыпанному на наплавляемую поверхность порошку. Условия работы: наплавочный материал ПГ-УС25, толщина наплавляемого слоя 1.5 мм, напряже­ние 58 В, ток 140 А, скорость наплавки 0,17 м/мм. Оборудование: установка для плазменной наплавки УПН-303.

1. Автоматическая вибродуговая наплавка.

Можно наплавлять детали диаметром от 10 до 400 мм. Рекомендуется применять режимы наплавки в следующих пределах:

Сила тока. 120—250 А

Напряжение. 18—22 В

Скорость подачи электродной проволоки . 14—22 мм/сек

Диаметр электродной проволоки . 1,5—2 мм

1. Наплавка под слоем флюса.

Электрическая дуга горит под слоем гранулированного флюса в газовом пузыре. Сварочный ток 150-200 А/мм 2 на единицу площади проволоки. Коэффициент наплавки в 1,5-2 раза выше чем при ручной электродуговой наплавке.

Наплавка выполняется металлическими плавящимися одиночными электродами, пучком электродов, лежачими пластинчатыми электродами и т.д. Для наплавки используют электроды диаметром 3-6 мм. Для обеспечения минимального проплавления основного металла при достаточной устойчивости дуги плотность тока должна составлять 11-12 А/мм 2 .

После перечисления основных способов восстановления детали, необходимо выбрать основной способ. Технологический критерий. Он оценивает каждый спо­соб и определяет принципиальную возможность применимости того или иного способа восстановления. Отобранные по этому критерию способы восстановле­ния должны удовлетворять двум условиям:

1. по своим технологическим особенностям они должны быть приемлемы к дан­ной детали;
2. устранять имеющиеся дефекты.

Для восстановления посадочных мест рационально выполнить автоматическую вибродуговую наплавку.

Таблица 1. Коэффициент долговечности восстанавливаемой детали.

Источник