Аннотация
А.В. Иванов, О.Л. Пирозерская Перспективные способы наплавки механической обработки восстанавливаемых деталей Рассматриваются современные способы наплавки и последующей механической обработки, применяемые при восстановлении изношенных деталей. Предложено для обработки восстанавливаемой наплавкой поверхности применять ленточное глубинное шлифование, обладающее рядом преимуществ перед обработкой абразивными кругами.
В настоящее время возрастает актуальность использования восстановленных деталей при ремонте автомобилей, автотракторной и сельскохозяйственной техники, пищевого и промышленного оборудования. При восстановлении изношенных деталей затраты на материалы и количество технологических операций сокращается в 5 - 8 раз, что по сравнению с изготовлением новых деталей способствует экономии металла, топливно-энергетических и других природных ресурсов.
Современные способы наплавки и обработки применяемые при восстановлении изношенных деталей должны обладать следующими свойствами:
- максимальной универсальностью (на практике, для восстановления поверхностей деталей с различной степенью изнашивания и техническими требованиями, как правило, используют несколько разнородных процессов наплавки, а также напыление, электроконтактную приварку металлических материалов, что усложняет решение вопросов технологического оснащения восстановительных производств, снижает эффективность использования производственных площадей и оборудования, затрудняет обеспечение необходимыми материалами);
- обеспечивать технические характеристики и ресурс восстановленных деталей не ниже требований технических условий на новую деталь;
- иметь высокую производительность и технологическую устойчивость;
- базироваться на недорогом и доступном оборудовании;
- использовать имеющиеся на рынке материалы;
- обладать высокой экологичностью.
Указанным требованиям отвечают способы скоростной электродуговой наплавки в среде защитных газов с дополнительной присадкой металлических порошковых материалов и скоростная плазменно-порошковая наплавка дугой прямого действия, разработанные в проблемной лаборатории ПРЭНТ СПбГ АУ.
Способ скоростной электродуговой наплавки в среде защитных газов с дополнительной присадкой металлических порошковых материалов может быть реализован на базе шлангового полуавтомата для сварки в среде защитных газов. В качестве вращателя наплавляемой детали может быть использован устаревший токарный станок или сварочный манипулятор. Для комплектации наплавочной установки необходимы простые по конструкции и недорогие стойка для крепления горелки и дозатора порошкового присадочного материала (ППМ). Сохраняется возможность использования сварочного полуавтомата по прямому назначению.
Использование дополнительного ППМ повышает производительность наплавки в 1,5 - 2 раза, снижает глубину проплавления и термическое воздействие на основной металл. Появляется возможность гибкого регулирования химического состава наплавленного металлопокрытия и обеспечения различных служебных свойств восстановленной поверхности детали в соответствии требованиями технических условий, благодаря использованию различных наплавочных проволок и дополнительного ППМ разных марок, регулирования относительного количества основного и дополнительного присадочных металлов.
В качестве основного присадочного материала используются широко выпускаемые в нашей стране сварочные и наплавочные проволоки (Св-08Г2СА; Нп- 30ХГСА; Нп-35ХГ2СА) а также, проволоки зарубежного производства.
Металлические порошковые присадочные материалы широкой номенклатуры и различного назначения в нашей стране производит НПО «Тулачермет».
A. Сплавы на основе никеля и титана
Б. Коррозионностойкие стали и сплавы
B. Самофлюсующиеся сплавы
Г. Инструментальные и конструкционные стали
Д. Высокоуглеродистые легированные сплавы
Е. Медные сплавы
Ж. Жаростойкие сплавы
К. Композиционные порошки
Л. Чистые металлы
М. Механические смеси
Можно использовать порошки для наплавки импортного производства.
Выбросы вредных веществ при осуществлении наплавки аналогичны выбросам при проведении сварочных работ.
Способ скоростной плазменно-порошковой наплавки дугой прямого действия базируется на установках УПВ-301, УПНС-304 выпускаемых в нашей стране или аналогичном импортном оборудовании. Как и в первом случае в качестве вращателя используются токарный станок или сварочный манипулятор дооборудованные оригинальной оснасткой.
Применение указанных выше ППМ позволяет получать покрытия с разнообразными служебными свойствами и обеспечивать ресурс восстановленной поверхности не ниже новой детали. Высокая технологическая стабильность процесса позволяет восстанавливать детали большой площади (например, штоки гидроцилиндров). Расплавление ППМ в столбе плазменной дуги и перенос его в жидком состоянии на наплавляемую поверхность уменьшает проплавление основного металла и термическое воздействие на деталь.
Рассмотренные способы нанесения металлопокрытий позволяют восстанавливать широкую номенклатуру деталей различного назначения и с разнообразными свойствами поверхности.
Так, например, на рисунке 1 представлены наплавленный и подлежащий восстановлению распределительные валы дизельного двигателя.
Рисунок 3 – Изношенный и наплавленный кулачки распредвала
При восстановлении валов необходимо выполнение требований к качеству восстанавливаемых поверхностей и обеспечение: размеров, относительного расположения поверхностей, шероховатости, твердости, сплошности покрытия, прочности сцепления нанесенных слоев с основным металлом
.Наиболее часто после наплавки применяют абразивную обработку. Этим же способом обрабатывают детали после хромирования, т.к. покрытие имеет высокую микротвердость и малую толщину. Детали, восстановленные железнением, обрабатывают как абразивным, так и лезвийным инструментом. Особую трудность вызывает механическая обработка поверхностей, восстановленных наплавкой или напылением износостойких порошков. Это вызвано тем, что такие покрытия состоят из карбидов высокой твердости и вязкой металлической основы. Поэтому наиболее эффективным представляется шлифование абразивным инструментом, а также электрофизические и электрохимические методы обработки.
Перечисленные выше особенности нанесения и свойства покрытий затрудняют использование при восстановлении тех же технологий, что и при изготовлении деталей. Практически единственным способом обработки хромированных деталей является шлифование кругами. Несоблюдение условий и режимов шлифования может привести к отслаиванию покрытия или образованию шлифовочных трещин и прижогов. Для получения требуемого качества поверхности при чистовом шлифовании наплавленных поверхностей необходимо снижать удельные нагрузки и температуру в зоне шлифования. При шлифовании абразивными кругами это можно достичь, применяя прерывистые круги, но они засаливаются вследствие уменьшения адгезионных процессов между металлопокрытием и кругом. Это в свою очередь не может не отражаться на качестве обрабатываемой поверхности.
Ленточное шлифование имеет значительные преимущества перед обработкой абразивными кругами [1]. В первую очередь это связано с возникновением в поверхностных слоях детали остаточных напряжений сжатия, что приводит к увеличению её долговечности.
Характерной особенностью ленточного шлифования является то, что резание осуществляется зернами, лезвия которых имеют большие отрицательные передние углы. Этим объясняется возникновение наклепа, при этом повышается усталостная прочность и предел прочности. Силовой фактор доминирует над температурным за счет большого отвода тепла в стружку и охлаждения лент. При шлифовании кругами развиваются мгновенные температуры порядка 1000.. .1200 °С, а при обработке абразивной лентой температуры не превышают 700.850 °С.
Глубинная схема шлифования отличается от многоходовой иной схемой распределения максимальных контактных температур в зоне резания [1]. Температура на обработанной поверхности в зависимости от условий охлаждения составляет 25.60% от максимальной. Температурные дефекты, которые могут возникнуть при обработке на жестких режимах резания, легко можно удалить с помощью зачищающего хода, выполненного на мягких режимах.
Обобщая выше изложенное можно сделать вывод, что трудности обработки наплавленных поверхностей можно преодолеть применяя ленточное глубинное шлифование, обладающее рядом преимуществ перед обработкой абразивными кругами как при глубинной схеме шлифования, так и при многоходовой.
Список использованной литературы
1. Пирозерская О. Л. Разработка научно-методического аппарата прогнозирования точности и качества обработки сложнопрофильных заготовок методом ленточного глубинного шлифования и технологических рекомендаций по его применению: Дисс. канд. техн. наук. – С-Пб., 1999. – 165 с.