Восстановление деталей методом дополнительных деталей применяется тогда, когда у деталей сложной формы отдельные элементы оказываются поврежденными или изношенными более допустимого предела. В этом случае изношенный или поврежденный элемент детали удаляют или изменяют размер, а затем устанавливают дополнительную деталь, с помощью которой у ремонтируемой детали восстанавливают первоначальную форму и размеры (рис. 21.1). Этот метод применяется в тех случаях, когда ремонтируемую деталь нельзя обработать под ремонтный размер, сохраняя ее прочность.
Рис. 21.1. Восстановление деталей постановкой втулки: а– цапфа вала; б – отверстие
Изношенные гладкие отверстия картеров, корпусов, катков, ступиц, кронштейнов, рычагов восстанавливают путем постановки втулок, колец. У блок-цилиндров двигателей внутреннего сгорания, расточенных при предыдущем ремонте под последний ремонтный размер, номинальный размер прессовки гильз.
При значительных износах шеек валов, когда наплавку или осталивание осуществить невозможно или нецелесообразно, производят напрессовку втулок.
Методом дополнительной детали (вставкой) можно восстанавливать зубчатые колеса тихоходных передач, например кругов катания (рис. 21.2).
Рис. 21.2. Восстановление зубчатых колес вставкой
Дополнительная деталь изготовляется, как правило, из того же материала, что и ремонтируемая. Посадочные поверхности чугунных деталей восстанавливаются дополнительными деталями, обычно изготовленными из стали 20. Минимальная толщина стенки втулки составляет 2,5–3,0 мм.
Класс шероховатости и твердость рабочей поверхности дополнительной детали должны строго соответствовать техническим условиям на изготовление восстанавливаемой детали, в связи с чем при необходимости дополнительные детали должны подвергаться термической обработке, а после запрессовки – механической обработке, для которой должен быть назначен соответствующий припуск.
Сопряжение дополнительной детали (кольца, втулки) с основной деталью производится двумя способами: прессовой посадкой с гарантированным натягом или посадкой с зазором. В первом случае, для того чтобы напрессовать дополнительную деталь на шейку вала или запрессовать ее в гнездо, необходимо или нагреть обхватывающую деталь, или охладить обхватываемую. После напрессовки и приварки восстановленную поверхность обрабатывают до требуемого размера, поэтому дополнительную деталь изготовляют с необходимым припуском.
Сопрягаемые поверхности основной и дополнительной деталей обрабатываются по 2–З-му классу точности и 7–8-му классу шероховатости.
При сопряжении основной и дополнительной деталей с зазором рабочей поверхности дополнительной детали сразу при изготовлении придается номинальный размер, поэтому не требуется последующая механическая обработка, как в первом случае. Сопрягаемые поверхности основной и дополнительной деталей в этом случае изготовляют по 2–3-му классу точности и 4–5-му классу шероховатости, а закрепление дополнительной детали осуществляется с помощью эластомера ГЭН-150(В), клея ВС-10 т или эпоксидными ластами.
Этот способ восстановления деталей имеет и свои недостатки: снижается прочность валов, особенно работающих при знакопеременных нагрузках, затраты на восстановление деталей относительно велики.
Восстановление изношенных деталей методом пластического (остаточного) деформирования происходит в результате перераспределения металла под действием сил деформаций.
При этом способе изменяются не только форма и размеры детали, но и механические свойства металла в зависимости от степени деформации и температуры.
Выбор метода деформации определяется химическим составом металла и его структурой. Восстановление деталей может выполняться в холодном и горячем состояниях. В первом случае требуются значительные усилия, а во втором – при нагреве детали до определенной температуры усилия на пластическую деформацию уменьшаются в 12–15 раз. Нагрев детали снижает твердость и прочность ее поверхности, поэтому после проведения пластического деформирования деталь следует подвергнуть термической или термохимической обработке.
В зависимости от направления действующей силы Рд и направления деформации различают такие виды восстановления деталей методом пластической деформации, как: осадка (рис. 21.3, а), вдавливание (рис. 21.3, б), раздача (рис. 21.3, в), обжатие (рис. 21.3, г), вытяжка (рис. 21.3, д), правка (рис. 21.3, е).
Рис. 21.3. Схемы методов восстановления деталей пластической деформацией
Осадку применяют для увеличения наружного и уменьшения внутреннего диаметра деталей путем уменьшения их высоты. Осадкой восстанавливают втулки, шлицевые концы полуосей и другие детали при изменении линейных размеров в результате износа не более 1 %.
Уменьшение высоты детали при осадке допускается в пределах 8–12 % ее первоначальной величины.
Вдавливание применяется для увеличения размера наружных поверхностей вследствие перемещения материала детали с ее нерабочей поверхности к изношенной. Этим способом восстанавливают тарелки клапанов при износе их рабочей фаски, изношенные боковые поверхности шлицев и другие детали. Раздачей устраняют износ по наружному диаметру за счет увеличения внутреннего диаметра. Этот метод применяется для восстановления поршневых пальцев, втулок, полых штанг толкателей и др.
Обжатием восстанавливают внутренний диаметр детали в результате уменьшения наружного диаметра. Обжатием ремонтируют втулки из стали и сплавов цветных металлов, бобышки рулевых сошек при износе конусных отверстий, различные рычаги при износе гладких и шлицевых отверстий, звенья гусениц при износе проушин под пальцы и др.
После обжатия наружный диаметр втулки восстанавливают до номинального размера постановкой гильзы, осталиванием и другими способами, а отверстие развертывают под заданный размер.
Вытяжка применяется для восстановления длины тяг, рычагов, штанг за счет местного сужения их поперечного сечения на небольшом участке.
Правка – один из наиболее часто применяемых при ремонте деталей способов пластической деформации. Правкой восстанавливают первоначальные формы деталей (элементы металлоконструкций, валы и оси, тяги, рычаги, кронштейны, диски трения и др.), нарушенные вследствие остаточной деформации (изгиба, скручивания).
В зависимости от степени деформации и конструкции детали правят с нагревом или в холодном состоянии на прессах, молотах, с помощью винтовых, гидравлических универсальных и специальных приспособлений.
Тонкие и длинные валы можно править в центрах токарного станка с помощью упора, закрепленного в суппорте станка. Валы для правки укладывают на призмы прогибом вверх и нагружают между опорами. Для устранения изгиба детали выгибают в обратную сторону на величину, значительно превосходящую стрелу прогиба, и выдерживают под грузом в течение 1,5–2 мин.
Холодная правка термически обработанных валов и осей часто не дает требуемых результатов, так как остаточные напряжения, возникающие при холодной правке, вызывают частичную повторную деформацию. Для устранения этих напряжений детали после правки подвергают нагреву до температуры несколько ниже температуры отпуска (600–800 °C) с постепенным охлаждением.
При значительных деформациях детали правят в горячем состоянии при температуре 800–900 °C. Термически обработанные детали после правки в горячем состоянии необходимо снова подвергать термической обработке. Высокую точность (до 0,02 мм на 1 м длины вала) и устойчивую остаточную деформацию можно получить местным поверхностным наклепом (рис. 21.4). Такая правка применяется при ремонте длинных валов большого диаметра, имеющих незначительный прогиб. Точность правки валов окончательно проверяют через 20–25 ч.
Рис. 21.4. Схема правки местным поверхностным наклепом
В практику ремонта деталей все чаще внедряется электромеханическая обработка (ЭМО), представляющая собой разновидность пластического деформирования вдавливанием, совмещенного с нагревом восстанавливаемой поверхности электрическим током. Сущность этого процесса заключается в следующем: подлежащая восстановлению деталь 1 (рис. 21.5) устанавливается в центре токарного станка, в суппорте которого монтируется оправка с высаживающим роликом 3. К детали и державке подводится ток от трансформатора. При контакте пластинки с деталью через них проходит ток 600–800 А, напряжением 1–5 В, и поверхность детали нагревается. Вдавливанием твердосплавного ролика производится высадка металла, а за счет вращения детали на ее поверхности образуется винтовая канавка, при этом диаметр этой детали увеличивается до размера D1. Затем ролик заменяется сглаживающей пластиной 2. При обработке винтовой поверхности пластиной происходит сглаживание витков, что позволяет получить необходимый размер детали D0 без механической обработки.