Технологический процесс восстановления крышки редуктора переднего моста трактора Беларус-1522 (технологическая часть дипломного проекта)

4.3 Проектирование ТП восстановления крышки редуктора

4.3.1 Обоснование способов устранения дефектов и восстановления детали

Для дефектов, рассматриваемых в данном дипломном проекте, существуют различные способы ремонта. Рассмотрим наиболее распространен-ные из них
Метод ремонтных размеров и дополнительных деталей
При ремонте методом ремонтных размеров одну из износившихся деталей соединения обрабатывают до исчезновения следов износа или до получения определенного заранее установленного размера, а вторую, чаще всего более дешевую, заменяют новой. Например, изношенную шейку вала обрабатывают до исчезновения следов износа и комплектуют ее с новой втулкой, обеспечивающей с полученным размером шейки вала требуемую посадку. Такой ремонт может производиться последовательно несколько раз, причем диаметр вала постепенно будет уменьшаться, а диаметр отверстия ремонтируемой детали — увеличиваться. Таким образом, детали сопряжения будут иметь размеры, отличающиеся от первоначальных. Эти новые, заранее установленные размеры деталей соединения принято называть ремонтными.
Различают три вида ремонтных размеров: стандартные, регламентирован-ные, свободные.
Стандартные ремонтные размеры, изготовляемые промышленностью, применяют при ремонте поршней, поршневых пальцев, толкателей, вкладышей, поршневых колец.
Регламентированные ремонтные размеры устанавливаются техническими условиями на восстановление деталей. При этом механическую обработку производят до достижения заданной величины.
Свободные ремонтные размеры предусматривают обработку до получения правильной геометрической формы и чистоты рабочей поверхности деталей. Сопряженную деталь подгоняют к восстановленной до свободного ее размера, оставляя припуск для окончательной подгонки по месту.
Основными особенностями метода ремонтных размеров являются: простота и доступность его применения в условиях ремонтных мастерских, а также возможность обеспечения взаимозаменяемости деталей одного ремонтного размера и обеспечение зазора в соединении, равного номинальному.
Число ремонтных размеров и их величины должны быть определенными, так как только в этих случаях возможно изготовление взаимозаменяемых ремонтных деталей, используемых в качестве запасных частей.
Несмотря на некоторые недостатки, например ослабление сечения детали и увеличение номенклатуры деталей, усложняющие их учет, метод ремонтных размеров находит широкое применение при ремонте таких групп деталей, как цилиндр—поршень — кольцо, шатуны — вкладыши — коленчатый вал и др.
Величина отклонений в размере ремонтных деталей указывается на них в виде ремонтных увеличений или уменьшений от номинального размера. Ремонтное уменьшение (разность между номинальным и ремонтным размерами) указывается со знаком минус, а ремонтное увеличение (разность между ремонтным и номинальным размерами) со знаком плюс. Например, при ремонтном интервале, равном 0,25 мм, увеличение для первого ремонтного размера равно +0,25, для второго —1-0,5, для третьего — +0,75 мм и т.д.
Некоторые запасные детали изготовляются заводами-изготовителями в виде полуфабрикатов в неокончательно обработанном виде или полуобработанными.
Эти детали обозначают добавлением к номеру основной детали буквы Р или РП (ремонтная полуобработка) и цифры, соответствующей порядковому номеру ремонтного размера.
Техническими условиями на ремонт строительных машин допускается уменьшение диаметра вала не более чем на 10 % первоначального его размера. При условии проверки на прочность допустимы и большие уменьшения диаметра вала. Минимальная толщина стенок отверстий (гильз, втулок) определяется из условий их прочности.
Метод дополнительных деталей, являющийся разновидностью метода ре-монтных размеров, широко распространен при восстановлении под ремонтный размер цилиндров блоков, прошедших последний ремонтный размер, гнезд клапанов, посадочных отверстий под подшипники коробок передач, задних мостов. Метод предусматривает замену изношенной части детали дополнительной, специально для этой цели изготовленной. Наиболее часто таким образом ремонтируют отверстия деталей. В ступицу шкива, шестерни или другой детали, предварительно расточенную до некоторого размера, запрессовывают ремонтную втулку или гильзу.
Если в ступице имеется отверстие для смазки, то запрессованную деталь по торцу прихватывают сваркой в нескольких точках или фиксируют резьбовыми штифтами. После этого втулку растачивают под требуемый размер, сверлят отверстие для смазки и прорубают смазочные канавки.
Для восстановления резьбовых отверстий применяют резьбовые втулки (ввертыши), в которых после установки на место нарезают резьбу номинального шага.
Изношенные участки плоских поверхностей деталей ремонтируют установкой накладок и планок. При этом дефектные участки строгают или фрезеруют, затем из полосовой стали изготовляют и тщательно подгоняют накладки. Их закрепляют винтами или сваркой и обрабатывают вровень с неизношенными поверхностями детали. Способ дополнительных деталей прост и экономичен, так как позволяет сохранить и использовать оставшуюся неизношенной работоспособную часть детали.
Вибродуговая наплавка — разновидность дуговой наплавки металлическим электродом. Процесс наплавки осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность.
К наплавляемой поверхности детали, которая вращается в центрах токар-ного станка, роликами подающего механизма из кассеты через вибрирующий мундштук подается электродная проволока. Из-за колебаний мундштука, вызываемых эксцентриковым механизмом, проволока периодически прикасается к поверхности детали и расплавляется под действием импульсных электрических разрядов, поступающих от генератора. Под действием вибратора мундштук вместе с проволокой вибрирует с частотой 50Гц и амплитудой колебания до 4 мм (практически 1,8-3,2 мм).
Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность про-цесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подаче электродной проволоки небольшими порциями, что обеспечивает лучшее формирование наплавленных валиков.
Качество соединения наплавленного металла с основным зависит от не-скольких факторов. Основными из них являются полярность тока, шаг наплавки (подача суппорта станка на один оборот детали), угол подвода электрода к детали, качество очистки и подготовки поверхности, подлежащей наплавлению, толщина слоя наплавки и др.
Вибродуговая наплавка под слоем флюса имеет ряд преимуществ: дает возможность наплавлять металл только на изношенную часть, что уменьшает трудоемкость последующей механической обработки; получать наплавленный слой без пор и трещин; деформация детали минимальная и не превышает полей допусков посадочных мест; минимальная зона термического влияния.
Недостатком вибродуговой наплавки является уменьшение до 40 % сопро-тивления усталости наплавленных деталей. Этот показатель можно улучшить термообработкой.
Контактная приварка ленты и проволоки. Суть процесса восстановления контактной приваркой состоит в приваривании мощными импульсами тока к поверхности деталей стальной ленты, порошка или проволоки.
Для уменьшения нагрева детали и улучшения закалки привариваемого слоя в зону сварки подают охлаждающую жидкость. Способ восстановления деталей контактным электроимпульсным покрытием широко применяют для восстановления посадочных мест под подшипники в корпусных деталях и валах, а также резьбовых частей валов. Для восстановления и упрочнения деталей перспективной является приварка к изношенным поверхностям порошковых твердых сплавов.
При контактной сварке металл прогревается на малую глубину, что обеспечивает неизменность его химического состава и отпадает необходимость в применении флюсов и защитных газов.
Выбор материала ленты осуществляется в зависимости от потребной твёрдости восстановленной поверхности.
Наплавка в среде углекислого газа. Сварку и наплавку в среде защитных газов широко используют в ремонтном производстве. Однако высокая стоимость инертных газов ограничивается только сваркой
Наплавка в среде СО2 постепенно вытесняет вибродуговую наплавку и частично наплавку под слоем флюса. Этот процесс обладает производительно-стью на 25...30% выше, чем наплавка под слоем флюса, легко механизируется и автоматизируется. Отпадает необходимость удаления шлака. Уменьшение зоны термического влияния позволяет восстанавливать детали малого диаметра (практически начиная с 10 мм). Повышение скорости наплавки снижает потери металла на угар, разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления и несколько улучшает прочностные свойства наплавленного металла,
Наплавкой восстанавливают детали из среднеуглеродистых сталей 25, 30, 40, 45Х и др. При использовании сварочных проволок Св-08Г2 твердость металла НВ 220...250, а Нп-ЗОХГСА — НВ 250... 290. Чтобы получить более высокую твердость, необходимо провести цементацию, закалку ТВЧ или наплавку порошковыми проволоками. К недостаткам данного способа относят: довольно большие потери электродного материала (8...12%), снижение усталостной прочности восстанавливаемых деталей на 10...50%. Для устранения каждого дефекта детали должен быть выбран рациональный способ, т.е. технически обоснованный и экономически целесообразный.
Метод получения ремонтных размеров, под которым понимаются некоторые заранее установленные размеры, отличные от номинального.
Обрабатывают основную, т. е. сложную и дорогую деталь. С нее снимают материал до достижения заданного ремонтного размера; при этом сохраняют первоначальные погрешности и шероховатость обработки. Сопрягаемую, т. е. более простую и дешевую деталь, изготовляют заново или же ремонтируют, наращивая на нее материал под ремонтный размер основной детали с сохранением первоначальных погрешности и шероховатости обработки.
При соблюдении этих условий достигается взаимозаменяемость в пределах данного ремонтного размера, что позволяет применять данный метод в условиях как обезличенного, так и необезличенного ремонта.
К недостаткам данного метода относятся увеличение номенклатуры запас-ных деталей, что вызывает необходимость в расширении площади складов; омертвление значительных средств; трудности с планированием производства и распределения; ослабление сечения деталей.
Рациональный способ восстановления детали определяют, пользуясь кри-териями: технологическим (применимости), техническим (долговечности) и технико-экономическим (обобщающим).
Технологический критерий (критерий применимости) учитывает, с одной стороны, особенности восстановления определенной поверхности конкретной детали и, с другой — технологические возможности соответствующих способа. Он не оценивается количественно и относится к категории качественных. Поэтому его применяют интуитивно с учетом накопленного опыта применения тех или иных способов.
Так, автоматическая наплавка под флюсом сопровождается сильным разо-гревом деталей и их глубоким проплавлением. Ее рекомендуют при ремонте крупногабаритных деталей с диаметром более 50 мм.
Для восстановления деталей малых размеров служит вибродуговая наплавка. Однако необходимо учитывать значительное снижение их усталостной прочности.
Малый разогрев деталей наблюдается при восстановлении деталей электрометаллизацией, а также в случае применения клеевых соединений. Но электрометаллизационные покрытия не пригодны для деталей, испытывающих ударные нагрузки, а полимерные материалы обладают сравнительно невысокой теплопроводностью при значительном коэффициенте линейного расширения.
Покрытия, получаемые электролитическим хромированием, характеризуются высокой износостойкостью в абразивной среде, но их толщина ограничена (до 0,3 мм). Если последняя превысит указанное значение, то хром будет отслаиваться вследствие значительных внутренних напряжений.
Анализ конструктивных особенностей и условий эксплуатации деталей, их износов, а также технологических возможностей известных способов ремонта позволяет выбрать необходимый из них. 
С помощью технологического критерия можно выявить лишь перечень возможных для данной детали способов восстановления. Решение, принятое на его основе, следует считать предварительным.
По отдельным поверхностям типовых детали существуют десятки техноло-гически приемлемых способов восстановления, различающихся между собой уровнем обеспечения надежности или стоимостью. 
Технический критерий (долговечности) оценивает каждый способ (вы-бранный по технологическому признаку) устранения дефектов детали с точки зрения восстановления свойств поверхностей, т.е. обеспечения работоспособности за счет достаточной твердости, износостойкости и сцепляемости покрытия восстановленной детали.
Для каждого из выбранных нескольких способов восстановления опреде-ляем комплексную качественную оценку по значению коэффициента долговечности
Коэффициент долговечности определяется как функция:

Ки - коэффициент износостойкости,
Кв - коэффициент выносливости,
Ксц - коэффициент сцепляемости.
Кп - поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность восстановленной детали в условиях эксплуатации, Кп=0,8...0,9 (принимаем Кп=0,9).
По физическому смыслу коэффициент долговечности пропорционален сроку службы детали в эксплуатации, и, следовательно, рациональным по этому критерию будет способ, у которого Кд =max.
Выбрав несколько способов устранения дефектов, которые обеспечивают необходимые твердость, износостойкость, выносливость и другие показатели, окончательное решение о его целесообразности принимаем по технико-экономи-ческому критерию.
Технико-экономический критерий. Он связывает стоимость восстановления детали с ее долговечностью после устранения дефектов. Условие технико-экономической эффективности способа восстановления детали предложено проф. В.И. Казарцевым:
СВ КДСН или СВ / КД СН,
где СВ – стоимость восстановления детали, руб.;
СН – стоимость новой детали, руб.
Т.к. стоимость новой детали неизвестна, то критерий оцениваем по фор-муле проф. В.А. Шадричева
КТ = СВ / КД,
где КТ–коэффициент технико-экономической эффективности (табл.4);
СВ – себестоимость восстановления 1 м2 изношенной поверхности детали, руб./м2 по [1, табл. 53].
Эффективным считается способ, у которого КТ min
Вибродуговая наплавка: Кт =10 / 0,62 = 16,12
Наплавка в среде СО2: Кт =8 / 0,85= 9,41
Контактная приварка ленты: Кт =9/ 0,8= 11,25
Метод ремонтных размеров: Кт =0,8/ 1= 0,8
Плазменная наплавка: Кт =10/ 0,4= 25
Эффективным является способ, у которого Кт=min. Данные по характеристикам выбранных способов восстановления и результаты расчетов заносим в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 - Характеристика способов восстановления дефектов детали


Цены приведены в рублях [2].
Самый низкий коэффициент технико-экономической эффективности имеет наплавка в среде углекислого газа. Данный способ восстановления не требует дорогостоящего оборудования, производителен и менее дорогостоящий чем остальные проанализированные способы.. Поверхности под подшипник обладают очень высокими требованиями шероховатости и износостойкости. Самый высокий коэффициент износостойкости у плазменной наплавки. Из-за дороговизны этого способа, применяем метод приварки порош-ковой ленты, малый расход и высокая эффективность делают способ весьма доступным. Устраняем приваркой порошковой ленты изношенные поверхности под подшипник.