Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Кафедра сварочного производства  
 
 
 

     Восстановление  деталей машин  методами пластической деформации 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург 2009

Оглавление

1. Краткая характеристика  способа 3

2. Способы обработки  деталей пластическим  деформированием 4

3. Схемы способов  восстановления деталей  пластической деформацией 8

4. Особенности ремонта  пластической деформацией 9

5. Влияние пластических  деформаций на  структуру и свойства  металла 11

Заключение 13

Список  использованной литературы 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Краткая характеристика  способа

 

     Восстановление  деталей с помощью пластических деформаций основано на их способности  изменять свою геометрическую форму  и размеры за счет перераспределения  металла без разрушения под действием  внешних сил.

     Ремонт  деталей пластической деформацией  – один из наиболее распространенных методов ремонта деталей, основанный на пластической деформации изношенных деталей с последующей механической обработкой. Метод используют для  выправления вмятин, погнутости, скручивания, изменения посадочных размеров изношенных мест деталей (увеличения диаметра изношенных шеек осей, валов, уменьшения диаметра изношенных поверхностей втулок), повышения  прочности деталей (дробеструйный  наклеп) и снижения шероховатости  механической обработки (накатка роликами шеек валов вместо их шлифования). Этот способ применяется также для  восстановления первоначальных свойств  деталей, упрочнения их рабочих поверхностей и в качестве заключительной чистовой обработки. Для облегчения пластического  деформирования деталь предварительно подогревают, что резко повышает пластичность металла. Так, при нагреве  деталей до 900° С прилагаемую  нагрузку можно снизить до 0,5…0,6 МПа.

Детали восстанавливают  как в холодном, так и в горячем  состоянии. В холодном состоянии  обычно восстанавливают детали из низкоуглеродистых  сталей, цветных металлов и сплавов, а в горячем – из средне- и  высокоуглеродистых сталей с температурой нагрева 0,7… 0,9 температуры плавления. После восстановления давлением  ответственные детали подвергают термической  обработке.

     При восстановлении деталей пластической деформацией (давлением) используют пластические свойства металла, способность при  некоторых условиях деформироваться  под нагрузками, не теряя целостности  детали.

     Под давлением изменяется не только форма  и размеры детали, но и структура  и механические свойства металла. Пластическая деформация металла в холодном состоянии  упрочняет металл и это называется наклепом металла. В этом случае твердость, прочность и предел текучести  металла повышаются, а пластичность уменьшается. Но эти изменения не очень постоянны, т. е. сдвиги и нарушения  в кристаллической структуре  металла подвержены восстановлению.

     При незначительном нагревании упрочненного, металла (у стали 200…300 °С) восстанавливается  упорядоченная кристаллическая  решетка, причем прочность и твердость  несколько снижаются, а пластичность повышается. Структура металла при  этом не меняется. При более высоких  температурах нагрева начинается восстановление металла.

     Изменение структуры вследствие нагрева после  холодной пластической деформации металла  называется рекристаллизацией. Наименьшей температурой рекристаллизации (порогом  рекристаллизации) является температура, при которой твердость металла  резко снижается, а пластичность повышается. Для примерного расчета  этой температуры температура плавления  металла умножается на 0,4. При увеличении деформации температура рекристаллизации уменьшается. Если температура пластической деформации выше температуры рекристаллизации, то упрочнения (наклепа) металла не происходит.

     Обработка металлов давлением при температуре  ниже температуры рекристаллизации называется холодной обработкой, а  при более высокой температуре  – горячей обработкой. В этом случае обработку начинают при температуре, значительно выше температуры рекристаллизации. Этим избегают появления наклепа  и возникновения трещин.

     На  свойства металла оказывают влияние  остаточные напряжения, возникающие  от неодинаковой деформации различных  частей деталей. Они вызываются и  неоднородным составом металла, а также  разным нагревом и охлаждением разнородных  частей детали. Остаточные напряжения могут суммироваться с напряжениями, вызванными внешними силами, благоприятно или неблагоприятно, увеличивая или  уменьшая прочность детали. Под действием  остаточных напряжений деталь может  покоробиться, треснуть и т. д. Для  устранения напряжений деталь подвергают отжигу или нормализации. При этом температура выше температуры рекристаллизации.

     Ремонт  изношенных деталей при помощи пластических деформаций требует специальных  приспособлений и штампов, поэтому  является экономически оправданным  только в том случае, когда ремонтируется  много однотипных деталей.

2. Способы обработки  деталей пластическим  деформированием

 

     Различают следующие виды обработки пластическим деформированием: осадку, раздачу, обжатие, вдавливание, вытяжку, правку, накатывание.

Правка применяется  при искажении формы деталей, например при изгибе и скручивании  валов, осей, шатунов, рам; вмятинах и  перекосах тонкостенных деталей. В  зависимости от степени деформации и размеров детали правят с нагревом или без него. Инструментом при  правке могут служить молотки (стальной, медный, деревянный), кувалды, специальные  ключи, скобы, прессы, домкраты и др.

При правке без  нагрева у стальных деталей остаются значительные внутренние напряжения. В результате этого после правки они постепенно принимают первоначальную форму. Для снятия внутренних напряжений после холодной правки деталь необходимо стабилизировать, т. е. выдержать при  температуре 400…450 °С около 1ч или  при температуре 250…300°С в течение  нескольких часов.

Крупные и сильно деформированные детали правят в  нагретом состоянии, так как холодная правка не всегда дает устойчивый результат, так как в металле в результате наклепа могут возникнуть внутренние напряжения, накладываемые на остаточные напряжения, сохраняющиеся в деталях. Эти процессы не возникают при  горячей правке, когда места деформации нагревают до 600…900°С. Например, для  правки металлоконструкций нагревают  деформированные элементы с помощью  газовых горелок и паяльных ламп до 900° С в местах наибольших изгибов  с выпуклой стороны. Возникшие при  нагреве напряжения растяжения вызывают выпрямление детали.

     Осадка  применяется для увеличения наружного  диаметра сплошных деталей или для  уменьшения внутреннего диаметра полых. При осадке диаметр детали увеличивается  за счет уменьшения ее длины. Этим способом восстанавливают различные втулки при износе по наружному или внутреннему  диаметру, цапфы валов, оси, клапаны  двигателей внутреннего сгорания, зубчатые колеса и другие детали, имеющие  поверхностный износ не более 1% их диаметра. Осадкой увеличивают диаметр  деталей типа пальцев и втулок из цветных металлов за счет некоторого уменьшения их длины.

     Этим  способом можно уменьшить длину  деталей до 15%, однако ответственные  детали не уменьшают больше чем на 8%. Приспособление для осадки состоит  из верхней и нижней подставок  и цилиндрической оправки, диаметр  которой должен быть на 0,2 мм меньше окончательного диаметра отверстия. После осадки под прессом отверстие втулки развертывают до требуемого размера. Небольшие по ширине цилиндрические зубчатые колеса восстанавливают в нагретом состоянии с помощью специальных штампов, которые позволяют получить небольшое утолщение зубьев и уменьшение отверстия ступицы.

     Отверстие ступицы после осадки растачивают, а затем обтачивают наружные поверхности  и нарезают зубья колеса. Если необходимо, производят термическую обработку  зубьев на режимах, предусмотренных  для новых зубчатых колес. Обжатие  проводят при необходимости уменьшить, внутренний диаметр полых деталей  за счет изменения наружного диаметра. Этим способом восстанавливают втулки из цветных металлов, проушины различных  рычагов при износе гладких или  шлицевых отверстий, корпуса гидронасосов и пр. При обжатии изношенную втулку проталкивают с помощью пуансона через отверстие матрицы, размер которой, регулируемый вкладышем, равен  наружному диаметру обжатой втулки. После обжатия наружный диаметр  увеличивают, например, с помощью  электролитического наращивания слоя металла, а внутренний – развертывают до требуемого размера.

 Обжатием уменьшают внутренние размеры деталей типа втулок, изготовленных из цветных металлов. Втулку проталкивают пуансоном через установленную в подставке матрицу. Входное отверстие матрицы сужается под углом 7…8°, далее идет калибрующая часть, которая заканчивается входным отверстием, расширяющимся углом 18…20°. После обжатия наружную поверхность втулок омедняют и протачивают, а внутреннюю развертывают. 

Вытяжка применяется  для увеличения длины детали за счет местного (на небольшом участке) сужения  ее поперечного сечения. Этот способ используют при ремонте тяг, штанг  и др. 

Раздача применяется  для увеличения наружного диаметра за счет увеличения внутреннего диаметра полых деталей. Этим способом восстанавливают  бронзовые втулки шестеренчатых  насосов гидросистем, трубы рулевой  колонки и пр. Раздачу чаще проводят в холодном состоянии, закаленные детали предварительно подвергают отпуску  или отжигу. Наиболее часто этот способ применяют при восстановлении поршневых пальцев двигателей внутреннего  сгорания. Изношенный палец устанавливают  в специальную матрицу и раздают  с помощью пуансона на прессе. 

Вдавливанием  восстанавливают тарелки клапанов, шлицы, шестерни при износе по профилю  зуба и пр. (рис. 59). Ролики 2 и 3 изготовляют  из специальных твердых сплавов  или инструментальной стали и  подвергают термообработке. Ролик 2, вдавливаясь, перераспределяет металл, а ролики 3 формируют профиль и размеры  шлицев. Установка имеет две или  три подобные головки, т. е. одновременно обрабатываются два или три шлица  под углами соответственно 180 и 120°. Благодаря такой конструкции  вал разгружается от изгибающих сил. Перед головками закреплены индукторы  высокочастотной установки для  разогрева шлицев, сзади роликов  – устройство для их охлаждения. Накатыванием увеличивают размеры  термически не обработанных цилиндрических поверхностей, на которые устанавливают  детали с помощью неподвижных  посадок. Такие детали, закрепленные в центрах токарного станка, обкатывают роликом из хромоникелевой стали, имеющим  на поверхности насечку. 

При накатывании  диаметр поверхности увеличивается  за счет поднятия гребешков металла. Полученную поверхность шлифуют  или накатывают гладким роликом  до получения требуемого размера. Накатка  может быть применена для восстановления вкладышей, залитых свинцовистой бронзой, а также для восстановления изношенных поверхностей под неподвижную посадку  колец роликовых и шариковых  подшипников. Накаткой можно увеличить  диаметр детали на 0,3…0,4 мм на сторону. 

Накатку применяют  для сохранения работоспособности  только деталей, работающих в легких условиях, так как износостойкость  соединений, отремонтированных таким  путем, значительно ниже износостойкости  нового соединения.

3. Схемы способов  восстановления деталей  пластической деформацией

4. Особенности ремонта  пластической деформацией

 

     При горячей обработке важен интервал температуры обработки, что зависит  от химического состава металла. Наивысшая температура обработки  не должна вызывать выжигание металла. Слишком низкая температура обработки у мягких металлов может вызвать наклеп, а у твердых – появление трещин. 

Так как при  ремонте обрабатывают не заготовку, а изношенную деталь, то важны скорость нагрева детали и температура  обработки, чтобы избежать выгорания  углерода с поверхности детали и  образования толстого слоя окалины. Детали желательно нагревать в нейтральной  среде (например, в ящике с цементирующим  составом).

После пластической деформации детали обрабатывают термически в соответствии с техническими условиями. При холодной обработке всегда в  большей или меньшей степени  возникает наклеп.

Восстановление  деталей давлением является относительно простым способом, но предопределяет наличие приспособлений. При этом металл перемещается на изношенные поверхности. Это предполагает наличие запаса металла. Но детали автомобиля изготовляются  с наименьшей возможной массой, и  поэтому этот метод не всегда применим.

Изношенные шлицы  вала расширяют накаткой роликом. Изношенные конусные отверстия рулевых рычагов  можно осадить в приспособлении. Особым штампом вытягивают изношенные шестерни. Втулки из цветных металлов с изношенной внутренней или наружной поверхностью обжимают в холодном состоянии. Отверстия сепараторов конических роликовых подшипников изнашиваются и вытягиваются. Осадить их просто приспособлением Подшипник без  наружной обоймы устанавливают внутренней обоймой на палец. Вместо наружной обоймы ставят пуансон, на внутренней поверхности  которого имеется столько конических углублений, сколько роликов в  подшипнике. К грибку прилагают силу ручного пресса.