Способы обнаружения дефектов и восстановления деталей.

Дефекты, возникающие в процессе эксплуатации оборудования, можно подразделить на три группы:

· износ, причины возникновения и контроль которого рассмотрен в предыдущем параграфе; сюда же относятся царапины, риски, надиры;

· механические повреждения(трещины, выкрашивание зубьев, поломки, изгибы и скручивания;

· химико-тепловые повреждения(коробление, раковины, коррозия).

Большинство крупных и средних механических дефектов обнаруживается при внешнем осмотре. В некоторых случаях проверку осуществляют с помощью молотка. Дребезжащий звук при обстукивании детали молотком свидетельствует о наличии в ней значительных трещин. Для обнаружения мелких трещин можно использовать различные методы дефектоскопии. Наиболее просты капиллярные методы. Если, на пример, опустить деталь на15….20 мин в керосин, то при наличии трещин жидкость проникает в них. Вытерев досуха поверхности детали, покрывают их тонким слоем мела: мел поглощает керосин из трещин, в результате чего на поверхности появляются темные полосы, указывающие местонахождения дефекта. Для более качественного обнаружения трещин применяют жидкости, которые светятся при облучении ультрафиолетовым светом (капиллярный люминесцентный метод).Такой жидкостью является смесь 5 частей керосина, 2,5 частей трансформаторного масла и 2,5 частей бензина. Деталь погружается на 10…15 мин жидкость, затем промывается и просушивается, после чего облучается ультрафиолетовыми лучами (ртутно-кварцевой лампой). В местах трещин появляется светло-зеленое свечение.

Трещины обнаруживаются также методами магнитной дефектоскопии. Деталь намагничивают и поливают магнитной суспензией (порошок оксида железа, размешанный в масле, керосине или водномыльном растворе). В местах трещин образуются скопления порошка.

Дефекты расположенные внутри материала, обнаруживаются рентгеноскопическим методом. Рентгеновские лучи, проходя через проверяемую деталь, попадают на чувствительную пленку, на которой пустоты проявляются как более темные пятна, а плотные инородные включения - как более светлые пятна.

В настоящее время распространен ультразвуковой метод обнаружения трещин и других дефектов. К исследуемой детали прикладывают ультразвуковой зонд, основной частью которого является кристаллический генератор механических колебаний высокой частоты (0,5…10 МГц). Эти колебания, проходя через материал детали, отражаются от внутренних границ (внутренних трещин, поверхностей разрыва, раковин и т.д.) и попадают обратно в зонд. Прибор регистрирует время запаздывания отраженных волн относительно излучаемых. Чем больше это время, тем больше глубина, на которой расположен дефект.

Восстановление деталей механической обработкой – метод ремонтных размеров – применяется для восстановления точности направляющих станков, изношенных отверстий или шеек различных деталей, резьбы ходовых винтов и др. Из двух как минимум сопряженных деталей ремонтируется более дорогая, трудоемкая и металлоемкая деталь, а заменяется более дешевая. Изношенные места деталей переводятся соответствующей обработкой (токарной, строгальной, шлифовальной и т.д.) в следующий ремонтный размер. Ремонтным размером называется размер, до которого проводится обработка изношенной поверхности при восстановлении детали. Различают свободные и регламентированные размеры. Свободные ремонтные размеры – это такие, значения которых не устанавливаются заранее, а получаются непосредственно в процессе обработки, когда будут удалены следы износа и восстановлена форма детали. К полученному размеру подгоняют соответствующий размер сопряженной детали методом индивидуальной пригонки. Регламентированный ремонтный размер - это заранее установленный размер, до которого ведут обработку изношенной поверхности при ее исправлении. При этом запасные части можно изготавливать заранее, появляются условия для применения метода взаимозаменяемости при ремонте и ускоряется ремонт. При ремонте направляющих станков переводом в новый ремонтный размер нарушенную размерную цепь с каретками суппортов или другими сборочными единицами восстанавливают постановкой компенсаторов.

Восстановление деталей сваркой и наплавкой. Сваркой исправляют детали с изломами, трещинами, отколами. Наплавка является разновидностью сварки и заключается в том, что на изношенный участок наплавляют присадочный материал. Однако при восстановлении деталей сваркой и наплавкой необходимо учитывать возможность возникновения деформаций (коробления) и внутренних напряжений в деталях из-за неравномерного нагрева. Для ремонта стальных деталей чаще применяют дуговую сварку металлическими электродами. Свариваемость стали зависит от ее химического состава – от содержания углерода и таких легирующих элементов, как хром, марганец, никель и др. С увеличением их количества свариваемость ухудшается. Хорошо свариваемые стали можно наплавлять или сваривать в обычных производственных условиях без предварительного нагрева и последующей термической обработки. Стали с ограниченной и тем более плохой свариваемостью могут давать трещины в зоне сварки, поэтому рекомендуется детали из них перед сваркой отжигать при температуре 500…600˚С, а по окончанию сварки подвергать закалке и отпуску. При восстановлении деталей из чугуна (а также деталей из углеродистых сталей толщиной менее 3 мм) используют газовую сварку. Сварка чугуна ведется кислородно-ацетиленовым пламенем с некоторым избытком ацетилена (пламя получается восстановительное). При этом используется чугунный присадочный материал в виде прутков с повышенным содержанием углерода и кремния. Для предохранения расплавленного материала от оксидирования применяют флюсы или сварку ведут в среде инертного газа. Детали из серого чугуна можно сваривать с предварительным общим нагревом, с местным рганец500…700˚С условно называется горячей, до 250…450˚С – полугорячей, а без подогрева – холодной сваркой. Лучшие результаты дает горячая сварка. Широкое распространение получил способ восстановления деталей чугуна методом сварки- пайки латунной проволокой и прутками из медно-цинковых оловянных сплавов. Этот способ не требует нагрева свариваемых кромок до расплавления, а лишь до температуры плавления припоя.

Металлизация. Метод заключается в расплавлении металла и распыления его струей сжатого воздуха на мелкие частицы, которые внедряются в неровности поверхности, сцепляясь с ним. Металлизации могут быть подвергнуты детали из различных материалов, работающие при спокойной нагрузке. Отсутствие существенного нагрева металлизируемой детали предупреждает появление каких-либо внутренних напряжений и короблений. Металлизацией может быть наращен слой толщиной от 0,03 до 10 мм и более. Нанесенный слой имеет пористую структуру, прочность сцепления его достаточна для обработки резанием, но недостаточна при динамических и ударных нагрузках. Пористость нанесенного слоя повышает износоустойчивость металлизированной поверхности за счет лучшего удержания смазки и понижения коэффициента трения.

Хромирование Представляет собой процесс восстановления изношенной поверхности детали осаждением хрома электролитическим путем. Хромированные поверхности детали обладают повышенной твердостью и износостойкостью, но плохо переносят динамические нагрузки. Хромирование является менее универсальным процессом по сравнению с металлизацией из-за небольшой толщины наращивания слоя хрома – до 0,1 мм, а также из-за плохого покрытия деталей сложной конфигурации. Но оно имеет бесспорное преимущество перед другими методами восстановления размеров деталей. Наращенный слой хрома после его частичного износа может быть легко удален гальваническим путем, и таким образом детали могут быть многократно восстановлены без изменения размеров основного металла детали. Применение размерного хромирования позволяет упростить процесс механической обработки за счет устранения окончательного шлифования; наконец, процесс происходит при низких температурах, поэтому не нарушается структура основного металла.

Ремонт характерных деталей.

Среди деталей, наиболее часто нуждающихся в ремонте, отметим: станины, корпусные детали, шпиндели, зубчатые колеса, передачи винт-гайка, червяк-рейка, валы, детали цепных и ременных передач, а также соединения- резьбовые, шпоночные, шлицевые.

Ремонт станин. Трещины в станинах могут быть ликвидированы различными способами: заваркой с последующей механической обработкой, с помощью накладок, штифтов, стяжек.

Для предотвращения дальнейшего распространения трещин используют накладки. Концы трещины засверливают сверлом Ǿ 4…5 мм; вырезают из мягкой листовой стали толщиной 4…5 мм накладку (ее размеры должны перекрывать границы трещины не менее чем на 15 мм); согласно размерам накладки из картона или листового свинца вырезают прокладку; в накладке и прокладке по периметру сверлят сквозные отверстия под винты М5или М6 с потайной головкой на расстоянии 10 мм от края и 10…15 мм друг от друга; в станине размечают по накладке и сверлят отверстия и нарезают резьбу М5 или М6; прокладку и накладку смазывают суриком или клеем (БФ2, карбонильный клей) и закрепляют на станине винтами; края накладки расчеканивают и опиливают.

С помощью стяжек трещины устраняют следующим образом: на некотором расстоянии от трещины по обе ее стороны сверлят и развертывают два отверстия, в которые запрессовывают штифты с выступающими концами; из стального листа изготавливают пластину-стяжку, имеющую два сквозных отверстия (под штифты), межосевое расстояние которых несколько меньше расстояния между штифтами, установленных на станине; трещину стягивают струбцинами; пластину- стяжку нагревают и устанавливают на штифты. При остывании пластины –стяжки трещина стягивается.

Сломанные выступающие выступающие части станины (кронштейны, ушки, стержни) восстанавливают приваркой отломанной часки и установкой вставки или пробки. В последним случае оставшуюся на станине часть сломанного элемента удаляют (строганием, фрезерованием, обрубкой, запиливанием, высверливанием); затем под эту вставку фрезеруют или выпиливают паз или засверливают и развертывают(или нарезают резьбу) под пробку(либо под штифт с резьбовым концом; вставку запрессовывают, а штифт ввинчивают резьбовым концом, смазанным суриком. При наличии в сломанном кронштейне отверстия его растачивают или развертывают до номинального размера после установки вставки.

Изношенные отверстия станины восстанавливают наплавлением слоя металла на поверхность отверстия с последующей механической обработкой и установкой ремонтной втулки: изношенное отверстие рассверливают или растачивают под запрессовку в него втулки или стакана; во втулке (стакане) растачивают или развертывают отверстие нужного размера.

Выбор способа восстановления направляющих станины определяется характером и степенью износа, а также условиями ремонта (оснащенностью предприятия специальным оборудованием и приспособлениями). Это может быть шабрение, строгание, шлифование.

Ремонт корпусных деталей. Характерными дефектами корпусов, изготовленных из серого чугуна, являются; изнашивание посадочных отверстий под подшипники и стаканы, резьбовых отверстий, отверстий под валики переключения передач, под установочные штифты, сколы и трещины, коробление присоединительных поверхностей. Для восстановления большинства корпусов наиболее рациональной является схема базирования, которая применялась предприятием- изготовителем детали. Однако использование технологических баз завода-изготовителя не всегда возможно из-за износа базовых поверхностей, поэтому в технологический процесс восстановления корпусных деталей нужно вводить зачистку базовых поверхностей последних в местах контакта с установочными элементами приспособлений. При восстановлении корпусных деталей следует растачивать все основные отверстия, связанные между собой размерами с жесткими допусками и имеющие важное функциональное назначение (отверстия под подшипники и стаканы под них, под оси шестерен или отверстия, определяющие относительное расположение присоединяемых деталей и сборочных единиц) за одну установку вне зависимости от того, изношены все отверстия или только некоторые из них.

Для восстановления основных (посадочных) отверстий корпусов следует применять те способы, при которых на поверхность отверстий наносят слой материала толщиной не менее 1 мм, обеспечивающий последующую точную их обработку лезвийным инструментом. К этим способам относятся: газотермическое нанесение порошковых материалов, металлизация, установка ремонтных втулок.

Основные отверстия корпусных деталей можно восстанавливать путем постановки свертных тонкостенных колец с их последующим закреплением в отверстии раскатыванием. Отверстия восстанавливаемого корпуса растачивают на 0,9…1 мм на сторону. Затем в них нарезают винтовые канавки с треугольным профилем с углом, равным 60…80˚, и глубиной 0,3…0,5 мм. В зависимости от длины отверстий шаг винтовых канавок выбирают 3…5 мм. Затем в отверстия запрессовывают свертные кольца из углеродистой листовой стали толщиной 1,2…1,5 мм и раскатывают многороликовыми дифференциальными раскатками на радиально-сверлильных и горизонтально-расточных станках. При раскатывании металл колец деформируется и заполняет винтовые канавки. При этом обеспечивается высокая прочность соединений. Для восстановления взаимного расположения отверстий после раскатывания применяют чистовое растачивания (припуск 0,1…0,3 мм на сторону).

Восстанавливать изношенные отверстия корпусов можно также посредством размерных отверстий свертных колец, которые устанавливают в отверстия с использованием низких температур (жидкий азот). Операция по чистовому растачиванию свертных колец заменяется дорнованием.

Появившиеся за время эксплуатации корпусных деталей трещины устраняют посредством металлических, изготовленных из малоуглеродистой стали, фигурных вставок. Кромки трещины стягиваются за счет установки последних в специально выполненные пазы. Вставки выполняют в виде цилиндров, соединенных перемычками. Форма подготовляемого паза корпуса, имеющего трещину, должна соответствовать форме вставки. Герметичность трещины обеспечивается путем запрессовки вставки с применением эпоксидного композиционного материала. Трещины и обломы корпусных деталей устраняют также заваркой.

Ремонт шпинделей. В процессе эксплуатации станка поверхности шпинделя в результате действия ряда факторов изнашиваются. Шпиндели имеют посадочные поверхности для базирования технологической оснастки, поэтому при ремонте стремятся восстановить начальные размеры его поверхностей. Подготовка полого шпинделя к проведению ремонта механической обработкой выполняют следующим образом. Сначала определяют неизношенные поверхности в целях их использования в качестве баз для центрирования детали, осуществляемого установкой технологических пробок. Эта операция требует точного исполнения, так как она во многом определяет качество ремонта. Перед установкой пробок контролируют состояние отверстий на концах шпинделя: их зачищают от царапин и забоин, проверяют на краску посредством контрольных пробок (отпечатки краски должны покрывать не менее 70 % площади поверхности отверстия, контактируемой с поверхностью пробки); при необходимости отверстия доводят точением, шлифованием или притиркой.

Одним из способов восстановления изношенных поверхностей шпинделя является применение тонкостенных компенсационных колец и втулок, которые устанавливают на эпоксидный клей. Для установки компенсационных колец или втулок с изношенной поверхности удаляют механической обработкой слой металла размерами не более 10.. 15% от номинального. Для восстановления шейки шпинделя под подшипник качения (неподвижная посадка) компенсационное кольцо может быть тонкостенным(1…2.5 мм) и изготовленным из того же материала, что и ремонтируемый шпиндель. Внутренний диаметральный размер поверхности кольца выполняют по месту с зазором 0,04…0,05 мм, параметр шероховатости R_a 20, а наружный с припуском 3…5мм. Кольцо фиксируется на эпоксидный клей.

Шпиндели, имеющие износ шеек на сторону 0,005…0,01 мм, ремонтируют притиркой на токарном станке. Притирку осуществляют специальным инструментом – жимком. Он состоит из кольца-хомутика с фиксирующим винтом и разрезной втулки-притира изготовляемой из чугуна, меди или латуни. Диаметр внутреннего отверстия втулки-притира выполняют по размеру восстанавливаемой шейки шпинделя. На обрабатываемую поверхность накладывают тонкий слой смеси, состоящей из мелкого наждачного порошка и масла. После этого надевают жимок и слегка завинчивают фиксирующий винт. Включают станок, который приводит во вращение ремонтируемый шпиндель и равномерно перемещают жимок вдоль обрабатываемой поверхности шейки шпинделя. Обновляют время от времени слой притирочной смеси и подвинчивают фиксирующий винт. И так до полного устранения износа.

Если износ шейки до 0,05 мм на сторону сначала выполняют их предварительное шлифование для восстановления точности геометрической формы поверхности, затем осуществляют их хромирование. При износе более 0,05 мм на сторону используют наплавку.

При ремонте резьбы шпинделя она прорезается до полного профиля, а резьба «гайки» к ней изготавливаются заново.

Ремонт деталей резьбовых соединений.