Вибір раціонального методу відновлення деталей

Лекція № 6

Проектування і послідовність розробки технологічних процесів відновлення деталей

При виборі найраціональнішого технологічного процесу відновлен­ня деталей слід враховувати ряд вихідних даних: розміри, форму і точ­ність виготовлення деталі, її матеріал, термічну обробку, умови роботи, вид і характер дефекту, виробничі можливості ремонтного під­приємства та ін.

Вибір технологічного процесу відновлення деталей істотно зале­жить від виду дефекту і причини його виникнення. Наприклад, наявність за­боїни спричинює необхідність її “розганяння”, тобто зняття концент­рації напружень згладжуванням різких переходів. Розганяння можна зро­бити обробкою забоїни різанням. Іншим прикладом може бути зашпаровка тріщини в стальній деталі. Тут, як правило, необхідно використовувати зварювання.

При розробці технології відновлення деталей важливо знати, локальний дефект чи ні, тобто охоплює він лише відносно невеликий об’єм металу деталі чи має загальний характер.

Характерним прикладом є тріщини. Тріщина може з’явитися як наслідок одиничного статичного навантаження чи втомленості, що нагромадилася. Якщо тріщина з’явилась внаслідок статичного (крихкого) руйнування металу, то дефект охоплює локальний об’єм металу, тобто ділянку появи тріщини. У даному випадку відновлення можна виконувати зварюванням, підсилюючи пошкоджене місце (накладення посиленого шва, накладки, поверхневий наклеп і т. ін).

Якщо ж тріщина з’явилась внаслідок втомленості, то дефект (нагромадження втомленості) охопив, очевидно, великі ділянки металу і тоді зашпаровка тріщин не приведе до відновлення міцності.

Необхідно ретельно вивчити умови утворення тріщини. Зокрема, дуже важливо з’ясувати причину її появи, якщо існує гострий концентра­тор напружень, то можна припустити, що втомленість в основному нагромаджується в близьких до нього ділянках металу. Тоді усуненням концентрації напружень і зашпаровкою тріщини можна відновити міцність конструкції. Якщо ж гострого концентратора нема, то, очевидно, втомленість нагромаджується на великих ділянках металу. Відновити деталь в цьому випадку можна, лише якщо видалити цю ділянку цілком.

При виборі оптимального способу відновлення деталей керуються трьома критеріями: застосовності, довговічності і техніко-економічним.

Критерій застосовності є технологічним критерієм і визначає прин­ципову можливість застосування різних способів відновлення конкретних деталей. При ньому мають бути враховані умови роботи деталі у вузлі (не можна відновлювати деталі механізмів управління і деталі, які сприймають при роботі великі питомі й динамічні навантаження: колін­часті вали дизельних двигунів, цапфи керованих коліс тощо вібродуговим наплавленням), величина спрацювання (наприклад, якщо дозволяють умови експлуатації деталі, то спрацювання величиною 0,1...0,2 мм можна усу­нути хромуванням, 0,2...0,8 – залізненням, 0,3...1,0 мм – вібродуго­вим наплавленням, 1,5...4,0 мм – наплавленням під шаром флюсу і т. ін), конструктивні особливості, габарити деталі (наприклад, великогабаритні деталі наплавляють ручним електродуговим наплавленням, середні – під шаром флюсу, дрібні ( діаметром менше 50 мм) – вібродуговим). Твердість матеріалу, геометричні розміри, їх допуски, точність форми, шорсткість поверхні мають відповідати технічним вимогам на відновлення деталі. Критерій застосовності визначається як функція

К_з = j(М_д ; Ф_д ; D_д ; С_д ; Н_д ; S Т_і),

де М_д – матеріал деталі, Ф_д – форма поверхні, що відновлюється, D_д - діаметр поверхні деталі, що відновлюється, С_д – величина спрацювання деталі, Н_д – величина й характер навантаження, яке сприймає деталь, S Т_і – сума технологічних особливостей способу, які визначають галузь його раціонального застосування.

За даним критерієм вибирають конкурентні способи для дальшої оцінки їх за допомогою інших критеріїв.

Критерій довговічності визначає роботоздатність деталі, що відновлюється. Він виражається через коефіцієнт довговічності, під яким розуміють відношення довговічності відновленої деталі до довговічності нової деталі даного найменування.

Цей коефіцієнт визначається як функція

К_д = f₁(К_с ; К_в ; К_зч),

де К_с – коефіцієнт стійкості проти спрацювання, К_в – коефіцієнт витривалості, К_зч – коефіцієнт зчеплюваності.

Числові значення коефіцієнтів стійкості проти спрацювання і витривалості могуть визначатися на основі стендових та експлуатаційних порівняльних випробувань нових деталей і відновлених деталей чи відповідних їм зразків на спеціальних приладах чи стандартних машинах (машинах тертя, машинах для випробування на втомленість).

Значення коефіцієнта зчеплюваності можна визначити за такою залежністю:

,

де і_д – дослідне значення для даної деталі міцності зчеплення нарощеного шару з основним металом, кгс/мм², і_е – еталонні значення зчеплення, кгс/мм².

Як еталонні можна взяти такі значення міцності зчеплення: для зовнішніх стальних поверхонь, які сприймають значні ударні чи знакозмінні навантаження – 50 кгс/мм², зовнішніх стальних або чавунних поверхонь, які не сприймають значних ударних чи знакозмінних навантажень – 20 кгс/мм², внутрішніх посадочних поверхонь під підшипники, які не сприймають знакозмінних та значних ударних навантажень, деталей чавунних чи з алюмінієвих сплавів – 5 кгс/мм², зовнішніх чи внутрішніх стальних і чавунних поверхонь, які не сприймають значних ударних чи знакозмінних навантажень шаром, що характеризується пористістю, при роботі спряження в умовах значного змащування – 4 кгс/мм².

Дослідне значення міцності зчеплення нарощеного шару з основним металом визначають методом відриву штифта (переважно конічної форми) від покриття.

Виходячи із специфіки розглянутого параметра треба мати на увазі, що значення коефіцієнта зчеплюваності не можуть бути вищими від одиниці і навпаки, числові значення К_с й K_в можуть бути більші за одиницю через те, що в принципі можливо за рахунок застосування спеціальних покриттів та операцій по зміщенню забезпечити вищі значення стійкості проти спрацювання поверхонь та витривалості на втомленість відновле­них деталей, ніж у деталей нових.

Коефіцієнт довговічності тільки у загальному випадку є функцією трьох аргументів, стосовно до конкретних деталей він може бути функцією тільки двох або одного з них. Наприклад, для деталей, які не мають в процесі експлуатації зруйнувань від втомленості, немає необхід­ності обчислювати значення коефіцієнта витривалості K_в, не має також сенсу поняття коефіцієнта зчеплюваності К_зч, у відношенні до спосо­бів, не пов’язаних з нарощуванням металу (механічна обробка, пластич­не деформування та ін.), в деяких випадках міцність зчеплення нароще­ного шару з основним металом настільки надійна (наприклад, при механі­зованому наплавленні під флюсом), що можна апріорно брати значен­ня К_зч, що дорівнює одиниці.

У більшості випадків параметри, що характеризують стійкість проти спрацювання і зчеплюваність нарощеного шару та витривалість на втом­леність відновленої деталі не мають явного зв’язку один з одним. Ра­зом з цим треба брати, що вичерпання ресурсу за яким-небудь парамет­ром, що характеризується одним із розглянутих коефіцієнтів довговіч­ності, дорівнює значенню того з коефіцієнтів (аргументів), котрий має мінімальну величину, при цьому, якщо коефіцієнт зчеплюваності К_зч = 1, а інші коефіцієнти мають ще більшу величину, то його значення при визначенні величини до уваги брати не треба.

Через те що ресурс відновленої деталі повинен забезпечувати нормативний пробіг агрегату, в конструкцію якого входить деталь (не мен­ше 80 % норми для нових автомобілів та агрегатів), числові значення коефіцієнта довговічності деталі не мають бути нижчими за 0,8.

Техніко-економічний критерій є функцією двох аргументів

К_т.е = f₂(К_пр ; е),

де К_пр – коефіцієнт продуктивності способу, е – показник економіч­ності способу.

Економічний ефект від впровадження розробленого технологічного процесу відновлення деталі визначають за формулою

,

Де – повна собівартість відновлення за базовим варіантом технологічного процесу, – повна собівартість відновлення за і-м (впроваджуваним) технологічним процесом, Е_н – нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, Е_н = 0,15, K_і, K_d – капіталовкладен­ня відповідно за впровадженим та базовим тех. процесами (затрати на обладнання, інструмент, його проектування, виготовлення, монтаж на міс­ці і т. ін), N_в – програма відновлення деталей.

Термін окупності від впровадження нової технології

,

де DК= К_і – К_d – додаткові капіталовкладення.