Корпусные детали. Восстанавливаем основу работоспособности сельскохозяйственной техники

ТЕГИ:

С. Карабиньош, В. Новицкий, Р. Войтенко, Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины

 

Перечень корпусных деталей довольно обширный: блок-картеры, головки цилиндров, корпусы трансмиссий, проставки, раздаточные коробки и коробки передач, картеры пусковых двигателей, муфт сцепления, впускные и выпускные коллекторы, детали оборудования для переработки сельскохозяйственной продукции. Они предназначены обеспечивать заданное конструкцией машины размещение сборочных единиц, деталей и пр. и принимают на себя значительную часть (до 76%) внутренних и внешних нагрузок, воздействующих на сельхозмашину в процессе эксплуатации.

 

Найти подход к чугуну

Большинство корпусных деталей изготовляют с разнотолщинностью от 8 до 22 мм. Материалом для их изготовления служат чугуны: СЧ-15; СЧ-18; СЧ-21; СЧ-24 среднего и более высокого качества при изготовлении деталей сложной конструкции. Как правило, в процессе эксплуатации в них возникают значительные внутренние остаточные напряжения, действующие независимо от внешних. Для предотвращения деформации стенок и, как следствие, возникновения в них трещин предпринимают искусственное и естественное старение, снижающее уровень остаточных напряжений, или даже основную их релаксацию. Внутренние напряжения базовых деталей, побывавших в эксплуатации, значительно ниже.

Анализ специальной литературы, а также непосредственные наблюдения за ремфондом позволили установить, что наиболее распространенными дефектами базовых деталей являются износ посадочных поверхностей и трещины. По данным ГОСНИТИ, 15-22% корпусов коробок передач и 8-11% раздаточных имеют трещины, 10-16% и 9-14% соответственно изношены до граничного размера посадочных поверхностей. Возникновение этих дефектов связывают с совокупным действием остаточных внутренних напряжений и внешних циклических нагрузок, а также особенностями материала и конструкции деталей, характера, величины и направления действия внутренних и внешних нагрузок. Появление дефектов приводит к изменению геометрических размеров деталей, нарушению соосности между отверстиями, искривлению поверхности привальных плоскостей и т.д. Нужно отметить, что 8-10% деталей выбраковываются из-за указанных дефектов.

 

Фото 1. Корпусные детали

 

Восстановление работоспособности корпусных деталей сопряжено со значительными трудностями, обусловленными особенностями материала-чугуна, сложными формами, массивными, габаритными размерами этих деталей. Исходные параметры для восстановленных деталей, отвечающие нормам технической документации, можно получить, если созданы технологические условия, при реализации которых в деталях не будут приведены дополнительные напряжения и, соответственно, не будут возникать существенные деформации. Разработано около 30 разнообразных способов устранения дефектов чугунных корпусных деталей, но практика показала, что только незначительное их количество эффективно. Например: холодная сварка и наплавка самозащитным проводом ПАНЧ-11, полуавтоматическая сварка проводом МИЖКТ-1-02-02, реализация комбинированных способов, особенно клеесварного, постановка вставок-стяжек, а также раскатка свинченных колец и пр.

 


Наиболее распространенными дефектами базовых деталей является износ посадочных поверхностей и трещин


 

Эффективность металлополимеров

Анализ сравнительных характеристик показал, что применение металлополимеров и разработанных на их основе комбинированных технологий дает наиболее эффективный результат с минимальными затратами трудовых и материальных ресурсов.

Одним из наиболее рациональных и экологически чистых способов восстановления работоспособности корпусных деталей в ремонтном производстве является нанесение на их изношенные поверхности относительно тонких по толщине покрытий клеевых компаундов на основе эпоксидно-диановых смол ЭД-6, ЭД-16, ЭД-22, ЭДП-1 и др. Перспективно также применение металлополимеров, при этом прочность и жесткость, свойственная металлам, дополняется хорошими антикоррозийными и стойкими к износу свойствами полимерных составов.

 

Фото 2. Корпусные детали

 

Технологический процесс восстановления деталей этим способом состоит из таких последовательных операций: определение величины износа, подготовка изношенного отверстия к восстановлению путем его растачивания до устранения следов износа, обезжиривание поверхностей, нанесение разделяющего слоя (антиадгезива) на поверхность калибровочной оправки (рабочая поверхность ее была изготовлена под диаметр 115,75+0,1 мм и имела шероховатость Ra 1,6), нанесение полимера на подготовленную поверхность корпусной детали, размещение оправки в отверстии с полимером, ее центрирование с помощью базовых проточек. Отверждение проводят в термошкафу при температуре 120 °С в течение 60 минут.

Пример применения: корпус раздаточной коробки трактора Т-150К изготовлен из серого чугуна СЧ-15. Восстанавливают наиболее изношенные внутренние поверхности под подшипники 311,12311 диаметром 120-0,035 мм. Величина износа - 0,15-0,20 мм.

После завершения процесса полимеризации удаляют калибровочную оправку. Рабочая поверхность оправки выполнена таким образом, чтобы исключить из технологического процесса дальнейшую механическую обработку восстановленного отверстия. Посадочное отверстие корпусной детали восстанавливают до номинального размера.

Для реализации этого способа предложен клеевой состав на основе эпоксидной смолы холодного отверждения, содержащий, мас. ч.: смола ЭД 16 - 100; поли-этиленполиамин (отвердитель) - 10-12; полисульфид-ный каучук (пластификатор) - 18-22; винилокс (растворитель) - 25-28; железный порошок (наполнитель) - 60-80, с добавками графита - 30-35.

 


Реализация способов восстановления сельхозтеники дает возможность снизить затраты на ремонтные материалы на 40%, а затраты труда на 20-30%


 

Секреты тяжелогрузных деталей

Для восстановления тяжелогрузных корпусных деталей ГОСНИТИ предложен высокоэффективный способ устранения износов в их внутренних посадочных поверхностях - постановка разрезных втулок с последующей раскаткой.

Цель раскатки - увеличение прочности посадки втулки в корпусе за счет полного затекания металла в углубление, что образуется на поверхности отверстия корпуса, и создание остаточных сжимающих напряжений в корпусе. При раскатке увеличивается плотность стыка и повышается класс шероховатости поверхности втулки. В процессе раскатки пластично деформируют не только неровности поверхности, но и несущий подповерхностный слой металла. При раскатке в зоне контакта с деформированными роликами имеет место пластично направленное течение металла, которое сопровождается сглаживанием исходных шероховатостей внутренней поверхности и одновременного взаимопроникновения неровностей внешней поверхности втулки и отверстия.

Форма и высота новых неровностей зависит от многих факторов: характеристики напряженного состояния металла в зоне контакта, геометрической формы размеров и траекторий движения деформирующих роликов, рельефа и способа образования исходных неровностей и физико-механических свойств материала.

Раскатник налаживают таким образом, чтобы его размер не превышал диаметр отверстия на величину натяжения. Предусмотренное налаживанием натяжение вызывает пластические и упругие поверхностные и объемные деформации стенок корпуса. Процесс образования соединения втулка - корпус путем радиальной пластической деформации втулки состоит из двух фаз:

Фаза пластической и упругой деформации стенок отверстия, при которой с увеличением натяжения раскатки происходит увеличение пластической деформации.

Фаза упругой стыковки корпуса и втулки, которая наступает после прохода раскатника и сопровождается появлением на поверхности контакта сопряженных деталей остаточных рациональных и тангенциальных напряжений.

Процесс восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проводят в такой последовательности:

  • растачивают посадочные отверстия для устранения следов износа и задают необходимый размер (припуск на постановку дополнительной детали) и шероховатости поверхности;
  • снимают входные фаски в отверстиях 0,5х 45°;
  • изготовляют разрезные втулки из стальной ленты;
  • устанавливают разрезную втулку в отверстие, которое восстанавливают;
  • раскатывают втулку;
  • проводят контроль качества восстановления.

Нужно отметить, что отверстия с диаметром до 150 мм восстанавливают раскаткой до номинального размера без последующей механической обработки. Растачивание отверстия проводят в зависимости от величины износа отверстия. Для отверстий с диаметром более 150 мм припуск на растачивание - 0,1-0,3 мм. Толщина ленты в основном - 0,8-1,7 мм. Диаметр отверстия для установки втулки без последующей расточки определяют по формуле: Dс= Dн + 2h, где Dн - диаметр номинального отверстия; Dс - диаметр изношенного отверстия; h - толщина ленты.

 

Выбираем режим обработки

Режимы обработки включают : натяжение, припуск, подачу, число проходов. Для разных материалов рекомендуется разное натяжение. Например, для сталей 30 и 45 натяжение выбирают в границах 0,1-0,2 мм, для чугуна СЧ 18 - 0,1-0,15 мм. Припуск определяют в зависимости от исходной шероховатости. Его принимают равным высоте шероховатости, тогда как при деформировании неровности сглаживаются ориентировочно наполовину. При исходной шороховатости Ra =10 мм припуск принимают 0,025-0,055 мм.

Подача зависит от исходной необходимой шероховатости, числа роликов и проходов. С уменьшением необходимой шероховатости Ra=1,25, 0,63, 0,32 и 0,16 мкм подачу соответственно принимают для сталей 45 - 0,2; 0,12; 0,06 мм/об., для чугуна СЧ15 - 0,35-0,28 мм/ об. При обкатке отверстий многороликовыми обкатниками для сталей 45 и 40Х подачу принимают 0,4-0,9 мм/об, а для чугуна - 0,5-1,0 мм/об.

 


Прочность и жесткость, свойственная металлам, дополняется хорошими антикоррозийными и стойкими к износу свойствами полимерных составов


 

Универсальный роликовый накатник имеет четыре сменных ролика с профильным радиусом - 5, 6, 8, 10 мм. Радиальное давление на ролик - 3 кН. Накатник универсальный шариковый имеет две сменные головки, диаметр деформирующих шариков 5, 7, 10 мм. Радиальное давление на шарик до 2,0 кН. Для раскатки отверстий диаметром до 100 мм можно применять раскатники по ОСТ1.51074-73, ОСТ 1,51023-73, ОСТ1.51024-73, ОСТ 1.51025-73, ОСТ1.51026-73.

Для изготовления разрезных втулок применяют стальную холоднокатаную ленту из углеродных конструкционных сталей 35, 40, 50, 55, ГОСТ 2284-83.

Отверстия после установления втулок раскатывают при частоте вращения раскатников 60-300 об/ мин, подачи - 0,1-0,3 мм/об. Раскатка повышает твердость поверхности стальной втулки на 10-15%, а шероховатость уменьшается на два-три класса, тем самым повышается стойкость к износу посадочного отверстия и увеличивается площадь непосредственного контакта с внешней обоймой подшипника. Способ обеспечивает необходимый ресурс и точность восстановленных деталей на уровне новых и снижает затраты на 20% в сравнении с другими.

 

Как обнаружить и ликвидировать трещину

Трещины в корпусных деталях обнаруживают способами неразрушающего контроля (одним из перспективных является голографирование) или с помощью лупы 8-10-кратного увеличения определяют границы трещины и на ее концах сверлят отверстия диаметром 2,5-3,0 мм для предотвращения ее дальнейшего распространения. По всей длине вдоль трещины снимают фаску под углом 60-70° на глубину 1,0-3,0 мм. Поверхность детали с трещиной зачищают до металлического блеска с таким расчетом, чтобы зачищенная поверхность перекрывала трещину на 40-50 мм по обе стороны от ее оси. Обезжиривают подготовленную поверхность с помощью тампона, смоченного в растворителе (ацетоне). Затем поверхность обезжиривают снова и просушивают.

 

Фото 3. Корпусные детали

 

Деталь устанавливают таким образом, чтобы трещина находилась в горизонтальном положении, и наносят шпателем клеевой состав на основе, например, эпоксидной смолы на поверхность детали с трещиной по всей ширине подготовленного участка. Для укрепления клеевого покрытия на его слой дополнительно устанавливают металлическую накладку, изготовленную за контуром трещины из листовой стали (Сталь 20) толщиной 1,0-1,5 мм. Накладка должна перекрывать трещину с двух сторон на 40-50 мм и на 10-15 мм от концов дефекта.

 


Раскатка повышает теврдость поверхности стальной втулки на 10-15%, а шероховатость уменьшается на два-три класса, повышая стойкость к износу


 

Клеевое покрытие должно быть толщиной не более 0,2-0,4 мм и равномерно покрывать поверхность детали с трещиной. Накладку приваривают к детали отдельными, равностоящими одна от другой сварочными точками, которые сформированы электрокон-тактным способом с помощью сварочных клещей. Сварку производят, используя следующие параметры режима: сварочный ток - 10,5-11,0 кА; усилие прижима электродов - 2,3-2,8 кН; время сварочного импульса - 0,250,30 сек; время прижима электродов - 0,70-0,76 сек; ток обжига - 8,5-9,0 кА; время обжигающего импульса -0,45-0,48 сек. Прочность соединения на разрыв составляет 176-184 МПа, прочность при циклической нагрузке - 79-80 МПа, что отвечает прочностным характеристикам основного металла детали чугуна СЧ-18 (корпус коробки передач трактора Т-150К с трещиной длиной 87 мм и размахом отклонения по оси 12 мм, выявленной в боковой стенке). Оптимальными конструктивными элементами соединения являются: диаметр электродов - 5-6 мм; шаг между сварочными точками - 25-30 мм; расстояние между рядами сварочных точек - 20-25 мм; количество их рядов - не более трех с обеих сторон от оси трещины; величина свободного конца накладки - 6-8 мм.

Приваривают стальную накладку по сырому клею, выдавливая его прослойку из зоны контакта. При этом поверхность детали локально нагревается до температуры 80-100 °С, что ускоряет время полимеризации клеевой прослойки без применения дополнительного нагрева всей детали 4,5 ч.

Применение электроконтактной сварки взамен использования механических средств позволяет повысить производительность труда в 2,5 раза, нагрев же поверхности детали дает возможность сократить в 3 раза время нахождения деталей в ремонте и избегнуть применения громоздкого дорогостоящего нагревательного оборудования. Электроконтактная сварка отдельно стоящими точками повышает качество восстановления за счет уменьшения внешнего влияния на прочностные характеристики восстанавливаемых деталей (сверление и нарезание резьбы).

Таким образом, реализация таких способов позволяет повысить качество восстановления, увеличить производительность труда, сократить производственный цикл за счет применения унифицированного оснащения и создать условия для обеспечения механизации и экологической чистоты технологического процесса без использования сложного и дорогостоящего оборудования и дает возможность снизить затраты на ремонтные материалы на 40%, а затраты труда на 20-30%.