Основные дефекты корпусных деталей машин образуются в процессе эксплуатации и зависят от окружающих условий и режимов нагружения. Существующие технологии позволяют устранять эти дефекты с той или иной степенью эффективности. Каждый из рассмотренных способов имеет свои достоинства и недостатки, а также возможность совершенствования и создания на их основе более рациональных технологий.
Ключевые слова: дефект, ремонт, восстановление, надежность, механическая обработка, сварка, наплавка, напыление.
При проведении ремонта транспортно-технологических машин и комплексов, возникает необходимость в приобретении новых корпусных деталей — наиболее металлоемких и дорогих комплектующих. К сожалению, качество и ассортимент корпусных деталей, присутствующих в продаже, оставляет желать лучшего, что, в свою очередь, ориентирует потребителей на расширение применения ремонтно-восстановительных технологий по отношению к корпусным деталям.
При эксплуатации корпусные детали машин подвергаются различного рода нагрузкам, физическому и химическому воздействию, ударному и вибрационному воздействию, коррозии и температурным деформациям, абразивному, кавитационному и другим видам изнашивания, а также нарушению требований эксплуатации [1–3]. В результате возникают разнообразные дефекты, основными из которых являются: механические повреждения — сколы, выкрашивания привалочных плоскостей, трещины, задиры, пробои, обломы шпилек, срез или смятие наружной или внутренней резьбы, износ посадочных поверхностей отверстий и так далее; повреждения, возникающие под воздействием высоких температур — прогар, температурные деформации (коробление) в результате которых нарушается макрогеометрия корпусной детали, повреждаются базовые плоскости, могут возникать трещины и возрастать местные напряжения; химические повреждения — коррозия, покрытие поверхности продуктами химических реакций, окислами, смолистые отложения.
Нарушения макрогеометрии можно устранить с помощью горячей или холодной правки, механической обработкой (шлифованием и фрезерованием) или установкой дополнительных деталей [1–3]. Такие методы эффективны только при малых нарушениях макрогеометрии и не во всех местах корпусной детали их можно реализовать из-за технологической недоступности. В случае больших отклонений геометрии корпусной детали деталь признается неремонтопригодной и выбраковывается.
Восстановление резьбовых элементов осуществляют нарезкой новой резьбы с помощью слесарного инструмента, установкой втулок и ввертышей, нанесением полимерных композиций, заменой шпилек, установкой спиральных вставок. В случае затруднения удаления обломка шпильки из резьбового отверстия прибегают к высверливанию или выкручивают, предварительно приварив (приклеив в случае невозможности сварки) к обломку небольшого прутка. В таких ситуациях задачу облегчает местный попеременный нагрев-охлаждение участка около обломанной шпильки, а также применение проникающих смазок. При применении полимерных композиций для восстановления резьбы в качестве наполнителя используют опилки металла схожего по своим свойствам с основным металлом детали. Это позволяет придать восстановленному участку характеристики близкие к материалу корпусной детали. Недостатком восстановления полимерами является невысокая их стойкость к температурным и вибрационным нагрузкам, поэтому полимерные композиции применяют в малонагруженных сопряжениях.
Трещины, сколы, пробоины, выкрашивания, прогар поверхностей корпусных деталей устраняют сваркой, наплавлением слоя металла, полимерными композициями, монтажом заплаток, клеевыми композициями, установкой фигурных вставок с последующей обработкой восстановленного участка или без обработки. В зависимости от места расположения дефекта и условий работы восстанавливаемой поверхности выбирают тот или иной метод. Для мест подвергающихся незначительным нагрузкам и нагреву (картер ДВС, корпус КП и т. д.) чаще всего применяют заполнение полимерно-композитными материалами. Ответственные участки восстанавливают наплавкой слоя металла, заливкой жидким металлом или приваркой заплат, а так же возможна комбинация способов восстановления.
Дефекты коррозионного характера можно устранить, предварительно подвергнув пораженный участок механической обработке для устранения очагов коррозии и последующим заполнением раковин (отверстий) полимером или металлом [1–5]. Труднодоступные для механической обработки места корпусной детали подвергают химическому воздействию сильных растворителей (кислот) с последующей промывкой обработанного участка и заполнению его металлом или полимером. С целью предотвращения распространению коррозии или для предотвращения ее появления корпусную деталь частично покрывают антикоррозионными составами. Следы фреттинг коррозии устраняют механической обработкой с последующим восстановлением геометрии поверхности.
Различного рода отложения на поверхностях корпусных деталей устраняют мойкой с применением специальных моющих средств, ультразвукового воздействия на отложения, под высоким давлением, под воздействием электрического тока и инфракрасного излучения [1–5]. Отложения могут быть различны по составу и стойкости к воздействию моющих средств, кроме того, часть отложений находится в труднодоступных местах корпусной детали. Весьма хорошие результаты показывают способы мойки деталей с применением воздействия ультразвука, а также весьма эффективно применение комбинации способов очистки отложений. В качестве моющих средств применяют растворы, содержащие в своем составе поверхностно-активные вещества.
Для устранения внутренних напряжений в металле, а также для «исправления» структуры металла после воздействия высоких температур корпусные детали подвергают термической обработке (отпуску, закалке). Также применяется поверхностное упрочнение восстановленного участка корпусной детали (цементация, науглероживание и т. д.) с целью придания более высоких износных и прочностных свойств.
Износ поверхностей корпусных деталей машин происходит вследствие трения скольжения сопряженных поверхностей, в результате абразивного и кавитационного воздействия, эрозионный износ и так далее. Наибольшему износу подвержены посадочные отверстия в корпусных деталях под подшипники качения и скольжения [1].
При восстановлении изношенных поверхностей применяют ряд способов [1–3]:
- Механические способы — установка дополнительных элементов (втулка, лента, стакан), с последующим их закреплением клеевыми составами, приваркой, выглаживанием, запрессовкой с натягом и так далее. Способ достаточно прост и производителен, но при этом происходит перерасход металла (при изготовлении дополнительных элементов), снижение механической прочности корпусной детали ввиду уменьшения толщины перемычек между отверстиями и необходимостью снятия слоя основного металла. Кроме того, повторное восстановление таким способом в большинстве случаев невозможно.
- Термо-деформационные — деформация восстанавливаемой поверхности, предварительно нагретой тем или иным способом, с последующим выглаживанием, высадкой, сглаживание и осадкой. С помощью специального инструмента, воздействуют на разогретую восстанавливаемую поверхность, высаживая часть металла, то есть, образуя «валики» на поверхности. Затем, «валики» подвергают выглаживанию, как бы их сминают, выдерживая необходимый размер. Получаемый в результате микрорельеф поверхности состоит из сглаженных валиков и борозд. Способ применяется крайне редко ввиду его малой эффективности и большой трудоемкости. Кроме того, увеличивается удельная нагрузка на восстановленную поверхность из-за снижения ее контактной площади. Применяют также пластическое деформирование нагретой поверхности путем ее обжатия, вытягивания или осадки (в зависимости от желаемого результата и от направления дефекта). Но таким способом можно восстановить только 1 раз и ограниченную номенклатуру поверхностей.
- Сварочно-наплавочные и напыление — наплавление, расплавленного с помощью сварочной дуги, металла на восстанавливаемую поверхность, с последующей ее механической обработкой. Способ высокопроизводителен, позволяет получать покрытия практически любой толщины, позволяет наносить разнообразные металлы и сплавы. Однако, при этом, получаемые поверхности имеют пористую структуру, трудно поддаются последующей механической обработке, присутствует перерасход наносимого металла, ввиду его разбрызгивания, а также присутствует высокий местный нагрев восстанавливаемой поверхности, влекущий за собой коробление корпусной детали.
- Полимерные материалы — нанесение полимерной композиции на восстанавливаемую поверхность с последующим ее отверждением различными способами. Слой полимерной композиции, требуемой толщины, наносится на восстанавливаемую поверхность с последующим отверждением. Способ достаточно универсален, но покрытия получаемые при его реализации имеют невысокую стойкость к температуре и вибрациям, кроме того обладают низкой теплопроводностью.
- Гальваническое осаждение покрытий — получение слоя металла или сплава на восстанавливаемой поверхности в результате химической или электрохимической реакции из раствора или расплава электролита [1–3, 7–8]. Осаждение осуществляют различными способами (ванным, проточным, проточно-контактным и так далее) из электролита, содержащего соль осаждаемого металла под воздействием электрического тока с использованием растворимых и нерастворимых анодов. Этот способ имеет ряд преимуществ, таких как возможность осаждения слоя металла или комбинации металлов с заданными физико-механическими свойствами толщиной от нескольких микрометров до 2 мм. Возможно нанесение нескольких слоев с разными свойствами, возможно восстановление путем осаждения металл «в размер» без последующей механической обработки поверхности.
Как видим, для устранения дефектов корпусных деталей, возникающих в процессе эксплуатации, существует достаточно большое количество способов.
Выбор того или иного способа зависит не только от вида дефекта, но и от его локализации, величины, характера и других факторов [6, 9]. В определенных случаях возможно применение комбинации из двух и более способов восстановления корпусных деталей транспортно-технологических машин и комплексов.
Литература:
1. Захаров, Ю. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным электролитическим цинкованием: дис. … канд. техн. наук [Текст] / Ю. А. Захаров. — Пенза, 2001. — 170 с.
2. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно // Молодой ученый. — 2014. — № 16. — С. 68–71.
3. Захаров Ю. А. Восстановление посадочных поверхностей корпусных деталей машин проточным гальваническим цинкованием [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С. 58–62.
4. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур [Текст] / Е. Г. Рылякин, Ю. А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. — № 1 (44). — Январь-Март 2014. – С. 69–72.
5. Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов [и др.] // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С. 56–58.
6. Пат. 2155827 РФ, МПК: 7C 25D 5/06 A. Устройство для электролитического нанесения покрытий [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (РФ). — № 99115796/02, Заявлено 16.07.1999; Опубл. 10.09.2000.
7. Пат. 70366 Российская Федерация, МПК G01M. Инерционный нагружатель [Текст] / Власов П. А., Власов М. В., Захаров Ю. А.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (RU). — № 2007108571; заявл. 07.03.2007; опубл. 20.08.2008, Бюл. № 2. — 2 с.
8. Пат. 2503753 Российская Федерация, МПК: C25D19/00. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий [Текст] / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (RU). — № 2012149639/02, заявл. 21.11.2012; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. — 9 с.
9. Сёмов, И. Н. Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров дискового высевающего аппарата с подпружиненным выталкивателем семян сахарной свеклы [текст]: дисс. … канд. техн. наук: 05.20.01: защищена 15.06.2007 утв. 02.11.2007 / Сёмов Иван Николаевич. — Пенза, 2007–130 с.
