ВСТУП

      Ефективність  і якість відновлення деталей  у значній мірі залежать від застосовуваних технологічних способів їхньої обробки.

      Ремонтне виробництво має у своєму розпорядженні велику кількість різних способів відновлення деталей, що дозволяють не тільки повернути їм властивості нових, але в ряді випадків навіть поліпшити їх.                         

      Численність технологічних способів, застосовуваних при відновленні деталей, пояснюється  різноманітністю дефектів, для усунення яких вони застосовуються. Характерними дефектами деталей є: знос, що обумовлює порушення розмірів, форми і взаємного положення робочих поверхонь; механічні пошкодження у виді залишкових деформацій, тріщин, обломів, викришування, пробоїн; пошкодження антикорозійних покрить, нанесених фарбуванням, гальванічними і хімічними способами обробки.

      Основними задачами технології відновлення деталей  є: відновлення порушених у процесі  експлуатації посадок у спряжених  деталях; відновлення їхньої механічної міцності, зносостійкості й антикорозійної стійкості. Успіх рішення цих задач у значній мірі залежить від прийнятих способів відновлення деталей.

      У залежності від характеру  дефектів, що усуваються, усі способи відновлення  деталей підрозділяються на три  основні групи: відновлення деталей  зі зношеними поверхнями; відновлення деталей з механічними ушкодженнями;   відновлення  антикорозійних  покрить.

      Відновлення зношених деталей – це складний організаційно- технологічний процес при якому, на відміну від виробництва  нових деталей, в якості заготовки  використовують зношену, але вже сформовану деталь.

          Дана робота має за мету розробку технології  для відновлення зношених поверхонь вала 4-ої передачі редуктора СПЦ26У. 
 
 
 
 
 
 

      1 АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ ТА  ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ПО МЕТОДАХ  ЗМІЦНЕННЯ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

      1.1  Характеристика деталі ,,Вал  4-ої передачі редуктора СПЦ26У,,

        Деталь ,.вал,, виготовлена із легованої сталі 40ХН ГОСТ 4543-71. Сталь 40ХН має всі якості для обробки на металорізальних верстатах без перешкод.

           1.1.1  Технологічні властивості матеріалу деталі ,,вал,,

      Сталь 40ХН характеризується задовільною оброблюваністю, різанням, задовільною пластичністю при оброблюваності. Дана сталь застосовується для виготовлення колінчастих валів, шатунів, шестернь та інших відповідальних деталей.

      Вміст хімічних елементів та механічні властивості сталі 40ХН приведені у таблицях 1.1 та 1.2. [14, с.538]

      Таблиця 1.1  - Хімічний склад сталі 40ХН                                                                          

      Таблиця 1.2 – Механічні характеристики сталі 40ХН

       1.1.2 Аналіз службового призначення вала

     Деталь ,,Вал ,,(див.Додаток А. Робоче креслення) виготовлена з сталі 40ХН та слугує для передачі крутного моменту. Для цього передбачений посадочний діаметр і шпонковий паз на який встановлюється зубчасте колесо. Поверхнями деталь встановлюється в підшипники які розміщені в отворах корпусної деталі.

     Основними конструкторськими базами є поверхні , . Допоміжними конструкторськими базами є поверхня . Шпонковий паз поверхні та торці правий і лівий крайній – вільні поверхні Ø175 та Ø40 .

   До  основних конструкторських баз ставляться такі вимоги:

• обробка за 7 квалітетом точності, шорсткість Ra=2.5 мкм
• співвісність поверхонь та складає 0,024мм

   До  допоміжних конструкторських баз відносяться:

• по 7 квалітету, шорсткість Ra=2.5 мкм
• 2 пази розміром 40 – точність Н9, шорсткість Ra=2.5 мкм

      1.2  Визначення виду  зношування. Моделювання процесу зносу 

   Так як деталь ,,вал,, в редукторі встановлено на підшипниках поверхнями, що ми відновлюємо то під час роботи цих поверхонь буде утворюватися їх зношування. Це зношування буде відбуватися під дією фретинг корозії. Тому ми будемо розглядати вид зношування такий як фретинг корозія.[18,с.182]

    Фреттинг-корозія - корозійне руйнування на межі розділу  двох тіл, що контактують один з одним. Ці поверхні, перебуваючи під впливом корозійного середовища, рухаються (ковзають) відносно один одного.Тобто фреттинг-корозія - корозія при терті. Найчастіше ковзання має коливальний характер, а об'єкти випробовують  додаткове  досить  велике  навантаження. 
     Фреттинг-корозія може спостерігатися при контакті двох металевих матеріалів, або ж металу і неметалла (гуми, пластмаси, які можуть служити прокладним  матеріалом). 
     Фреттинг-корозії піддаються: притиснуті один одному деталі, на які впливають коливальні, обертальні, вібраційні напруги. До них можна віднести болтові, шпонкові, заклепувальні, шліцьові з'єднання, що контактують частини підшипників, металевий канат, дотичні рухомі вали і багато іншого. Фреттинг - механічний знос металу при рухах невеликої амплітуди. Поєднання механічного зносу і впливу корозійно активного середовища і дає нам фреттинг-корозію. 
     Під впливом навколишнього корозійного середовища на поверхні металу утворюється оксидна плівка (продукти корозії). При терті ця плівка механічно руйнується. Так як при фреттинг-корозії взаємодіючі поверхні не роз'єднуються, то зруйновані продукти корозії так і залишаються між ними (в деяких випадках витісняються), надалі матеріали стираються швидше, а фреттинг-корозія протікає інтенсивніше. Руйнування захисної плівки може бути причиною подальшого протікання корозії, зумовленої роботою концентраційного елемента, або ж викликати контактну корозію. Перетворення поверхні металу в оксид призводить до несправностей, забивання системи продуктами корозії, заїдання і збою роботи    механізму. 
     При протіканні фреттинг-корозії поверхню металу знебарвлюється, а при впливі коливальних напруг на ній утворюються виразки, в яких надалі зароджуються  втомні  тріщини.                         
     Швидкість фреттинг-корозії залежить від природи використовуваних металів (матеріалів), температури, складу корозійного середовища та діючих навантажень.Під час тертя відбувається нагрів металу, що додатково посилює фреттинг-корозію, особливо в умовах відсутності на поверхні мастила. 
     Фреттинг-корозія протікає не по електрохімічного механізму.Найважливішим чинником є ​​прикладена навантаження, в результаті якої відбувається посилене піттінгообразованіе на контактуючих поверхнях. При коливальному ковзанні (терті) утворилися оксиди не можуть бути вилучені з контактує поверхні. Це призводить до збільшення напруги між контактуючими деталями і фреттинг-корозія в місцях скупчення оксидів проходить набагато інтенсивніше. 
            1.2.1 Захист  виробів  від  фреттинг-корозії                                               Правильний підбір матеріалів. Доцільно для запобігання виникнення фреттинг-корозії поєднувати м'які метали з твердими. Доведено, що при ковзанні сталевий поверхні об сталеву руйнування набагато більше, ніж ковзанні стали про сталь, покриту свинцем. Навіть при великих навантаженнях м'який метал запобігає контакту з навколишнім середовищем. Руйнування також зменшується через те, що більш м'який метал може при зрізі «текти», а не тертися. 
    Для контакту зі сталевою поверхнею рекомендовано використовувати сталь, вкриту  оловом,  індієм,  кадмієм,  свинцем,  сріблом. 
     Застосування мастил для запобігання фреттинг-корозії. Ефективний метод, часто використовуваний в умовах невеликих навантажень.Поверхня попередньо піддають фосфатування. Отриману пористу плівку обробляють мастилом низькою в'язкості, яка проникає глибоко в пори і завдяки цьому досить довго залишається на виробі.Недоліком цього методу можна вважати те, що це все-таки тимчасовий захист, мастило рано чи пізно віддаляється в результаті ковзання. Проектування контактуючих поверхонь з усуненням ковзання.Ефективно,  але  досягти досить важко. 
     Застосування спеціальних покриттів. Для запобігання контакту поверхні розділу  з  повітрям. 
     Застосування матеріалів з низьким коефіцієнтом тертя і прокладок.Такі матеріали використовують тільки при маленьких навантаженнях у зв'язку з їх невеликою міцністю. Гума, наприклад, амортизує коливання і запобігає ковзанню

        1.3 Аналіз літературних джерел по зміцнювально відновлюваних методах

   Класифікація  методів зміцнення металів і  сплавів (по Євдокімову В.Д.)

    1.4 Вимоги до деталі, що відновлюється  та її поверхонь

      Тертя відбувається між поверхнями цапфи вала та внутрішньою поверхнею підшипника. В процесі експлуатації, поверхня зношується і втрачає свої властивості. В результаті цього втрачається посадка між двома деталями. Щоб цього уникнути, потрібно збільшувати термін експлуатації деталі за допомогою методів відновлення.Враховуючи умови роботи вала, характер та причини виникнення дефектів, проаналізувавши її конструктивні особливості, необхідно при відновленні обрати такий метод, який відповідатиме наступним вимогам:

• мінімальна зона термічного впливу;
• відсутність деформації деталі після відновлення та зміцнення;
• висока твердість та зносостійкість покриття;
• простота обладнання та порівняно дешевизна присадкового матеріалу.

       На основі аналізу існуючих технологій відновлення та зміцнення зношених поверхонь деталей з точки зору їхньої технологічності, економічності та ефективності  можна застосувати наступні методи відновлення:

• наплавлення в захисних газах;
• наплавлення порошковим дротом;
• вібродугове наплавлення.

       Відновлення поверхні вала у середовищі вуглекислого газу у порівнянні з автоматичним наплавленням під флюсом має такі переваги: можливість наплавлення у будь-якому просторовому положенні деталі; більш висока по площі покриття продуктивність процесу (на 20...30%); відсутність трудомісткої операції по відділенню шлакової кірки, висока продуктивність; можливість наплавлення шару невеликої товщини (0,8…1,5 мм); видимість місця зварювання, низька вартість вуглекислого газу в порівнянні з флюсом і можливість накладання незручних і складної конфігурації швів.

    До  числа недоліків цього способу  наплавлення варто віднести: підвищене розбризкування металу, підвищена схильність наплавленого шару до утворення тріщин, необхідність застосування легованого дроту для одержання наплавленого металу з необхідними властивостями.

    Розплавлений  метал можна захищати від дії  кисню і азоту повітря струменем  газу, який витискає повітря із зони горіння електричної дуги.

    Вібродугове наплавлення поєднує в собі ряд переваг попередньо розглянутих методів. Даний метод застосовують при відновленні деталей зі сталі, ковкого й сірого чавуну при нарощуванні зношених зовнішніх і внутрішніх циліндричних поверхонь, а також різьбових поверхонь і шліців. Вібродуговим наплавленням можна одержати порівняно тонкі і дуже міцні покриття товщиною 0,1...2,5 мм на круглих деталях діаметром від 15 мм і більше. Спосіб розроблений для наплавлення зношених поверхонь з високою твердістю: посадочних поверхонь під підшипники, шківів, шестерень тощо.

    Однією  із найголовніших переваг вібродугового наплавлення є те, що він забезпечує малу зону термічного впливу, покриття різної товщини з високою твердістю, зносостійкістю і незначними деформаціями поверхні деталі, що є головною умовою при виборі методу відновлення поверхні під встановлення підшипника. Наступною перевагою даного методу є те, що він не вимагає спеціального обладнання. Поряд з тим даний метод характеризується і рядом недоліків, які негативно впливають на якість відновленого шару, а саме: неоднорідна зерниста структура наплавленої поверхні, пористість.

    Отже, вибираємо основним способом відновлення зношених поверхонь вала наплавлення в середовищі вуглекислого газу. Враховуючи те, що порошкові дроти мають доволі високу вартість і термічна дія на деталь при цьому способі відновлення досить висока (майже така ж, як і при наплавленні під шаром флюсу), а наплавлення в середовищі вуглекислого газу має досить високу продуктивність і не вимагає якогось особливого обладнання, характеризується рядом переваг перед іншими способами відновлення.

    Після відновлення зношених поверхонь, як правило, проводиться спеціальна зміцнюючи  обробка для підвищення твердості, міцності та зносостійкості робочих  поверхонь, що дає можливість збільшити  строк експлуатації деталей і  скоротити витрати, пов’язані з їхнім ремонтом. До таких спеціальних процесів зміцнення можна віднести хіміко-термічну обробку, зокрема цементація, азотування, нітроцементація, зміцнення лазером, електронно-променеве та електроіскрове  легування, пластична деформація та ряд інших. Завдяки такій обробці поверхонь зносостійкість деталей підвищується в 1,5…2 рази.

    Одним з перспективних способів, що знаходять  все більш широке застосування, є  способи, засновані на явищі електричної  ерозії металів, а зокрема метод  електроіскрової обробки. Він ґрунтується на явищі електричної ерозії матеріалів під час іскрового розряду в газовому середовищі (переважно на повітрі), полярного перенесення продуктів ерозії на катод (деталь), на поверхні якого формується шар зміненої структури і складу.[4, с.60 ]

    На  рис. 1.4.1 наведена загальна схема процесу електроіскрового легування (ЕІЛ) з вібруючим анодом у вигляді компактного електроду.

    Процес  ЕІЛ розпочинається із зближення  анода (електроду) з катодом (деталлю). Коли відстані між ними дорівнює пробивній відбувається іскровий розряд тривалістю 10^-6…10^-3с, який у багатьох випадках завершується контактом електродів. Після пробою міжелектродного проміжку (МЕП) за рахунок енергії, що поступає від генератора імпульсів, на поверхнях електродів розвиваються локальні вогнища плавлення, випаровування, що викликають електричну ерозію матеріалів електродів (анода і катода).

     Рис. 1.4.1 – Загальна схема процесу електроіскрового легування:

     ГІ  – генератор імпульсів;

     МЕП – міжелектродний проміжок;

     ІР – іскровий розряд;

     А – анод (компактний електрод);

     К – катод (деталь);

     f_a – частота вібрації анода;

     S – напрям подачі деталі.

    Лазаренко М. І.  [4,с.60] було встановлено, що якісні і кількісні характеристики легованого поверхневого шару в процесі ЕІЛ залежать від багатьох чинників. Найбільший вплив чинять характеристики імпульсних розрядів, тривалість обробки, природа матеріалу електродів, середовище в МЕП,  характеру руху анода.

        В більшості випадків методом ЕІЛ наносяться багатошарові покриття. Основними прийомами, які використовуються при отриманні багатошарових покриттів із застосуванням методу ЕІЛ є:

  1. Нанесення багатошарових покриттів тільки методом ЕІЛ.

     2. Нанесення комбінованих покриттів.

         Одним із недоліків ЕІЛ є проблема малої товщини шару що наноситься (до 100 мкм), що значно скорочує область застосування ЕІЛ. Цю проблему можна вирішити наступними шляхами :

      - застосовуючи як електроди матеріали,  які створюють необмежені 
тверді розчини із залізом (Cr, Ni, Co, Мо, V);

      - застосовуючи більш інертне  середовище, в якому здійснюється  легування;

      - застосовуючи установки ЕІЛ  для електроіскрового легування на жорстких режимах, у тому числі і високочастотні;

     - використовуючи нові матеріали,  що містять в собі елементи, які створюють необхідні експлуатаційні характеристики поверхневого шару (W,Ti).

          Технологія електроіскрового легування володіє рядом переваг:

• не вимагає спеціальної підготовки поверхонь, необхідно лише повністю очистити їх від бруду і видалити сліди жиру і масла;
• забезпечує високу міцність зчеплення шару покриття з основним матеріалом;
• не впливає на основну структуру металу;
• додає поверхневим шарам покриття необхідні експлуатаційні якості;
• підвищує стійкість зміцнених деталей в 2…3 рази;
• дозволяє економити дорогі інструментальні сталі;
• дозволяє використовувати як легуючі матеріали як чисті метали, так і багато сплавів: металокерамічні, композиційні, тугоплавкі з'єднання і т.п.;
• відрізняється простотою технологічного процесу, малогабаритністю і транспортабельністю устаткування.

     1.5 Висновки

1.Деталь ,.вал,, виготовлена із легованої сталі 40ХН ГОСТ 4543-71. Сталь 40ХН характеризується задовільною оброблюваністю, різанням, задовільною пластичністю при оброблюваності. Деталь ,,Вал ,,та слугує для передачі крутного моменту.

2.Так як деталь ,,вал,, в редукторі встановлено на підшипниках поверхнями, що ми відновлюємо то буде відбуватися  зношування під дією фретинг корозії. Тому ми будемо розглядати вид зношування такий як фретинг корозія.

3.Ми  проаналізували літературні джерела по методам відновлення і вибрали потрібний нам метод.

4.Ми  вибрали основним способом відновлення зношених поверхонь вала наплавлення в середовищі вуглекислого газу. Після наплавлення вибрали спеціальний процес зміцнення, метод електроіскрової обробки, для підвищення твердості, міцності та зносостійкості робочих поверхонь.