Способ восстановления изношенных поверхностей

        1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

        1.Общая часть

 

        1.1   Назначение, устройство и  принцип работы оборудования

 

 

      Универсально-заточной  станок модели 3В642 предназначен  для затачивания основных видов  режущего инструмента с применением  необходимых случаев специального приспособления.

      С помощью  специальных приспособлений на  станке можно производить круглое  и плоское шлифование.

      Ввиду  простоты кинематических цепей  главного движения и движения  подачи станка порядок передачи  вращения от электродвигателя к шпинделю шлифовальной головки и порядок установочных и рабочих перемещений ясен из чертежа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Станок состоит из следующих узлов:

1 Станина

2 Колонна

3 Механизм подъёма

4 Редуктор

5 Супорт

6 Планетарный редуктор

7 Шлифовальная головка

8 Охлаждение

9 Электрооборудование

10 Принадлежности

11 Оправки

12 Кожухи

13 Ограждение

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

2.1 Подготовка оборудования  к ремонту

 

 

 

 

    При ремонте  станка 3В642 необходимо придерживаться  определенного порядка действия  для наиболее четкой организации и наилучшего проведения ремонтных работ. Последовательность подготовки станка к ремонту:

  1)Определение неисправности  механизма.

  2)Установление последовательности  разборки механизма зажима.

  3)Разборка механизма  на сборочные единицы и детали, их промывка.

  4)Определение характера  и величины износа деталей,  их дефектов.

  5)Ремонт деталей  механизма зажима.

  6)Сборка механизмов  с подгонкой деталей.

  7)Проверка и регулирование  собранного механизма.

    Перед ремонтом  оборудование должно быть очищено от стружки, грязи, пыли и смазачно-охлаждающей жидкости.

    Передача оборудования  в капитальный ремонт оформляется  специальным актом, составленным  инспектором отдела главного  механика совместно с механиком  производственного цеха. В акт заносятся результаты внешнего осмотра и испытаний на ходу, а также замечания работающего на машине специалиста (станочника, оператора, наладчика). Внешним осмотром устанавливают комплектность всех механизмов агрегата, выявляют неисправности, а также задиры, забоины, вмятины, трещины, изломы, изгибы и другие дефекты деталей, видимые без разборки механизмов; кроме того, оценивают состояние смазочных и защитных устройств.

    Путем опроса  работающего на машине рабочего  устанавливают, какие недостатки свойственны ей при разных режимах работы, какого состояние механизмов и отдельных деталей.

    Дефекты выявляются  при проверке оборудования на  точность и анализе записей  механика и дежурных слесарей  в журнале.

    Перед разборкой  станок отключается от электрической сети, снимаются ремни, разъединяется полумуфта вала двигателя, из резервуаров сливается масло и смазывающе-охлаждающая жидкость, вывешивается табличка «Не включать - ремонт».

    До начала  ремонта подготавливаются необходимые  инструменты, приспособления и сменные детали.

    Составление графика ремонта. В ремонте к моменту сборки отдельные детали могут быть изготовлены или отремонтированы не полностью (в отличие от сборки нового станка). Это усложняет процесс ремонта, поэтому он должен быть правильно организован и проводиться по графику, составленному заранее.

 

Основой для составления  графика является типовая технология ремонта, укрупненные нормы на выполнение работ, а также продолжительность  ремонта, которая должна соответствовать  сроку, назначенному по плану. Кроме того необходимо учитывать состав и квалификацию членов бригады. Длительность каждой операции на графике отмечается горизонтальной, а начало конец – вертикальными линиями. График дает возможность наглядно видеть ход выполнения ремонтных операций на каждый день.

    Все детали  разобранного станка необходимо  тщательно вымыть и проверить.  Стальные чугунные детали следует  мыть в содовом растворе (соды 1,5…2,0%) с добавлением нитрата  натрия, а остальное вода. Для  мойки алюминиевых деталей рекомендуется применять однопроцентный раствор триэтаноламина или чистую горячую воду.

    Сушку деталей  после мойки рекомендуется проводить  обдувом сжатого воздуха. Для  сушки сжатым воздухом надо  в систему сжатого воздуха  необходимо установить влагоотделитель. Обтирку деталей можно выполнять салфетками. Применение текстильных концов не рекомендуется, так как отдельные нитки и волоски, оставаясь на деталях, могут попадать в масляные каналы и засорить их. Промывать каналы нужно керосином, прочищать ершами, продувать сжатым воздухом.

    Очищение и  обезжиривание деталей подвергают  контролю и сортировке.

 

 

    2.2 Разработка  технологического процесса дефектации  детали сборочной единицы

 

 

    Под дефектацией  понимают оценку износа поверхностей  трения деталей, находящихся в рассматриваемой сборочной единице, а также состояние оборудования и его сопряжений в процессе эксплуатации.

    Выполнение  инструментальных замеров износа  рабочих поверхностей базовых  деталей и сопоставление полученных  данных с наработкой, составляющих данному износу позволяет выявить быстро изнашиваемые детали и уточнить момент вывода оборудования в капитальный ремонт.

    К быстро  изнашиваемым деталям относятся  в основном: гайки, шпонки, ремни.  Прокладки, манжеты. В рассматриваемом  узле к быстро изнашиваемым деталям можно отнести вал.

    Техническое  диагностирование резьбы: годность резьбы полностью определяется параметрами диаметров, шагом и т.д.

    Техническое  диагностирование шпоночных соединений  определяется в основном точностью  посадок по ширине шпонки, остальные замеры задаются так, чтобы исключить возможность защимления шпонки по высоте. Элементы стандартизированных шпоночных соединений контролируют предельными калибрами, пластинами, пробками и т.д.

    Техническое  диагностирование валов: работоспособность валов определяется отклонением индикатора при проверке его на биение, на прогиб, на наличие забоин, а также обращают внимание на состояние шпоночных пазов.

    В результате  длительной эксплуатации произошел  износ поверхности вала под  подшипником, что вызвало расшатывание механизма .

    Диаметр изношенной  поверхности 30h6 .

    Фактический  диаметр 29,9мм.

    Длинна поверхности  21мм.

    Материал вала сталь  45 ГОСТ 1050-88.

    Результаты рассмотрения  данного вопроса оформляются  в виде карты технологического процесса дефектации (КТПД).

 

 

2.3 Разработка технологического  процесса ремонта

 

 

2.3.1 Выбор и описание способа  восстановления детали

 

 

 

    Изготовление  нового вала является сложной  и дорогостоящей операцией. Однако  в тех случаях, когда его ремонт ведет за собой также ремонт или изготовление сопрягающихся с ним деталей , замена изношенного вала новым может оказаться более экономичной. Этот вопрос решают сравнением стоимости ремонтных работ и стоимости изготовления нового вала. В большинстве случаев целесообразнее поверхность под подшипники ремонтировать; при этом выбирают более рациональный метод восстановления, например механический способ обработки, гальваническое покрытие и т.д.

    Сущность ремонта гальванической обработкой заключается в восстановлении геометрической точности изношенной поверхности. Это осуществляют сниманием с деталей минимального слоя металла (шлифованием, точением), до удаления следов износа и обеспечивая нужную точность и шероховатость обрабатываемой поверхности.

    Механическую обработку применяют не только как самостоятельный метод ремонта, но и как вспомогательную операцию при наплавке, хромировании и пр.

    Механическую  обработку со снятием стружки  применяют для восстановления посадок сопрягаемых деталей или устранение отдельных дефектов; доводки

 

 

 

 рабочих шеек валов  и т.д. В нашем случае восстановление  требуемых зазоров у сопряженных  деталей необходимо для перевода  их на ремонтный размер. При  этом более трудоемкая и дорогостоящая  деталь (вал) доводится до заданного размера механической обработкой, а заданная с ней  (подшипник) остается прежней или берется новая. Такой ремонт сопряженной пары может осуществляться несколько раз. Критерием повторяемости ремонта является прочность деталей, Ремонтный размер может задаваться заранее.

    Сущность восстановления деталей гальваническим покрытием заключается в электролитическом осаждении металла на предварительно подготовленную поверхность при прохождении тока через электролит, т.е. при электролизе. В машиностроительном производстве гальванические процессы применяются для нанесения металлических покрытий на изношенную поверхность с целью защиты поверхностей деталей от коррозии для придания детали нужного размера или для нанесения защитно-декоративных покрытий. Широкое распространение получили хромирование и железнение, никелирование, меднение, цинкование. Применяют и химические процессы: химическое никелирование, оксидирование, фосфатирование.

    При гальваническом  осаждении металла катодом является  восстанавливаемая деталь, а анодом – металлическая пластина. Аноды применяются двух видов: растворимые, нерастворимые.

    Растворимые  аноды изготавливаются из металла  который осаждается на детали, а нерастворимые из свинца. При  прохождении постоянного тока  через раствор электролита, на катоде разряжаются положительно заряженные ионы, образуя гальваническое покрытие, а водород выделяется в виде газа. На аноде разряжаются отрицательно заряженные ионы и выделяется кислород (О2). Металл анода растворяется и его атомы образуют новые ионы металла, преходящие в раствор в замен выделившихся на катоде.

    При использовании  нерастворимых анодов, электролит  наполняется ионами металла, по  средствам добавления электролитических  веществ содержащих ионы осаждаемого  металла. В процессе электролиза толщина покрытий на различных участках детали неодинакова. Способность электролита давать ровное по толщине покрытие называется рассеивающей способностью электролита, которая зависит от силовых линий тока, которые неравномерно распределяются в электролите между анодами и катодами и концентрируются на краях катода и его выступающих частях. На этих участках катода плотность тока будет выше и следовательно толщина покрытия будет выше. Рассеивающая способность электролита может быть повышена за счет изменения его состава. Электролиты с малой концентрацией основной соли имеют высокую рассеивающую способность, Равномерное распределение металла на поверхность детали зависит от размеров, формы анода и их расположения относительно детали. Свойство электролита обеспечивать покрытие на углубленных частях деталей, независимо от его толщины характеризуется так называемой кроющей способностью электролита.

 

 

    Хромирование  широко распространено в промышленности, благодаря физико-химическим качествам хромового покрытия. Электролитический хром представляет собой белый металл с синеватым оттенком. Благодаря высокой твердости, низкому коэффициенту трения и коррозийной стойкости – хром обладает высокой износостойкостью. Хром химически устойчив по отношению к большинству газов, кислот. Отполированная, хромированная поверхность имеет декоративные качества. Электролитический хром хорошо сцепляется со сталью, никелем, медью и её сплавами. Электролитическое осаждение хрома осуществляется из электролита, состоящего из водного раствора, хромового ангидрида и серной кислоты. Концентрация хромового ангидрида в электролите может быть различной, однако соотношение количества хромового ангидрида к серной кислоте должно составлять 100:1.

    В зависимости от назначения хромового покрытия различаются: проточное хромирование, восстановление поверхностей больших деталей сложной формы. В зоне покрытия создают местную ванну и в неё принудительно подают электролит. Кроме ванны необходима специальная установка, включая насос и систему трубопроводов для электролита, площадку для установки деталей. Аноды располагаются внутри хромируемой поверхности, а в пространство между ними подают электролит. При хромировании в электролите содержащем 150 г/л хромового ангидрида CrO3  и 1,5 г/л серной кислоты H2SO4 при расстоянии между анодами и поверхностью деталей до 10-15 мм, скорость протекания электролита 8-100см/с и плотность тока 150-200 А/дм², скорость осаждения хрома достигает 0,14-0,18 мм/ч.

    Струйное хромирование. На установках к восстанавливаемым поверхностям детали поочерёдно подаются растворы, электролит и вода, Подача осуществляется насосом к свинцовой насадке с прорезями для протекания растворов. Поэтому насадка является и анодом. Применение саморегулирующегося тетрохроматного электролита, содержащего 350 г/л хромового ангидрида CrO3 12 г/л серной кислоты кальция CaSO4 и 60 г/л углекислого кальция СаСо 3 при температуре электролита 22-32°С и плотности тока 120-140 А/дм² позволяет повысить производительность процесса до 0,25-0,32 мм/ч. При струйном и проточном хромировании все операции промывка, обезжиривание, декалирование, хромирование, а также режим работы, регулировка времени действия растворов и их корректировка легко поддаются автоматизации.

   Хромирование в ультрозвуковом поле. Ультрозвук оказывая значительное перемешивающее действие, позволяет ускорить процесс при повышенных плотностях тока. При хромировании в тетрохроматном электролите содержащем 380 г/л хромового ангидрида CrO2, 2 г/л серной кислоты H2SO4, 50 г/л каустической соды NaOH и 2 г/л сахара, при температуре 20°Си плотности тока 180 А/дм² значительно увеличиваются твердость и износостойкость, а насыщение водородом уменьшается в 1,5 раза. Ультрозвук существенно влияет на скорость осаждения хрома, получаются качественные осадки толщиной до 0,5-0,6 мм с высоким выходом по току до 42-43% и производительностью процесса до 0,3-0,35 мм/ч.

 

    В нашем  случае для восстановления шипа  вала хорошо подойдет гладкое  хромирование. Технологический процесс  хромирования состоит из трех стадий: подготовки деталей и нанесению покрытий и обработку детали после нанесения.

1. Механическая обработка поверхностей
2. Обезжиривание в механических растворителях
3. Монтаж деталей на подвесные приспособления
4. Изоляцию поверхностей не подлежащих хромированию
5. Обезжиривание деталей с последующей промывкой в воде
6. Декалирование (анодную обработку)

При обезжиривании деталей  в электролите содержащем 35-40 г/л  каустической соды NaOH , 25-30 г/л кальцинированной соды NaCO3, 2-3 г/л жидкого стекла (Na2O, 2SiO2) и 15-20 г/л тринатрий-фосфата при температуре электролита 65-70°С плотности тока 12-16 А/дм² продолжительность процесса 5-8 мин.

    Детали можно  обезжиривать венской известью. Порошок венской извести разводят  водой до пастообразного состояния и растирают по поверхности детали волосяными щетками. После обезжиривания, деталь промывают в холодной воде, а потом в горячей с целью удаления с поверхности детали остатков щелочных растворов.

    Декапирование  проводят с целью снятия окисных  пленок, которые появляются во время обезжиривания и промывки, а также для обнажения структуры металла детали. После помещения в ванну, деталь выдерживают без тока в течение 1-2 мин. для их прогрева до температуры электролита, а затем подвергают декапированию в течение 30-40 мин. с анодной плотностью тока 25-35 А/дм².

    Хромирование  начинают с плотности тока  в 1,5 раза больше заданного  технологическим процессом. Через  1-2 мин. плотность тока снижают  до заданного значения. Это обеспечивает  осаждение хрома на углубленных участках деталей.

    При хромировании в электролите содержащем 150-200 г/л хромового ангидрида CrO3 и 1,5-2 г/л серной кислоты H2SO4 при температуре 55-65ْ С и при плотности тока 40-60 А/дм² скорость осаждения хрома 0.02-0.04 мм/ч. Обработка деталей после нанесения покрытия включает в себя следующие операции:

1. Промывку деталей в непроточной , а затем холодной проточной воде
2. Нейтрализацию в растворе кальцинированной соды
3. Окончательную промывку в тёплой воде
4. Демонтаж детали с подвесных приспособлений  и удаление изоляции
5. Термообработку деталей
6. Контроль качества покрытий

    Детали снимают  с подвесных приспособлений , удаляют  с них изоляцию и проводят  термообработку в сушильном шкафу при температуре 150-200ْ С в течение 1.5-2ч. Термообработку выполняют для удаления водорода из хромового покрытия и устранения хрупкого покрытия.

   

 

    2.3.2 Разработка маршрутного технологического процесса ремонта (назначение операций и их последовательности, выбор оборудования и оснастки).

Маршрутный технологический  процесс восстановления изношенных поверхностей вала.

 

 

Таблица 1 – Маршрутный технологический процесс ремонта  вала

 

Операция	Станок	Инструмент, приспособления	Содержание операции
1	2	3	4
005 Круглошли фовальная	3М151	Шлифовальный круг ПП400х63х205 24А-40-25-СМ2-7К;	Шлифовать поверхность  Ø30 до устранения следов износа
010 Гальвани ческая	Установка для хромирования	Подвеска специальная	Поверхности не подлежащие хромированию изолировать
015 Круглошли фовальная	3М151	Шлифовальный круг ПП400х63х205 24А-40-25-СМ2-7К	Шлифовать поверхность  выдерживая размер Ø30
020 Моечная	Ванна с моющим раствором
025 Контрольная	Приспособ ление специальное	Микрометр  ГОСТ 6507-78 Образцы широховатости

 

 

 

 

 

 

2.3.3. Выбор мерительного  и режущего инструмента.

 

 

 

 

    При механической  обработке наружного диаметра поверхности вала под подшипник, контролируется наружная поверхность по квалитету точности h6. Учитывая, что единичный тип производства в качестве мерительного инструмента принимаем микрометр – придел измерения до 50мм ГОСТ 6507-78; образцы шероховатости поверхности, набор №1; штангенциркуль – для контроля линейных размеров; индикатор И402 класса 0.

    В качестве  режущего инструмента принимаем  для шлифовального станка 3М151 шлифовальный  круг ПП400х63х205. 24А-40-25-СМ2-7К.

 

 

2.4.Разработка операционно-технологического  процесса восстановления деталей.

 

 

2.4.1.Расчет (назначение) припусков.

    Табличные  данные параметров припусков,  допусков и межоперационных размеров  – таблица 2. Приняты с учетом  особенностей технологического процесса восстановления поверхностей тел вращения.

 

Таблица 2

 

Обрабатываемый размер	Припуск на сторону (мм)	Ra	Допуск	Размер после оработки
Исходный размер Ø29,9 мм
Шлифование	0,05	0,8	h6	Ø29.8
Хромирование	0,15	1,25	h7	Ø30.1
Шлифование	0,05	0,8	h6 (+0.009)	Ø30

 

2.4.2.Расчет режимов резанья и других параметров восстановления детали.

    .

 

 

 

 

    Определяем  режимы резанья при шлифовании  наружной поверхности вала перед  хромированием – операция 0,05.

     Исходные данные:

- материал детали – сталь 45 ГОСТ 1050-88;

- размеры до шлифования  – Ø29,9 мм, линейный размер 21 мм.;

- размер после шлифования  Ø29,8 мм, линейный размер 21 мм;

- станок 3М151.

1) Рассчитываем скорость  шлифовального круга

 

 

υ кр = π D n кр /1000 * 60 = 3,14 * 400 * 1600 /1000 * 60 = 38 м/с

где D – диаметр круга;

       n кр - частота вращения круга

 

 

2) Для принятого круга  24А-40-25-СМ-7К скорость вращения  детали 30 м/мин.

 

 

3) Определяем частоту  вращения шпинделя равное 

              n = 1000v / π d = 1000 * 30 / 3,14 * 29,9 = 319 мин ˉ¹

По паспорту станка принимаем  частоту вращения детали 315 минˉ¹.

 

 

4) Уточняем скорость  вращения детали.

υд = π d n / 1000 = 3.14 * 29.9 * 315 / 1000 = 29.5 м/мин.

 

 

5) определяем минутную  подачу 

S м = S м · (табл) К1К2К3

 

 

Где К1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и скорости круга – равен 1

       К2  – коэффициент, зависящий от  припуска и точности – равен  05

       К3  – коэффициент, зависящий от  диаметра круга, количества кругов  и характера поверхности –  равен 1,1

 

                       Sм = 1,4 * 1 * 0,5 * 1,1 = 0,77 мм/мин.

 

6) Определяем время  выхаживания детали   Т вых = 0,1 мин.

7) Величина снимаемого  слоя при выхаживании а вых = 0,03.

 

8) Рассчитываем машинное  время:

 

    Тм = [1,3 (а – а вых )/ S м ] + Т вых

 

Где а- величина снимаемого слоя при шлифовании.

       Т мк = [1,3 ( 0,05 – 0,03 ) / 0,77 ] + 0,1 = 0,133 мин.

 

    Режимы резанья  после хромирования остаются  неизменными, т.к. величина припуска  не изменилась и осталась 0,05 мм.

 

          2.4.3 Нормирование технологической операции обработки.

 

 

     Определяем  нормы времени на операции 

     Дано:

- станок 3М151

- Т всп = 0,9 мин;

 

 

- Т обс = 8%;

        - Т отд = 4%

        - Т мк = 0,436 мин

1. Определяем оперативное время:

 

                      Т оn = Т м + Т всп

                      Т оn = 0,218 + 0,9 = 1,118 мин.

 

 

2. Определяем дополнительное время:

 

                      Т доп = Т оп * К1 / 100

Где К1 – отношение дополнительного времени к оперативному, равное 6-9.

                      Т доп = 1,118 * 9 / 100 = 0,1 мин

3. Штучное время:

Т шт = Т0 + Т всп + Т доп =  0,218 + 0,9 + 0,1 = 1,218 мин

4. Определяем штучно-калькуляционное время:

 

                  Т шк = Т шт + Т пз / n

 

Где Т пз – подготовительно-заключительное время;

       n – число деталей в партии.

Определяем число деталей  в партии

 

                   n = N / Ф

Где N – годовая программа восстановления деталей;

       Ф  – число рабочих дней в году.

 

                 n = 1200 / 303 = 3,96

Принимаем ежедневный запуск в партии четырех деталей

                  Т шк = 1,218 + 10 / 4 = 2,8 мин

 

2.5 Заполнение ремонтной  технологической документации (КТПР, КТПД)

 

 

 

    На основании  проведенных расчетов и разработок  заполняем карту технологического  процесса дефектации (КТПД), карту  технологического процесса ремонта (КТПР).