Дефекти деталей машин і способи їх усунення

Івано-Франківський національний технічний

Університет нафти і газу

 

 

Бурда М.Й.

 

ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ

ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ

ТА ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТЕЛЕЙ

Конспект лекцій

 

 


Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний

Університет нафти і газу

Кафедра зносостійкості та відновлення деталей

Бурда М.Й.

 

 

ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ

ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ

ТА ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТЕЛЕЙ

Конспект лекцій

 

Для студентів напряму підготовки 6.092303 - “Зварювання”

Рекомендовано методичною радою університету

 

Івано-Франківськ


МВ 02070855 - 3068 - 2010

 

Бурда М. Й. Основи технології підвищення зносостійкості та відновлення деталей: Конспект лекцій. Частина 1 – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010 – 245 с.

Конспект лекцій містить матеріал тем, які розглядаються при вивченні дисципліни ”Основи технології підвищення зносостійкості та відновлення деталей” для студентів за напрямком підготовки “Зварювання” освітньо-кваліфікаційного рівня 6.092303 - бакалавр стаціонарної та заочної форм навчання. Охоплює основні розділи, що стосуються зміцнення та відновлення робочих поверхонь деталей машин.

Розроблений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни та навчального плану напрямку підготовки “Зварювання”. Орієнтований на вивчення і вирішення конкретних теоретичних, технічних і практичних завдань, формування технічного мислення студентів.

 

Рецензент: д-р техн. наук, професор, зав. кафедри ЗВД Криль Я.А.

 

 

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол №5 від «22» квітня 2010 р.)

 

© Бурда М.Й. 2010

©ІФНТУНГ, 2010

ЗМІСТ

 

ВСТУП………………………………………………………
1 Загальна питання виробництва по відновленню та підвищенню зносостійкості деталей……….……...……….
1.1 Дефекти деталей машин і способи їх усунення…
1.1.1 Деталі як об’єкти відновного виробництва………
1.1.2. Придатність деталей машин….……………..
1.1.3 Життєвий цикл і стани деталей машин……..
1.1.4 Класифікація відмов деталей машин………..
1.1.5 Причини виникнення відмов і дефектів деталей машин……………………………………………….
1.1.6 Види дефектів відновлюваних деталей……..
1.1.7 Класифікація відновлюваних і зміцнюваних деталей машин……………………………………………..
1.2 Зміст процесу відновлення деталей ……………..
1.2.1 Технічні вимоги до відновлених деталей…..
1.2.2 Структура процесу відновлення деталей..
1.3. Місце відновлювального виробництва в технології ремонту машин……………………………….
1.3.1 Ремонт машин в системі забезпечення їх в справному стані…………………………………………..
1.3.2 Визначення основний понять інженерії поверхні………………………………………
1.4 Очищення деталей……………………………….
1.4.1 Класифікація і властивості забруднень……
1.4.2 Фізичні основи очищення поверхонь деталей від забруднень……………………………………………….
1.4.3 Очисні технологічні середовища.……………
1.4.4 Процеси очищення деталей………………….
1.5 Джерела тепла в процесах нанесення покриттів.
1.5.1 Розподілення джерел тепла по тепловій потужності…………………………………………………..
1.5.2 Газове полум’я ………………………….……
1.5.3 Електрична дуга…………………………….
1.5.4 Плазма………………………..………………
1.5.5 Індукційний нагрів…………………………..
1.5.6 Іскровий розряд………………………………
1.5.7 Електронний промінь…………………………
1.5.8 Лазерне випромінювання…………………..
1.5.9 Процеси тертя ……………………………….
1.5.10 Нагрівання від проходження електричного струму……………………………………………………...
1.6 Класифікація методів зміцнення та відновлення деталей машин……………………………………………….
2 Основи технології підвищення зносостійкості термічною обробкою…………………………………………
2.1 Загальна термічна обробка…………………………
2.2 Термічна обробка робочих поверхонь деталей….
2.2.1 Полуменеве поверхневе гартування (ППГ)………
2.2.2 Поверхневе гартування з контактним нагріванням електричним струмом…………………………………………….
2.2.3 Гартування струмом високої частоти………….
2.2.4 Поверхневе гартування з електронагрівом в електроліті……………………………………………….……
2.2.5 Порівняння методів поверхневого гартування…
2.3 Зміцнення кріогенними методами……………..
3 Основи технології хіміко – термічної обробки (ХТО) робочих поверхонь…………………………………………
3.1 Цементація………………………………………...
3.2 Азотування……………………………………….
3.2.1 Іонне азотування………………………………..
3.3 Нітроцементація і ціанування сталі……………..
3.4 Карбідизація………………………………………..
3.5 Насичення поверхні металами, бором……………
3.6 Хіміко-термічна обробка в кип’ячому шарі……..
4 Підвищення зносостійкості робочих поверхонь поверхневою пластичною деформацією (ППД)…………
4.1 Вигладжування алмазом та іншими надтвердими матеріалами…………………………………………………
4.2 Обкатування та розкатування……………………
4.3 Дробоструменеве зміцнення………………………
4.4 Динамічні способи ППД…………………………..
4.5 Вібраційні методи обробки………………………
4.5.1 Вібродинамічне накатування…………………….
4.5.2 Накатування профільним роликом………………
4.5.3 Вібраційне накатування (вібронакатування)…….
4.6 Електромеханічна пластична обробка…………..
5 Наплавлювання робочих поверхонь деталей машин……
5.1 Визначення і загальна характеристика способу….
5.2 Підготовка матеріалів і заготовок до наплалення
5.3Типи і властивості наплавленого металу………….
5.4 Класифікація і застосування електрдугового наплавлення………………………………………………….
5.4.1 Ручне дугове наплавлення (РДН)………………
5.4.2 Електродугове наплавлення під шаром флюсу….
5.4.3 Наплавлення в середовищі захисних газів………
5.4.4 Наплавлення відкритою дугою самозахисними матеріалами………………………………………………………
5.4.5 Вібродугове наплавлення………………………..
5.4.6 Плазмове наплавлення……………………………
5.4.7 Газополуменеве наплавлення……………………
5.4.8 Індукційне наплавлення………………………….
5.4.9 Електрошлакове наплавлення……………………
Перелік використаних та рекомендованих джерел……..…

ВСТУП

Відновлення зношених деталей є важливим резервом підвищення ефективності використання техніки, економії матеріальних, паливно-енергетичних і трудових ресурсів. Воно є комплексом операцій по відновленню справного або працездатного стану деталей і їх технічного ресурсу.

Найважливіша перевага відновлення - низька металоємність. Для відновлення деталей необхідно в 20...30 раз менше металу, чим для виготовлення нових. Наприклад, колінчастий вал двигуна ЯМЗ-240Б роблять із заготовки масою 340 кг, близько 200 кг дефіцитної легованої сталі йде у відходи, а на його відновлення потрібний не більше 8 кг наплавлювального дроту. Щорічно підприємствами і організаціями різних форм власності і приватними особами виводиться з обороту величезна кількість машин і агрегатів, що прийшли в непридатність. Крім того, величезна кількість деталей, вузлів і цілих агрегатів під час капітального ремонту техніки також вибраковують і направляють на переплавлення. Багато частин машин виходять з ладу через знос, що не перевищує десяті і навіть соті долі міліметра. У складній сучасній техніці деякі деталі стають непридатними до експлуатації при набагато менших зносах, чим в машинах старих зразків. Понад 85% деталей автомобілів, тракторів і деяких самохідних сільськогосподарських машин, верстатів, стаціонарних двигунів і інших машин стають непрацездатними при зносі, що не перевищує 0,2...0,3 мм. При цьому значна кількість елементів і поверхонь деталей взагалі не зношуються. Внаслідок цього в металобрухт відправляють якісні заготовки, які могли б служити ще не один рік, якщо відновити первинні параметри і працездатність деталей.

Аналіз ремонтного фонду показав, що в середньому тільки до 20 % деталей машин, що вимагають капітального ремонту, підлягають вибраковуванню. Близько 25...40 % деталей є придатними для подальшої експлуатації, а останні можна відновити.

Ресурс більшості машин залежить від невеликого числа деталей. Це дозволяє визначати номенклатуру і планувати конкретні об’єми відновлення деталей, розробляти, випускати і упроваджувати спеціальне устаткування, створювати і розвивати ремонтне виробництво, нарощувати об’єми і розширювати номенклатуру відновлення зношених деталей.

В процесі відновлення зношених деталей число виробничих операцій скорочується в 5...8 разів в порівнянні з виготовленням нових, а собівартість не перевищує 40...70 % цін нових. За рахунок додаткового відновлення деталей можна скоротити витрати на ремонт машин. Завдяки застосуванню сучасних матеріалів, технології і устаткування відновлені деталі у ряді випадків за якістю перевершують нові запасні частини. Так, упроваджені технології відновлення малоресурсних і складних в технологічному відношенні деталей - поршнів і вкладишів колінчастого валу, які раніше замінювалися при ремонті на нові. Витрати на відновлення поршнів складають 10...30 % вартості нових деталей, вкладишів - 10...50 %.

Відновлення деталей - це до певної міри і шлях до забезпечення екологічної безпеки виробництва Понад половина всіх шкідливих викидів доводиться на виробництво нової техніки, кількість якої прогресивно зростає. По деяких промислових регіонах частка цих викидів досягає 85...95 %. Якщо врахувати, що використовувані у виробництві машин мінеральні і енергетичні ресурси вже привнесли свої викиди в природу, то частка промислових викидів ще більш зростає. Це неминучий результат традиційного технологічного процесу виготовлення техніки з первинних (і частково вторинних) ресурсів, тобто первинного виробництва.

Нові екологічно чисті технологій коштують дуже дорого і кардинально не вирішують проблем, оскільки вони базуються на переробці сировинних (в основному первинних) ресурсів, спочатку зумовлюють забруднення і значні витрати енергії, вартість якої занижена, оскільки не враховується екологічна шкода. На вироблення 1 кВт-год (3,6 МДж) електроенергії спалюється 360 г умовного палива, що складає 10,6 МДж, тобто 2,9 кВт-год. Транспортування цього реального палива з місця генерування на відстань 100... 1000 км. вимагає витрат (з урахуванням механічних втрат і ККД тягових енергетичних установок) 5,7...34,6 МДж, тобто 1,6...9,6 кВт-год. Розвідка і видобування цього палива споживає близько 2 МДж (0,6 кВт-год). Необхідно врахувати також витрати енергії на виробничі і соціальні потреби у розмірі 30% від перших трьох, після чого отримаємо додаткові витрати енергії 9,21 МДж, тобто 2,6 кВт-год. Таким чином, для вироблення 1 кВт-год (3,6 МДж) електроенергії потрібно витратити з не поновлюваних джерел 7...15 кВт-год (25,2... 54 МДж). Вироблення 1 кВт-год електроенергії на теплових електростанціях супроводжується викидом 0,039 кг забруднень в атмосферу.

Якщо врахувати, що реальна вартість первинних ресурсів значно занижена і не враховує екологічних витрат, то вторинне виробництво представляється одним з найчистіших і ефективніших. Воно багато разів знижує забруднення природи і може бути реалізоване на базі існуючих незавантажених підприємств.

Висока техніко-економічна ефективність досягнута в ремонтному виробництві за кордоном. У промислово розвинених країнах зношені деталі відновлюють за рахунок застосування прогресивного технологічного устаткування (високоточні верстати з програмним керуванням, автоматизація процесів відновлення і контролю) і матеріалів високої якості, використовуваних для нанесення покриттів на поверхні. Це дозволяє фірмам узяти на себе повну відповідальність за забезпечення нормальної експлуатації машин і устаткування, укомплектованих відновленими деталями, витримати конкурентну боротьбу, на ринках збуту продукції. Відновлення деталей вважають економічно вигідним.

Наприклад, на одному з підприємств компанії "Катерпіллер" створена спеціалізована дільниця для відновлення наплавленням ходової частини гусеничних тракторів потужністю до 1500 полотен гусениць в рік. У Чікаго діє спеціальний завод фірми "Інтернейшнл Харвастер" для відновлення деталей і вузлів тракторів. На нім щорічно ремонтують понад 2000 двигунів, 33000 карбюраторів, 25000 зчеплень, 20000 водяних насосів, 3000 колінчастих валів і інші деталі. Ресурс вузлів і деталей, відновлених на заводі, рівний ресурсу нових, а вартість відновлення складає 20...25 % вартості виготовлення нових деталей. Відпускна ціна відновлених вузлів і деталей в середньому рівна приблизно 80 % цін нових.

Збір зношених, придатних до відновлення деталей виконують по трьох напрямках: через широку систему ділерів; шляхом обміну агрегатів, що відмовили або вимагають ремонту, на нових або відремонтованих; шляхом продажі дрібними ремонтними підприємствами крупним заводам або спеціалізованим по відновленню деталей фірмам зношених дорогих деталей, придатних до відновлення.

Ділери зацікавлюють фермерів здавати зношені деталі тому, хто при продажі нових запасних частин або вузлів знижує ціни на 20...25%. Така форма збору деталей дуже поширена в США і інших країнах. Для багатьох невеликих ремонтних підприємств стає вигіднішим відправляти зношені деталі для відновлення на спеціалізовані виробництва, чим відновлювати самим. Наприклад у ФРН колінчасті вали відновлюють тільки на трьох спеціалізованих підприємствах, куди вони поступають в основному від невеликих ремонтних фірм.

Підвищення якості відновлюваних деталей. Не завжди після відновлення досягається необхідна експлуатаційна надійність деталей. Ресурс деталей після відновлення складає в середньому не більше 60...80 % ресурсу нових деталей. Низька якість обумовлена дефектами просторової геометрії корпусних і базових деталей, застосуванням способів відновлення, що не забезпечують необхідну зносостійкість, прироблюваність, втомну міцність деталей. Тому у всіх країнах підвищенню якості відновлюваних деталей надається велика увага. Для цього розвиваються і упроваджуються нові способи відновлення, методи і засоби контролю. Особлива увага звертається на точність обробки і високу продуктивність порівняно складного спеціалізованого устаткування, а також висока якість матеріалів, використовуваних для відновлення деталей.

Деякі фахівці вважають, що, підвищивши довговічність деяких деталей, які лімітують ресурс машин, можна ліквідовувати потребу в частих ремонтах. Проте багаторічні дослідження учених і тривала практика показують, що зробити цього не вдається. Навіть однойменні деталі і елементи машини однієї і тієї ж марки в чні дослідження учених і тривала практика показують, що зробити цього не вдається. Навіть однойменні деталі і елементи машини однієї і тієї ж марки в різних умовах експлуатації зношуються з різною інтенсивністю.

При загальній тенденції збільшення різноресурсності складових частин машин, що зберігається, в машинобудуванні застосовують такий принцип їх створення, який передбачає заміну або відновлення складових частин. Він дозволяє отримувати відносно дешеві машини, які достатньо надійні і економічні в експлуатації. Тому ремонт і технічне обслуговування слід розглядати не як недолік, а як раціональний спосіб підтримки і відновлення працездатності машин з використанням потенційних можливостей довговічних базових елементів.

Для відновлення і зміцнення деталей машин широко застосовуються різноманітні види покриттів. Захисні покриття забезпечують можливість виготовлення деталей, що володіють високою довговічністю і достатньою надійністю, підвищують експлуатаційну стійкість деталей машин і інструментів, дозволяють відновлювати зношені поверхні і розміри бракованих деталей. Нанесення покриттів дає можливість отримати необхідні жаростійкість, зносостійкість, коефіцієнт тертя і інші характеристики, а також скоротити витрату дефіцитних і дорогих металів, використовуваних для об’ємного легування. Така технологія дозволяє отримати поєднання міцного, зносостійкого, твердого поверхневого шару із пластичною і в’язкою тріщиностійкою основою.

Основним змістом даного конспекту лекцій є наука про виробництво по відновленню та зміцненню деталей у встановленій програмою випуску кількості при найменших витратах матеріалів, мінімальній собівартості і високій продуктивності праці.


 

1 Загальна питання виробництва по відновленню та підвищенню зносостійкості деталей

Дефекти деталей машин і способи їх усунення