Восстановление изношенной поверхности полумуфты редуктора электровоза ВЛ85

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

– наносить покрытия на листовые материалы, на конструкции больших  размеров, изделий сложной формы;

– покрывать изделия из самых разнообразных материалов, включая материалы, не терпящие термообработки в печи (стекло, фарфор, дерево, ткань);

– обеспечить равномерное  покрытие как на большой площади, так и на ограниченных участках больших  изделий;

– значительно увеличить  размеры детали (восстановление и  ремонт изношенных деталей). Этим методом  можно наносить слои толщиной в несколько  миллиметров;

– легко механизировать и  автоматизировать процесс напыления;

– использовать различные  материалы: металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные  комбинации; наносить их в несколько  слоев, получая покрытия со специальными характеристиками;

– практически избежать деформации основы, на которую производится напыление;

– обеспечить высокую производительность нанесения покрытия при относительно небольшой трудоемкости;

– улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными, стабильными, высокой плотности  и с хорошим сцеплением с поверхностью детали.

К основным недостаткам метода нанесения покрытий напылением можно  отнести:

– малая эффективность  и неэкономичность процесса напыления  при нанесении покрытий на небольшие  детали из-за больших потерь напыляемого  материала. В таких случаях покрытие лучше наносить другими способами;

– высокий шум, ультрафиолетовое излучение, образование вредных  для здоровья работающих соединений напыляемого материала с воздухом, которое сопровождает процесс напыления.  

 

2.1.3 Электроконтактная  наплавка

Электроконтактная наплавка (ЭКН) относится к сварке давлением. ЭКН осуществляют на установке (рис. 6.) совместным деформированием наплавляемого металла и поверхностного слоя металла основы, нагретых в очаге деформации до пластического состояния короткими (0,02…0,04 с) импульсами тока 10…20 кА. В результате каждого из последовательных электромеханических циклов процесса на поверхности металла основы образуется единичная площадка наплавленного металла. Деформация наплавленного металла за цикл составляет 40…60%.

Сила  сварочного тока должна быть такой, чтобы  создать высокую температуру  в месте контакта проволоки с  деталью, достаточную для сварки металла в твердой фазе, но в  то же время не расплавить витки. Усилие сжатия приводит проволоку и деталь в тесное соприкосновение, способствует разрыву оксидных пленок, обеспечивает возможность сварочного процесса и  оказывает значительное влияние  на качество сварного соединения. Чередование  включения и выключения тока происходит в виде сварочных импульсов и  пауз между ними.

Рис. 5. Схема электроконтактной  наплавки.

1 - трехкулачковый патрон; 2 - наплавляемая деталь; 3 - наплавочный слой;   4 - присадочная проволока; 5 - наплавляющий ролик; 6 - понижающий трансформатор; 7 - сопротивление; 8 – прерыватель тока.

 

В зону наплавки подается охлаждающая  жидкость при расходе 1,5…2,0 л/мин. Зона термического влияния не превышает 0,5 мм. Прочность сцепления покрытия с основой достигает значения 400 МПа. Предел выносливости снижается  на 10…15% без подачи жидкости в зону наплавки и на 5% при ее подаче.

ЭКН применяют для восстановления изношенной резьбовой поверхности на валах, для восстановления внутренних поверхностей корпусных деталей, начиная с  диаметра 70 мм.

ЭКН обладает рядом преимуществ по сравнению  с ранее изученными методами наплавок:

1. Высокая производительность и  низкая энергоемкость процесса  нанесения покрытия.

2. Минимальная зона термического  влияния тока на металл вследствие  чрезвычайно малой (до тысячной  доли секунды) длительности импульсов,  формируемых современными прерывателями  тока.

3. Нет необходимости в защитной  среде ввиду кратковременного  термического воздействия на  присадочный материал.

4. Отсутствие мощного светового  излучения и газовыделения.

Основными недостатками электроконтактной наплавки деталей по сравнению с другими  видами наплавок является:

1. Сложность комплектации наплавочной  установки 

2. Высокая балансовая себестоимость  технологического оборудования.

2.1.4

 

2.1.6 Выбор способа восстановления

 

Исходя из конструктивно-технологических характеристик  и рассмотренных преимуществ  и недостатков различных способов восстановления изношенной поверхности  детали, принимаю метод наплавки в среде углекислого газа.

Анализ данных по производительности способов восстановления показывает, что по данному показателю наиболее эффективным является наплавка в углекислом газе, которая превосходит действительную производительность электромеханического восстановления.

Коэффициент полезного использования металла  при вибродуговой наплавке – 0,08 %, при  наплавке в углекислом газе – 0,075%, при  электроконтактной наплавке 0,245 %, при  электромеханическом восстановлении – 0,33 %.

Технологические показатели способов в полной мере подтверждаются экономическими. Ввиду высокой производительности наплавки в углекислом газе затраты  по заработной плате у этого способа  самые низкие. Электромеханическое  восстановление характеризуется низкими  затратами на электроэнергию, материалы, амортизацию и ремонт оборудования, что и обуславливает его низкую технологическую себестоимость.

На основании вышеизложенного  материала можно сделать следующие  выводы:

1. Для восстановления деталей  с износом 0,2 мм предпочтительными  способами являются электроконтактная  наплавка.

2. Наиболее производительным из  рассмотренных способов нанесения  покрытий является наплавка в  углекислом газе.

3. Для повышения эффективного  использования электроэнергии следует  применять источники питания  с более высоким коэффициентом  полезного действия по мощности.

4. Для снижения  припуска на механическую обработку  следует применять для способов  наплавки плавлением термомеханическое  упрочнение.

 

2.2 Схема технологического процесса восстановления полумуфты

Схема технологического процесса восстановления при наплавке приведена на рисунке 1.5

 

Очистка и мойка деталей

 

Дефектация

 

Предварительный подогрев до 

Нанесение покрытия

Шлифование до номинального размера

 

Мойка деталей

 

Контроль

 

Разборка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Схема технологического процесса восстановления при наплавке полумуфты

 

Технологический процесс восстановления изношенной детали представленный на рисунке 8 состоит из подготовительных операций, операций нанесения покрытия, последующей термической и механической обработки, а так же контрольных операций.

В ремонтном производстве после разборки узла восстанавливаемая  поверхность подвергается очистке, мойке и дефектации. При дефектации выявляются эксплуатационные дефекты: трещины, износ. Определяется величина износа трущейся поверхности, равномерность его распределения.  

 Дефекты и повреждения  выявляются как визуально, так  и с использованием вспомогательных  средств контроля, например, луп,  шаблонов, дефектоскопа.

Контроль качества наплавленных поверхностей проводится визуальным осмотром после завершения наплавки.

Проверка соответствия наплавленной поверхности согласно ремонтным  размерам производится путем их контроля типовыми шаблонами.

2.2 Расчет оптимального  состава и выбор марки материала  покрытия

Износостойкость и долговечность  восстановленной детали определяется, главным образом, составом и структурой покрытия.

Тип наплавочного проволоки  выбираем по твердости основного металла 217-241 НВ, по виду износа: трение металла по металлу со смазкой.

  Выбираем наплавочную  проволоку марки Св-08. Для механизированной сварки низкоуглеродистых и углеродистых конструкционных сталей, а также для изготовления электродов ручной сварки.

Основные характеристики приведены в таблицах 6 и 7.

Проволока выпускается диаметром 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 мм

Обработка поверхности: без  покрытия, омедненная, полированная (остаточная смазка менее 0,03%), химически полированная проволока.

Защита: газозащитная;

Под флюсами: АН-348, АН-60

Тип тока: постоянный обратной полярности.

Таблица 6

Химический состав проволоки ГОСТ 2246, %

C	Si	Mn	S	P
0,10	0,03	0,35-0,60	0,04	0,04

 

Наплавленный  металл может значительно отличаться по составу от наплавочных материалов, что обусловлено разбавлением расплавленного металла основным и взаимодействием  расплавленного металла с газовой  и  шлаковой фазами наплавочной ванны.

Содержание каждого элемента электрода в слое наплавленного  металла определяется по формуле:

где: – содержание элемента в основном металле;

– содержание элемента в электроде (проволоке);

– доля участия основного металла  в наплавленном.

Содержание  углерода (С) в слое наплавленного металла:

Содержание  марганца (Mn) в слое наплавленного металла:

При взаимодействии расплавленного металла с окружающей средой происходит окисление и выгорание элементов  в процессе горения дуги. Эти процессы учитываются коэффициентом перехода легирующих элементов в наплавленный металл . При наплавке в среде углекислого газа коэффициент перехода составляет: для углерода ; для марганца .

Таким образом, фактическое  содержание легирующих элементов в наплавленном слое определяется по следующей формуле:

Для углерода :

Для марганца :

 

2.3 Определение основных  технологических параметров процесса  нанесения покрытия

 

Режим нанесения покрытия характеризуется совокупностью  основных технологических параметров, обеспечивающих слоя заданных размеров, форм и качества.

Основными технологическими параметрами процесса дуговой наплавки являются: диаметр проволоки d_э, сила тока наплавки , напряжение дуги и скорость наплавки . К дополнительным параметрам относятся: род и полярность тока.

Сила тока может быть определена в зависимости от диаметра электрода:

 

где: - диаметр электродной проволоки, мм;

- допустимая плотность тока, А/мм .

Диаметр проволоки для наплавки выбирается в зависимости от требуемой толщины наплавленного слоя, равного 0,5 мм и от диаметра детали (60 мм).Отсюда: =1,5 мм. Допустимая плотность тока для наплавки в углекислом газе:  

j=110…130 A/мм .

 Принимаем j=110 A/мм .

 А,

Напряжение дуги при дуговой  наплавке выбирается на основании рекомендаций паспорта на данную марку электродов (проволок). Для наплавки в углекислом газе сварочной проволокой СВ-08 напряжение дуги В . Принимаем В.

Скорость подачи проволоки  определяется по формуле:

;

  ;

 

где:  - коэффициент расплавления, ;

  - плотность металла проволоки, принимаем его равным ;

  - ток наплавки, А;

  - диаметр проволоки, см.

Коэффициент расплавления при постоянном токе обратной полярности можно определить по следующей зависимости:

 

 

Площадь наплавленного валика:

 

где: - заданная толщина наплавленного слоя, мм;

 – ширина валика, мм;

- коэффициент, учитывающий отклонение  фактической площади сечения  наплавленного слоя от площади  прямоугольника. Принимаем a=0.7.

Исходя из припуска на механическую обработку принимаем мм.

Ширина валика:

 мм

Число оборотов наплавляемой детали, об/мин

 

 об/мин

 

Скорость наплавки определяется из соотношения:

 см/с=288 м/ч

где α_Н - коэффициент наплавки, г/А ч;

α_Н = α_Р·(1-Ψ)=13,3(1-0,1)=11,97 г/А ч;

где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание.

 При сварке  в СО₂ Ψ = 0,1- 0.15; 

F_B - площадь поперечного сечения одного валика, мм².

 При наплавке  в СО₂ принимается равным 0,4 см².

         Глубина проплавления    определяется по формуле:

0,5 мм

где: - эффективный к.п.д. дуги.

При выборе режимов наплавки следует соблюдать условие:

где: - толщина стенки детали в месте наплавки, мм

Зная глубину проплавления , вычисляем площадь проплавления:

 

где: – коэффициент формы проплавления. При большой силе тока наплавки и малом напряжении , а при небольших токах и повышенном напряжении  . Принимаем