Основной задачей при восстановлении отдельных деталей является придание их изношенным поверхностям первоначальных параметров.

При ремонте машин операции сварки и наплавки как методы восстановления нашли очень широкое распространение, так как они позволяют получить на рабочих поверхностях деталей слой любой толщины и химического состава, наплавленный слой с разнообразными свойствами, высокой твердостью и износостойкостью, антифрикционные, жаропрочные и т.п. В настоящее время на железнодорожном транспорте более 85 % всех деталей восстанавливаются путем дуговой наплавки.

В данном случае нам необходима наплавка в среде аргона для обеспечения охлаждения воизбежании прожегов и деформаций. Механизированные и автоматизированные способы наплавки, такие как автоматическая под флюсом, в углекислом газе и вибродуговая, позволяют значительно повысить качество восстановленных поверхностей, поднять производительность труда и снизить себестоимость ремонта. Конечным документом разработки технологического процесса наплавки является технологическая карта, в которой указывается последовательность операций, применяемое оборудование, приспособления и инструмент, режим наплавки, затраты на каждую операцию.

Механическая обработка резанием используется в качестве подготовительной и окончательной обработки при восстановлении деталей различными способами и служит основой ремонта деталей способами ремонтных размеров и заменой части изношенных деталей.

Качество поверхности и точность механической обработки определяют качество восстановления деталей, а, следовательно, и отремонтированных машин.

На ремонтных предприятиях встречаются практически все виды механической обработки резанием (точение, фрезерование, строгание, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание, зубо - и резьбонарезание, хонингование, притирка, полирование и др.), применяемые на машиностроительных заводах.

Однако предварительная обработка изношенных и окончательная обработка деталей имеют свои особенности, которые значительно затрудняют механическую обработку при их восстановлении, по сравнению с обработкой при изготовлении новых деталей.

В данном разделе спроектированы операция наплавки фланца в среде арнога.

2.3.1 Проектирование операций наращивания изношенных поверхностных слоев детали

Для восстановления деталей подвижного состава применяется механизированная наплавка в углекислом газе СО₂. Этим способом восстанавливают детали небольших размеров и диаметров, работающие при ударных и знакопеременных нагрузках. Качественно наплавляются детали, изготовленные из сталей Ст3, Ст4, 30, 40, 40Х, 45 и других марок, а также из серого чугуна.

Основными достоинствами механизированной наплавки являются:

высокое качество наплавленного металла;

высокая производительность труда;

низкий расход наплавочных материалов и электроэнергии;

возможность наплавки деталей сложной формы в любом пространственном положении;

возможность наблюдения за формированием наплавляемого слоя;

высокая стабильность процесса;

улучшение условий труда.

На форму и размеры наплавленных валиков значительное влияние оказывает большое количество факторов. Основные параметры процесса наплавки в углекислом газе целесообразно определять в соответствии с порядком, приведенном на рис.1.

Для механизированной наплавки в СО₂ применяется сварочная проволока (ГОСТ 2246-70) марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, Св-18ХГС, Св-12Х13 и др., наплавочная (ГОСТ 10543-82) - Нп-30ХГСА, Нп-50ХФА и др., а также порошковая.

Для получения наплавленного металла с высокой ударной вязкостью рекомендуется применять проволоку Св-08Г2С, при этом твердость поверхности достигает НВ220 - 250. Для повышения твердости наплавленный слой после механической обработки подвергают цементации и термической обработке. При наплавке сталей 40, 45Х часто используют проволоку Св-18ХГС, которая обеспечивает твердость наплавляемого слоя НВ230 - 280, и Нп-30ХГСА - твердость до НВ245 - 290.

Применение проволоки аустенитного класса позволяет получать наплавленные слои, отличающиеся высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Толщина наплавленного слоя определяется с учетом износа и припуска на последующую механическую обработку по формуле:

д_н = д_из + д₀, (1)

д_н =0,3+1=1,3, мм.

где д_из - износ, мм;

д₀ - припуск на механическую обработку, мм.

При механизированной наплавке в СО₂, тщательном выполнении процесса и удовлетворительном формировании валика припуск на механическую обработку принимается равным 0,6 - 1,2 мм на сторону.

Диаметр электродной проволоки зависит от формы, размера наплавляемых деталей и толщины слоя, который необходимо наплавить (табл.1).

При использовании проволоки марок Св-08ГС, Св-08Г2С диаметром до 1,2 мм наплавленный металл на углеродистых сталях общего назначения имеет высокие механические свойства, такие же, как и при использовании электродов Э50А, Э55, и содержит наибольшее количество пор и шлаковых включений. При использовании проволоки диаметром 1,6 - 3,0 мм несколько снижается ударная вязкость наплавленного металла, это объясняется более высокой интенсивностью металлургических реакций, приводящих к большим количествам и размерам неметаллических включений, более грубой структуре валика, а в ряде случаев - к большому содержанию водорода и азота в наплавленном металле.

Таблица 1

Соотношение между диаметром электрода и диаметром детали при наплавке в СО₂

При наплавке тонкой проволокой удается за один проход получить наплавленный слой толщиной 0,8 - 1,5 мм, толстой - до 1,0 - 2,5 мм. Изменение пространственного положения восстанавливаемой поверхности в процессе наплавки оказывает заметное влияние на режим. Так, при наплавке в потолочном положении устойчивое горение дуги и удовлетворительное формирование наплавленного слоя возможны при использовании электрода диаметром не более 1,6 мм.

Значение тока наплавки рассчитывается по эмпирической формуле:

, (2)

, А

где j - плотность тока, А/мм²;

d_эл - диаметр электрода, мм.

Плотность тока находится в пределах 80 - 200 А/мм². Большие значения плотности тока соответствуют меньшим диаметрам электродов.

Для каждого диаметра электрода существует диапазон рекомендуемых значений тока. Его ориентировочное значение для электродов диаметром 1,6 мм составляет 140 - 300 А, диаметром 2 мм - 200 - 300 А, однако наплавку в СО₂ целесообразно выполнять не на всем этом диапазоне значений тока.

Для каждого диаметра электродной проволоки существует диапазон значений тока (рис.2), в котором обеспечиваются достаточная устойчивость горения дуги, удовлетворительное формирование наплавленного валика и минимальные потери электродного металла на угар и разбрызгивание.

При восстановлении деталей небольших диаметров рекомендуется использовать диапазон малых значений тока, при этом уменьшается прогрев детали и газоэлектрическая горелка не требует дополнительного охлаждения.

Рисунок 2 - Зависимость потерь металла на угар и разбрызгивание от тока наплавки

Обычно наплавку различных деталей производят при напряжении дуги 16 - 34 В. Большие значения напряжения горения дуги соответствуют большему значению тока. Вместе с тем процесс наплавки длинной дугой характеризуется крупнокапельным переносом электродного металла, что приводит к неравномерному формированию валика и недопустимо сильному разбрызгиванию, поэтому наплавку рекомендуется выполнять в режиме с меньшим значением напряжения.

Для выбора режима наплавки целесообразно использовать зависимость, приведенную на рис. 3.

Рисунок 3 - Зависимость напряжения дуги от тока наплавки

Для обеспечения стабильного процесса с допустимыми технологическими характеристиками и небольшим разбрызгиванием наплавку необходимо выполнять при определенных соотношениях между напряжением и током. Экспериментально установлено, что это соотношение желательно выдерживать в пределах 8 - 11.

Область устойчивых режимов, обеспечивающих удовлетворительное формирование валиков, при изменении пространственного положения наплавляемой поверхности сокращается и перемещается в сторону понижения значений тока и напряжения.

Скорость подачи электрода, м/ч, выбирается по справочным материалам или рассчитывается по формуле:

, (3)

, м/ч

где б_р - коэффициент расплавления, г/А•ч;

I_{н -} ток наплавки, А;

с - плотность металла проволоки, г/см³.

Коэффициент расплавления электродной проволоки сплошного сечения при наплавке в углекислом газе

, (4)

, г/А•ч

Шаг наплавки, мм/об,

S = (1,6 - 2,2) d_эл. (5)

S = 1,6*1=1,6, мм

Скорость наплавки, м/ч,

, (6)

, м/ч

где

б_н - коэффициент наплавки, г/А•ч;

F_н - площадь поперечного сечения наплавленного валика, мм²;

с - плотность металла шва, г/см³.

Коэффициент наплавки

, (7)

, г/А•ч

где ш - потеря электродного металла, %.

Стабильному процессу наплавки соответствуют минимальные потери электродного металла на угар и разбрызгивание - 5 - 8 %, а нестабильному - 15 - 20 %.

Площадь поперечного сечения наплавленного валика, мм^2,F_н = д_нSа, (8)

F_н = 1,3*1,6*0.7=1,46, мм²

где а - коэффициент, учитывающий отклонение площади наплавленного валика от площади прямоугольника (а = 0,6 - 0,7).

Частота вращения, об/мин, наплавляемой детали определяется по формуле:

, (9), , об/мин

где D - диаметр наплавляемой поверхности, мм.

Вылет электродной проволоки существенно влияет на устойчивость процесса и качество наплавленного слоя. Соотношения вылета электрода от его диаметра приведены в табл.2.

Таблица 2

Соотношение между вылетом и диаметром электрода

Изменение вылета электрода в процессе наплавки на 1 мм приводит к изменению тока на 8 - 10 А. С увеличением плотности тока вылет электрода необходимо уменьшить.

Изношенные детали наплавляются в СО₂ на постоянном токе обратной полярности. Наилучшие условия для саморегулирования дуги создаются при использовании источников тока с жесткой внешней характеристикой, позволяющей выдержать напряжение на дуге с точностью до 0,5 В, тогда как с круто падающей - 1,5 В. Это сводит к минимуму изменение химического состава наплавленного слоя. Двуокись углерода в зависимости от назначения в соответствии с ГОСТ 8050-85 выпускается трех марок: сварочная, пищевая и техническая. Сварочная двуокись углерода при наплавке может использоваться без ограничений, пищевая - только после ее осушения, а техническая для этих целей не используется. Расход углекислого газа зависит от диаметра электрода и составляет 6 - 25 л/мин.

Для механизированной наплавки в СО₂ обычно применяется оборудование, изготовленное самим ремонтным предприятием.

Установка для наплавки состоит из модернизированного токарного станка, подающего механизма, газоэлектрической горелки и источника питания.

В качестве вращателя используется изношенный токарный станок. Частота вращения шпинделя станка снижается в 20 - 40 раз, для этого между электродвигателем привода и первым валом коробки скоростей устанавливают понижающий редуктор.

Механизм подачи электрода с газоэлектрической горелкой крепится на суппорте станка. Источник питания выбирается по справочной литературе [5].

2.3.2 Проектирование операций механической обработки восстанавливаемой детали

Мощность резания (эффективная), кВт,

,

.

Для нарезания резьбы

2.4 Проектирование оборудования и технологической оснастки

Ремонт резьбовой поверхности фланца производят в разрезной оправке (Рис.4), в которую входят:

1. Втулка

2. Втулка разрезная

3. Клин

4. Гайка М6 ГОСТ 15526-91

5. Шайба М6 ГОСТ 10450-78

Рисунок 4 - Разрезная оправка.

Для операции токарной обработки используют - станок токарно-винторезный 16К20.

Для операции наращивания поверхностей фланца выберем установку для наплавки в среде аргона Mitech TIG 200А (AC/DC).

3. Технико-экономические расчеты

3.1 Нормирование технологических операций