Восстановление пром вала автомобиля ЗИЛ - 130

   Полимеры - это высокомолекулярные органические соединения искусственного или естественного происхождения.

   Пластмассы - композиционные материалы, изготовленные на основе полимеров, способные при заданных температуре и давлении принимать определенную форму, которая сохраняется в условиях эксплуатации. Кроме полимера, являющегося связующим веществом, в состав пластмассы входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители, красители и другие добавки. Содержание наполнителей (металлический порошок, цемент, графит, 
ткань и др.) может достигать 70%. 

   Полимеры  делят на две группы:

   термопластичные (термопласты) - полиэтилен, полиамиды  и 
другие материалы - при нагревании способны размягчаться и подвергаться многократной переработке;

   термореактивные (реактопласты) - эпоксидные композиции, 
текстолит и другие материалы - при нагревании вначале размягчаются, а затем в результате химических реакций затвердевают и 
необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

   Пластмассы  применяют для восстановления размеров деталей, 
заделки трещин и пробоин, герметизации и стабилизации неподвижных соединений, изготовления некоторых деталей и пр.

   Пластмассы  наносят намазыванием, газопламенным  напылением, вихревым, вибрационным способами, литьем под давлением, прессованием и др.

   Для обеспечения надежной адгезии полимера с деталью ее поверхность должна быть тщательно подготовлена, для чего производятся очистка от грязи, механическая обработка или зачистка поверхности шлифовальной шкуркой, тщательное обезжиривание (в щелочных растворах, ацетоном, бензином и др.) с последующей сушкой.

   Для увеличения сцепляемости полимера с  поверхностью детали у последней  сверлят отверстия, нарезают канавки, резьбу, проводят струйную обработку  и т. д. 
 
 
 
 
 

   5. Выбор способа восстановления

   1 Анализ  ремонтного чертежа детали 
Представленная деталь,  представляет собой вал, предназначенный для передачи крутящего момента от ступицы зубчатого колеса на внешнюю нагрузку, и сделан из материала сталь 25 ХГМ 
Этот вал нуждается  в ремонте  дефекта: ремонт шпоночного паза по ширине.

   2 Выбора  рационального способа ремонта 
Выбор способа восстановления детали следует осуществлять поэтапно, применяя последовательно технологический, технический и технико-экономический критерий. 
     Основной дефект: износ шпоночного паза по ширине. 
1. Ручная наплавка покрытыми электродами. 
Процесс дуговой наплавки основан на применении дуговой сварки плавящимся электродом. Общие потери при наплавке покрытыми электродами с учетом потерь на угар, разбрызгивание и огарки составляют до 30%. 
2. Механизированная дуговая наплавка под слоем флюса. 
Процесс широко применяется для восстановления плоских и цилиндрических деталей, а также шлицев и шпоночных пазов. Для восстановления деталей сельскохозяйственной техники обычно применяют проволоку диаметром 1.2…3.0 мм. Свойства направляемого слоя сильно зависят от марки флюса. 
3. Наплавка в среде защитных газов. 
Отличается от наплавки под флюсом тем, что в качестве защитной среды используются инертные газы или углекислый газ. Наплавку ведут короткой дугой, на постоянном токе обратной полярности, с использованием источников питания с жесткой внешней характеристикой.

   4. Наплавка  в среде водяного пара. 
Водяной пар позволяет применять проволоку различного состава, в том числе не содержащую раскисляющих элементов. Это дает возможность восстанавливать детали сельскохозяйственных машин широкой номенклатуры. 
5. Вибродуговая наплавка. 
Суть наплавки в том, что электрод вибрирует вдоль оси, вызывая короткие замыкания в сварочной цепи и короткие периоды действия дуги. Вследствие вибрации электродной проволоки происходит чередование: «дуговой разряд – короткое замыкание – холостой ход». Такой способ дает возможность получить слой толщиной от десятых долей миллиметра до 3 мм за один проход. 
6. Наплавка порошковыми проволоками. 
Эту наплавку выполняют на постоянном токе обратной полярности. Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от диаметра восстанавливаемой детали и требуемой толщины наплавляемого слоя. Шаг наплавки должен быть таким, чтобы перекрытие каждого слоя последующим было 30…50% т.е. 3…12 мм. 
Наплавку тел сложной формы следует проводить самозащитной порошковой проволокой на специализированных станках. 
7. Газовая сварка и наплавка. 
Наплавка проводится при нагреве и расплавлении наплавляемого металла с помощью высокотемпературного пламени. Процесс проводится, как правило, ацетилено-кислородным  нейтральным пламенем.

   После перечисления основных способов восстановления детали, необходимо выбрать основной способ.

   Технологический критерий. Он оценивает каждый способ и определяет принципиальную возможность применимости того или иного способа восстановления. 
Отобранные по этому критерию способы восстановления должны удовлетворять двум условиям: 
1. по своим технологическим особенностям они должны быть приемлемы к данной детали; 
2. устранять имеющиеся дефекты.

Технический критерий 
Он оценивает каждый способ (выбранный по технологическому критерию) устранения дефектов детали с точки зрения восстановления. 
Для каждого выбранного способа дают комплексную оценку по значению коэффициента долговечности. Рациональным по этому критерию будет способ, ручная наплавка покрытыми электродами. 
Выбрав один из способов окончательное решение, по способу восстановления, принимают по технико-экономическому критерию. 
Технико-экономический критерий связывает себестоимость восстановления детали с ее долговечностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        6. Восстановление детали газотермическим напылением

  Повышение надежности современной техники, снижение себестоимости ее обслуживания, обеспечение конкурентоспособности, продление ресурса эксплуатации, а также ее реновация путем применения современных технологий для восстановления работоспособности узлов до уровня новых изделий - наиболее приоритетные направления развития техники.

  Применение  технологий нанесения защитных покрытий, среди которых газотермические процессы занимают значительное место, является одним из кардинальных путей решения данного вопроса. С использованием существующих в настоящее время оборудования, материалов и технологий газотермического напыления стало возможным значительно снизить или исключить влияние на изнашивание деталей таких факторов, как эрозия, коррозия (в том числе высокотемпературная), кавитация и др. Защитные покрытия могут быть также предназначены, например, для создания термобарьерного слоя, обеспечения электроизоляционных свойств, поглощения излучения продуктов радиоактивного распада, обеспечения определенных оптических свойств, реализации селективного смачивания, создания биологически активных поверхностных свойств для различных искусственных органов и многого другого.

  В промышленно развитых странах с  целью решения экологических  проблем освоение техники газотермического напыления происходит путем вытеснения гальванических "грязных" технологий. Ситуация в России, сложившаяся в 80-90 гг. и приведшая к распаду промышленности, в настоящее время дает возможность не реанимировать устаревшие технологии, а адаптируясь к новым условиям, вместо гальванических методов использовать новейшие технологии термического напыления.

  Метод газотермического напыления характеризуется широтой технологических возможностей:

  •    защитные покрытия можно наносить на объекты любых размеров: мосты, суда, трубопроводы, строительные конструкции, котлы, коленчатые валы, лопатки турбин и др.;

  •    толщина покрытия может составлять от 0,01 до 10 и более мм; покрытия могут иметь заданную пористость (от 0 до 30 и более процентов);

  •    защитные покрытия могут быть изготовлены  из любых материалов, имеющих точку плавления или интервал размягчения;

  •    в качестве подложки можно использовать дерево, стекло, пластмассы, керамику, композиционные материалы, металлы;

  •    нанесение защитных покрытий может  производиться в широком диапазоне  состава покрытия, температуры и  давления - в низком вакууме в  специальной камере с контролируемой инертной атмосферой, в воздухе при нормальных условиях, под водой;

  •    нанесение металлических и керамических покрытий не вызывает значительного нагрева напыляемой поверхности, следовательно, обеспечивается сохранение геометрических размеров деталей.

  Газотермические покрытия применяют при ремонте оборудования и упрочнении рабочих поверхностей новых деталей. В зависимости от назначения покрытия и условий его работы меняются требования к точности соблюдения основных параметров покрытия - его состава, толщины, плотности и прочности сцепления с подложкой.

  Основные  технологические процессы, которые  сегодня используются в мировой практике, - это высокоскоростное напыление, плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, гелий, воздух; детонационное и газопламенное напыление, а также электродуговая металлизация и наплавка. По косвенной оценке (число продаваемого оборудования для газотермического нанесения покрытий), насыщенность европейской промышленности выше насыщенности российских предприятий примерно в 350-400 раз. За рубежом 75% запорной арматуры (шаровые краны большого диаметра) производится с покрытием из карбида вольфрама на связке кобальт-хром, а остальная часть - с гальваническим нанесением хрома или никеля. У нас же 100% шаровых кранов такого же типоразмера имеют гальванические покрытия. Такое состояние дел можно объяснить большим количеством отрицательных результатов, полученных при использовании покрытий в прежние годы. Анализ опыта внедрения техники и технологии газотермических покрытий в производство в прежние годы показывает, что получение отрицательных результатов можно объяснить низким качеством и несовершенством технологического оборудования и средств контроля процессов нанесения покрытий, отсутствием подхода, определяющего обоснованность выбранной технологической схемы, и критериев, позволяющих оценить применимость методов напыления для решения той или иной задачи. В настоящее время отечественные предприятия, борющиеся за свое место на рынке, все чаще начинают внедрять современные методы газотермического нанесения покрытий для повышения качества выпускаемой продукции.

  По  своему назначению покрытия делятся  на следующие:

  •    защитные покрытия, обеспечивающие более  длительную работу деталей в рабочих  условиях;

  •    технологические покрытия, обеспечивающие защиту поверхности деталей при  технологическом переделе;

  •    конструкционные покрытия, с помощью  которых восстанавливаются размер и форма детали, придаются новые  свойства ее поверхности или когда  покрытие выполняет роль конструкционных материалов.

  Износостойкие покрытия

  Изнашивание металлов - процесс разрушения поверхностных слоев трущихся тел - характеризуется разнообразием условий их нагружения. В зависимости от этих условий следует выбирать те материалы, которые имеют большее сопротивление изнашиванию. В качестве износостойких в условиях пленочной жидкой смазки применяют антифрикционные материалы (баббиты, бронзы). При сухом трении до 500оС - сочетание твердых материалов и мягкой связки (карбид вольфрама - кобальт или никель). При повышенных температурах (до 900оС) - карбид хрома - нихром. При высоких температурах - материалы, дающие устойчивые оксиды: алюминид никеля, нихром, или покрытия, содержащие твердые смазки ( графит, дисульфид молибдена, нитрид бора). При возможности абразивного изнашивания применяют твердые наплавочные материалы - самофлюсующиеся покрытия, содержащие бориды, карбиды. Газотермические покрытия пористостью 5-15% при жидкостном трении обладают более высокой износостойкостью, чем новая деталь. Так, у нового стального вала двигателя внутреннего сгорания после прекращения подачи обычной моторной смазки через 2,5…3 ч происходит разрушение масляной пленки и заедание в баббитовом подшипнике, что приводит к резкому увеличению коэффициента трения и разрушению подшипника. Заедание вала с напыленным стальным покрытием происходит через 22,5 ч после прекращения подачи смазки при постепенном повышении коэффициента трения. Если в качестве смазочного материала использовали графитизированное масло, то заедания вала с напыленным покрытием не наблюдалось после 190 ч с момента прекращения подачи смазки.

  Жаростойкие покрытия

  Жаростойкие покрытия образуют плотную оксидную пленку, которая защищает покрытие и подложку от окисления. Оксиды алюминия, хрома, кремния имеют плотное строение и высокую прочность сцепления. Жаростойкими являются

  сплавы  в системах Ni-Al, Ni-Cr, Ni-Cr-Al, Ni-Co-Cr-Al-X, MoSi2 и др.

  Теплозащитные покрытия (ТЗП) должны иметь низкое значение коэффициента теплопроводности l и высокую температуру плавления.Наиболее подходящим материалом для ТЗП является оксид циркония ТЗП лопаток турбины ГТД должно иметь l менее 2,5 Вт/(м•К). ГТП из ZrO2 имеет пористость 15±5%, при которой l < 0,8 Вт/(м•К).