68

Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана

И.Г. Кременский, И.Б. Шачнева

Курс лекций по дисциплине « Технологические процессы реновации давлением и резанием»

Содержание

Введение

Часть 1. Технологические процессы реновации давлением.

1. Теоретические основы разработки процессов восстановления деталей пластическим деформированием……………………………………..

2. Способы восстановления деталей перемещением металла на изношенные поверхности…………………………………………….

3. Восстановление кривизны деталей пластическим деформированием (правка)…………………………………………………………………

4. Восстановление характеристик поверхностного слоя деталей пластическим деформированием ……………………………………..

5. Операции пластического деформирования при изготовлении деталей в ремонтном производстве и их утилизации…………………………….

Часть 2. Технологические процессы реновации резанием

2.1. Основы разработки технологических процессов реновации резанием (с использованием конструктивных элементов, компенсирующих износ)

2.2. Физические основы формирования качества поверхности при восстановлении методами лезвийной и абразивной обработки………………

2.3. Восстановление поверхностей деталей машин методами лезвийной обработки……………………………………………………………

2.4. Восстановление поверхностей деталей машин методами абразивной обработки……………………………………………………………..

2.5. Подготовка изношенных поверхностей деталей методами резания к восстановлению газотермическими методами………….

2.6. Разработка маршрутов восстановления изношенных поверхностей деталей резанием и решения задач по восстановлению поверхностей деталей в узлах машин…………………………………

Список рекомендуемой литературы……………….

Введение.

Говоря «технологические процессы реновации», подразумевают, главным образом, технологию обработки выбракованных вследствие эксплуатации деталей для их вторичного использования либо в качестве ремонтной заготовки для изготовления той же или другой детали, либо в качестве продукта для получения нового материала.

Ремонтной заготовкой называют состояние восстанавливаемой детали после создания на ее поверхностях припусков для последующей механической обработки с целью обеспечения необходимой точности и шероховатости. Ремонтную заготовку получают одним из трех технологических методов. Первый – нанесение на поверхность восстанавливаемой детали покрытия наплавкой, напылением, электрохимическим осаждением. Способы создания ремонтных заготовок путем нанесения покрытий получили наибольшее распространение; при это материал покрытий в большой мере определяет свойства поверхностного слоя, формирование которых связано с термическим воздействием на деталь, химическими и структурными изменениями ее поверхности. Этот метод создания ремонтных заготовок рассматривается в курсе «Технологические процессы реновации сваркой и наплавкой».

Второй – пластическое деформирование; третий предполагает выкраивание припуска из материала самой детали для ее обработки резанием под один из ремонтных размеров. Эти методы, имеющие общие физико-механические основы, рассматриваются в данном курсе. Кроме того, механическая обработки резанием применяется не столько при обработке под ремонтный размер заготовки, сколько, в основном, для ее последующей обработки после пластического перераспределения металла и после нанесения покрытий, а также перед их нанесением. Ремонтная заготовка имеет свои специфические особенности как заготовка для обработки резанием, технология которой поэтому также имеет свои особенности.

Метод восстановления деталей механической обработкой давлением и резанием отличается относительно низкой энерго- и трудоемкостью, позволяет восстанавливать не только размеры, но и прочность, долговечность деталей.

Технологические процессы реновации давлением включают процессы пластического деформирования при восстановлении деталей, используемые в трех направлениях;

- для перемещения металла со свободной поверхности на изношенную;

- для исправления кривизны деталей;

- для придания необходимых свойств восстанавливаемой поверхности.

У всех этих процессов есть свои особенности, отличающие их от традиционных процессов формообразования поковок и деталей.

Самая очевидная особенность пластического деформирования при восстановлении деталей – малая степень деформации. Известно, что свыше 85% деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, станочного оборудования, стационарных двигателей и других машин становятся неработоспособными при износе, не превышающем 0,2…0,3 мм, а изменение кривизны при правке не превышает несколько угловых градусов.

Столь малые деформации позволяют при расчетах записывать условие сохранение объема не в логарифмических, а в относительных деформациях; требования по точности восстанавливаемых деталей и малая величина деформаций влекут за собой необходимость учета упругих деформаций. Учет упругой деформации и ее неравномерности по высоте необходим, например, при восстановлении цилиндрических деталей осадкой, механическим обжимом и раздачей.

Очевидна важность учета упругих деформаций для точности восстанавливаемых деталей при исправлении их кривизны, значения которой часто лежат целиком в области упругих деформаций.

Небольшая величина требуемых для восстановления деформаций дает возможность достичь их только за счет действия термических напряжений. Так при термоупругопластичечском деформировании (ТПД) остаточное формоизменение получают созданием переменного градиента температуры, как вдоль радиуса, так и вдоль оси цилиндрических деталей. Формируя при этом в нагретом металле сжимающие напряжения, которые больше предела текучести, пластически деформируют этот металл до степени, достаточной для восстановления детали.

При восстановлении деталей часто требуется небольшое направленное перемещение метла на изношенное место; такую деформацию целесообразно осуществлять локальным приложением нагрузки, т.е. внедрением в тело детали инструмента с размерами, незначительными по сравнению с ее размерами. Большую долю таких технологий при восстановлении деталей пластическим деформированием можно считать еще одной его особенностью. Внедрение инструмента может вызывать перемещение металла навстречу ему и в сторону; соотношение этих перемещений зависит от расстояния оси инструмента до края детали. Если это расстояние незначительно и преобладает течение металла в сторону, то такой процесс называют восстановлением вдавливанием, которым уменьшают диаметр изношенных отверстий или увеличивают размер по внешнему контуру деталей. Если металл поднимается навстречу вдавливаемому инструменту, образуя рифленую поверхность, то такой процесс называют накерниванием и накаткой, когда эффект локального деформирования при восстановлении деталей проявляется в полной мере.

Локальное внедрение инструмента – индентора в поверхность детали сопровождается не только подъемом металла навстречу инструменту, но и пластической деформацией под ним. Вследствие этого на некоторой глубине создаются сжимающие остаточные напряжения. Это происходит при поверхностном пластическом деформировании (ППД), когда такие единичные нагружения покрывают всю поверхность. В разнообразных технологических процессах ППД сжимающие остаточные напряжения и наклеп существенно улучшают характеристики восстановленной разными методами поверхности детали. А деформации, вызываемые остаточными напряжениями, используют в процессах правки деталей особенно сложной формы, таких как коленчатые валы.

Механическая обработка резанием в технологических процессах восстановления деталей может служить для восстановления детали под ремонтный размер; для окончательной обработки ремонтной заготовки (пластически деформированной или с нанесенным покрытием) и для специальной подготовки поверхности под нанесение различного рода покрытий. При этом методы, приемы и режимы обработки имеют ряд специфических особенностей и чаще всего не могут непосредственно переносится из области изготовления в область восстановления. К этим особенностям можно отнести: отсутствие или износ первичных технологических баз; нестабильность физико-механических свойств (твердости и др.) и припусков на обработку; высокую твердость и низкую пластичность большинства покрытий; очень широкую номенклатуру обрабатываемых деталей при небольшой партионности.

Установочные базы при восстановлении деталей желательно использовать те же, что и при изготовлении, но при их повреждении или уничтожении это условие выполнить нельзя. В качестве новых установочных баз следует использовать поверхности, которые были изготовлены с повышенной точностью и в процессе работы претерпели минимальный износ и деформации. При выборе новых баз надо гарантировать надежное крепление, минимальные деформации детали, требования по соосности и другие, общие для выбора баз при механической обработке.

Припуск, образованный в процессе восстановления, есть слой материала, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов при восстановлении данной поверхности детали. Существующие методы восстановления при постоянных режимах обеспечивают относительно одинаковую толщину покрытия. Так как на восстановление поступают детали с разной степенью износа, то при нанесении на изношенные поверхности одинакового слоя материала припуски на их последующую механическую обработку будут различными.

Из-за специфических условий нанесения и охлаждения покрытия его твердость неравномерна и колеблется в широких пределах (от 30 до 50 HRC при наплавке). Низкая обрабатываемость материала покрытия может привести к очень низкой стойкости резцов (порядка 30 мин) и частым разрушением инструмента. Наиболее распространенный способ механической обработки покрытий (особенно плазменных) – шлифование. В качестве инструмента в большинстве случаев используют алмазные круги, из карбида кремния, реже - из эльбора.

В результате механической обработки в поверхностном слое покрытия возникают пластическая деформация, наклеп, нагрев, внутренние остаточные напряжения, что приводит к снижению прочности сцепления покрытия с основой, изменению открытой пористости покрытия.

При восстановлении деталей износостойкими материалами, последующая обработка лезвийным инструментом затруднена из-за высокой стойкости покрытия, наличия ударных нагрузок в результате значительной микронеровности покрытия и шлаковых включений в слое, что необходимо учитывать при разработке технологий механической обработки резанием.

В предлагаемом читателю курсе лекций дисциплины рассмотрены теоретические основы расчетов параметров технологических процессов восстановления деталей, основные законы пластического деформирования, основы метода расчета деформирующих сил по приближенным уравнениям равновесия и условию пластичности. Рассмотрены операции пластического деформирования при восстановлении деталей перемещением металла на изношенные поверхности: осадка, раздача, обжим, при этом выделено термопластическое деформирование: раздача и обжим. Дан анализ особенностей пластического перемещения металла локальным внедрением инструмента при вдавливании, накатке, деформирующем резанием и приведены примеры этих процессов при восстановлении деталей. Основные виды поверхностного пластического деформирования рассмотрены, главным образом, с точки зрения их использования при восстановлении свойств поверхностного слоя деталей. Во второй части курса, посвященной технологическим процессам реновации резанием, даются основы разработки процессов с использованием конструктивных элементов компенсирующих износ; излагаются содержание технологической, организационной подготовки при выполнении технологических процессов восстановления, особенности этих процессов; основные этапы выбора средств технологического оснащения, последовательность разработки технологического процесса восстановления изношенной поверхности. Рассматриваются физические основы формирования качества поверхности при восстановлении методами лезвийной и абразивной обработки; требования к качеству восстанавливаемых поверхностей, необходимый контроль и виды поверок после восстановления. Даны основные методы и способы восстановления, представлены схемы обработки, приведены необходимые зависимости, последовательность расчетов при выборе параметров процессов восстановления. Даны рекомендации по назначению исходных параметров в зависимости от характеристик заготовки, вида износа, требуемой точности, условий обработки и выбранного метода или способа восстановления. Рассматриваются возможные виды брака и пути их устранения.