Ремонт методом пластического деформирования

Данный метод применяют для восстановления размеров и формы детали, изготовленной из пластического, но не хрупкого материала, а также для улучшения её механических свойств за счёт наклёпа.

Различают следующие разновидности пластического деформирования: 1) правка; 2) осадка; 3) раздача; 4) вдавливание; 5) обжатие; 6) накатка; 7) раскатка; 8) дробеструйная обработка и др.

Первоначальную форму искривлённой детали восстанавливают правкой, то есть статическим нагружением на прессах, в тисках и др. Нагрузка прикладывается в сторону противоположную деформации в детали. При этом восстанавливаемая деталь может находиться в холодном или нагретом состоянии. В первом случае пластическое деформирование стальной детали сопровождается, во-первых, увеличением предела текучести s_т , во-вторых, снижением ударной вязкости a _к , в-третьих, повышением твёрдости HRC поверхности. Во втором случае происходит потеря свойств термически обработанной детали. Поэтому после пластического деформирования такую деталь следует опять закалить.

Давление p на деталь при выполнении правки выбирают на 10... 15 % больше предела текучести материала s_т. При этом прогиб детали в процессе правки должен быть направлен в сторону противоположную исправляемому дефекту и превысить его в 10... 15 раз.

Следует помнить, что при холодной правке в деталях появляются значительные остаточные напряжения, которые со временем могут приводить к деформации. Поэтому после правки детали часто подвергают отпуску, то есть нагреву до 200... 500° С и выдержке 1... 3 ч. К тому же после правки предел выносливости детали s _r снижается примерно на 20 %.

Детали со значительными деформациями, например, валы с прогибами больше 5 мм на 1 м длины, восстанавливают только с помощью горячей правки, то есть с нагревом до 600... 900° С.

Кроме статической правки на прессах также применяется динамическая правка или “правка наклёпом” путём воздействия ударного инструмента на

поверхности не контактирующие с другими деталями. Например, с помощью воздействия вибромолотка на щёки коленчатого вала исправляют его изгиб.

С помощью осадки увеличивают наружные размеры детали и уменьшают внутренние размеры отверстий. При осадке направление главной деформации d перпендикулярно направлению прикладываемой силы F. Данный метод применяют, например, для восстановления внутреннего диаметра втулки верхней головки шатуна. Причём это делают без выпрессовки втулки из шатуна.

Ориентировочно требуемое давление при осадке можно оценить по формуле

,

где s_т - предел текучести материала восстанавливаемой детали, МПа; D - внутренний диаметр втулки после осадки, то есть требуемый, мм; l - длина втулки, мм.

Зная необходимое давление p и площадь воздействия пуансона пресса A _п на деталь можно определить требуемое усилие F = p A _п.

Для показанной втулки шатуна внутренний диаметр при осадке уменьшается на 0,15... 0,25 мм.

Раздача используется для увеличения наружного диаметра полых деталей, например, поршневых пальцев.

При выполнении этой операции деформация d совпадает с направлением действия сил давления, которые ориентировочно можно оценить по зависимости

,

где D и d - наружный и внутренний диаметры восстанавливаемой детали.

Вдавливание применяют с целью увеличения размеров изношенных элементов деталей путём выдавливания материала из объёмов, которые не контактируют с другими деталями. Этот метод применяют для восстановления коротких шлиц валов, зубьев шестерён, шаровых пальцев и др. путём воздействия (вдавливания) острого пуансона пресса в торец шлицевого вала, шестерни и т.п. Вдавливание можно рассматривать как операцию, объёдиняющую в себе осадку и раздачу, так как сила F, приводящая к деформации детали d направлена под некоторым углом к восстанавливаемой поверхности.

Типичный технологический маршрут восстановления шлицевого вала с помощью вдавливания будет следующим: 1) отпуск детали; 2) вдавливание; 3) обтачивание шеек вала; 4) фрезерование боковых поверхностей шлиц; 5) термообработка; 6) шлифовка.

Обжатие это процесс противоположный раздаче. Часто этим методом восстанавливают втулки путём проталкивания их через матрицу меньшего диаметра.

Накатка используется для восстановления прессовых посадок с помощью нанесения рифления на восстанавливаемую поверхность детали. При этом наружный диаметр увеличивается на 0,2... 0,4 мм. Детали с твёрдостью поверхности HRC < 30 восстанавливают в холодном состоянии. Данный метод применяется для деталей испытывающих давление до 7 МПа.

Для упрочнения поверхностей и уменьшения шероховатости применяют обкатку для наружных поверхностей или раскатку для внутренних. Это делают с помощью роликов или шариков. Данная операция относится к методам пластического деформирования деталей наряду с рассмотренными.

Скорость обработки при раскатке цилиндров устанавливают в диапазоне 50... 150м/мин, а подачу 0,01... 0,5 мм/об. Усилие прижатия роликов или шариков зависит от конструкции обрабатываемой детали и её материала и составляет от 1 Н до 1 кН. Толщина упрочнённого слоя достигает 3 мм, твердость поверхности увеличивается на 20... 30 %, а шероховатость соответствует R_a 0,08.

Как в машиностроении, так и в ремонтном производстве широко применяется дробеструйная обработка деталей. Ей подвергают пружины, рессоры, торсионы, шатуны, зубчатые колёса, сварные швы и пр. Для этого используется либо пневматические дробемёты (p = 0,5... 0,6 МПа), либо вращающиеся барабаны, в которые загружены детали и дробь, которая может быть стальной или чугунной с диаметром 0,5... 1,5 мм. При пневматической обработке скорость дробинок составляет 60... 100 м/с. Время операции 3... 10 мин. Толщина упрочнённого слоя - до 1 мм.

К преимуществам методов пластического деформирования относится:

1) простота техпроцесса и применяемого оборудования, особенно для мелких деталей;

2) нет необходимости в дополнительных материалах, что уменьшает себестоимость работ;

3) высокая производительность и точность некоторых процессов, например, правка наклёпом позволяет достигать точности до 0,02 мм на 1 метр длины выправляемого вала.

Недостатками данных методов являются:

1) сравнительно узкая номенклатура восстанавливаемых деталей (в основном стальных);

2) снижение предела выносливости s _r;

3) высокая энергоёмкость при деформировании в горячем состоянии.