Ема 12. Відновлення деталей способом пластичного деформування (тиском). Суть процесу. Класифікація видів.

1. СУТЬ ПРОЦЕСУ ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ ТИСКОМ

Усунення дефектів при відновленні деталей автомобіля способом тиску засноване на використовуванні пластичних властивостей металу, з якого вони виготовлені.

Під пластичністю металів розуміють їх здатність при оприділенних умовах під дією навантажень змінювати форму і розміри без руйнування.

Пластичну деформацію деталей виробляють як в холодному, так і в гарячому стані в спеціальних пристосуваннях на пресах.

При обробці деталей в холодному стані пластична деформація відбувається за рахунок зрушення окремих частин кристалів щодо один одного по площинах ковзання.

При зрушенні кристалів відбуваються спотворення кристалічних грат і образування на площинах ковзання дрібних осколків кристалів, які створюють шорсткість, перешкоджаючу подальшому переміщенню кристалів.

Таким чином, пластична деформація металу в холодному стані зміцнює метал. Це явище зміцнення металу при деформації в холодному стані одержало назву наклепа.

В результаті наклепа підвищуються межа міцності і твердість металу, а його пластичні властивості знижуються.

Пластична деформація деталей в холодному стані вимагає додатку великих зусиль, тому при відновленні деталей дуже часто їх нагрівають.

Температура нагріву деталей повинна бути мінімальною, але не нижче тій, при якій підвищуються пластичні властивості металу. Дуже висока температура нагріву може привести до виникнення окалини і зневуглецювання поверхневих шарів металу, що знижує зносостійкість і втомну міцність деталей.

Після обробки деталей пластичною деформацією в гарячому стані їх необхідно піддавати повторній термічній обробці.

2. ВІДНОВЛЕННЯ РОЗМІРІВ ЗНОШЕНИХ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ

Зміна розмірів зношених поверхонь деталей при відновленні їх способом тиску досягається за рахунок переміщення металу з неробочих елементів деталей на зношені.

Процес відновлення деталей способом тиску складається з підготовки деталі, деформації і обробки після деформації. Підготовка деталей до деформації включає відпал або високу відпустку оброблюваних поверхонь перед холодною деформацією або нагріваючи їх перед гарячою деформацією.

Сталеві деталі з твердістю не більш НRС 25.. .30, а також деталі з кольорових металів піддаються деформації в холодному стані без попередньої термообробки.

У всій решті випадків виробляється термообробка деталей перед холодною деформацією або нагріваючи перед гарячою деформацією.

Обробка деталей після деформації зводиться до механічної обробки відновлених поверхонь до необхідних розмірів. При необхідності застосовують також термічну обробку.

Пластичну деформацію деталей з метою відновлення зношених поверхонь виробляють за допомогою наступних видів обробки:

• опади,
• роздачі,
• обжимання,
• витяжки і накатки

(мал. 1).

Мал..1. Принципові схеми відновлення деталей тиском:

а — осідання; б — роздача; в— обжимання; г - витяжка; д — накатка;

Р —зусилля; б - деформація

Осідання застосовують для зменшення внутрішнього і збільшення зовнішнього діаметру порожнистих деталей, а також збільшення зовнішнього діаметру суцільних деталей за рахунок зменшення їх довжини (див. мал..1, а). Осідання втулок з кольорових металів виробляють в спеціальних пристосуваннях (мал. 2) в холодному стані.

Мал. 2. Пристосування для осідання втулок:

1—пуансон; 2 — оправка; 3 — деталь; 4 -- втулка

Для збереження у втулках отворів і прорізів в них встановлюють вставки, що копіюють форму і розміри цих елементів деталей. Якщо передбачена механічна обробка внутрішньої поверхні втулки після осідання, то розмір облямовування, що обмежує деформацію втулки по внутрішньому діаметру, приймають на 0,2 мм менше, ніж діаметр остаточно обробленого отвору.

Зменшення висоти втулок, що сприймають великі навантаження, допускається не більше ніж на 5... 8%, а для втулок менш навантажених — на 10... 15%. Для осідання втулок застосовують гідравлічні преси.

Осіданням відновлюють також сталеві деталі:

• шийки валів, розташовані на кінцях деталей,
• штовхачі клапанів

(мал. 3) і ін.

Мал. 3. Схема пристосування для осадки штовхачів клапанів 1— пуансон; 2 - матриця; 3 - відновлюєма деталь

Деформацію деталей при цьому виробляють в спеціальних штампах при нагріві до температури кування.

Роздачею відновлюють зовнішні розміри порожнистих деталей за рахунок збільшення їх внутрішніх розмірів (див. мал.1,).

Роздачею відновлюють поршневі пальці, посадочні поверхні під підшипники чашок диференціала, зовнішні циліндрові поверхні труб напівосей і ін.

Роздачу деталей роблять сферичними прошивками в холодному

стані. Якщо деталь піддавалася гарту або цементації, то їх перед роздачею піддають відпалу або високій відпустці, а після роздачі відновлюють первинну термічну обробку.

Обжиманнязастосовують для зменшення внутрішнього діаметру порожнистих деталей за рахунок зменшення їх зовнішнього діаметру Цим способом можна відновлювати втулки з кольорових металів, отвори в проушинах рульових сошок, важелях поворотних цапф і т.п.

При відновленні конусного отвору в проушине рульової сошки її нагрівають до температури 900... 950 °З і виробляють обжимання в гарячому стані, використовуючи спеціальне пристосування (мал..4).

Мал..4, Пристосування для обжимання конусного отвору рульової сошки:

1 — верхнє обжимання; 2 — відновлювана деталь; 3 — нижнє обжимання

При обжиманні з нагрівом метал деталі змінює свою структуру, тому після деформації її піддають повторній термічній обробці.

Механічна обробка отвору виробляється конусною розгорткою до необхідного розміру.

Після відновлення обжиманням деталі повинні бути перевірені на відсутність тріщин.

Витяжка застосовується для збільшення довжини деталей за рахунок місцевого обжимання . Цим способом відновлюють довжину всілякої тяги, штовхачів і інших деталей. Деформацію виробляють найчастіше в холодному стані.

Накатка застосовується при компенсації зносу зовнішніх циліндрових поверхонь деталей за рахунок видавлювання металу з відновлюваної поверхні .

При накатці деталі її встановлюють в патроні або центрах токарного верстата, а оправка з накатувальним роликом або кулькою — на супорті верстата замість різця.

Накаткою відновлюють поворотні цапфи, вали коробок передач і інші деталі.

В процесі накатки необхідно одержати відновлену поверхню з високою несучою здатністю без порушення структури металу при мінімальному зменшенні розмірів опорної поверхні.

Висота підйому металу на сторону не повинна перевищувати 0,2 мм, а зменшення опорної поверхні — 50%.

Накаткою можна відновлювати деталі з твердістю не більш НRС 25.. .30. Якщо твердість вища, то деталь піддають відпустці. Накатку виробляють роликом з кроком зубів 1,5. ..1,8 мм. Режим накатки для деталей із сталі 40Х з твердістю НВ 270.. .300 рекомендується наступний: швидкість обертання деталі 15 м/міни, подовжня подача 0,6 мм/об, поперечна подача 0,1 мм/об, охолоджування машинним маслом.

Накатку слід застосовувати при відновленні поверхонь деталей, що сприймають питоме навантаження не більш 7 МПа.

Оцінюючи пластичну деформацію як спосіб відновлення розмірів зношених поверхонь деталей, можна відзначити наступні його переваги: простоту технологічного процесу і вживаного устаткування, особливо при виконанні деформації деталей в холодному стані; високу економічну ефективність процесу, оскільки відсутні додаткові витрати матеріалів, а трудомісткість робіт невелика.

До недоліків цього способу слід віднести обмеженість номенклатури відновлюваних деталей і неможливість повторного відновлення деталей, а також деяке зниження механічної міцності деталей.

3. ВІДНОВЛЕННЯ ФОРМИ ДЕТАЛЕЙ

В процесі експлуатації багато деталей автомобілів втрачають свою первинну форму унаслідок деформацій вигину і скручування.

Цей дефект деталей усувається правкою.

Правці піддають балки передніх мостів, деталі рами, колінчасті і розподільні вали, шатуни і багато інших деталей.

На авторемонтному виробництві застосовують два способи правки: статичним навантаженням (під пресом) і наклепом. Переважна більшість деталей править під пресом в холодному стані.

Для того, щоб при правці одержати необхідну залишкову деформацію деталі, її перегинають в напрямі, зворотному первинному прогинанню, на величину, в 10. ..15 раз більшу.

При холодній правці в деталях виникають внутрішні напруги, які в процесі подальшої роботи деталей можуть складатися з напругами, що виникають під дією робочих навантажень. В результаті цього можуть з'явитися вторинні деформації.

Для підвищення стабільності правки і збільшення несучої здатності деталей їх піддають після правки термічній обробці.

На мал. 5 показано вплив температури нагріву деталей із сталі 45 при витримці протягом 1 року на відновлення несучої здатності їх після правки.

Мал.5 Вплив температури нагріву деталей після правки на відновлення їх насучої спроможності.

Як видно з малюнка, при нагріві деталі до 400. ..500 °З її несуча здатність відновлюється до 90%. Такому нагріву можна піддавати лише деталі, термообробка яких при виготовленні була не нижчою 450.. .500 °С, наприклад шатуни, балки передніх мостів і ін.

Стабілізація правки деталей, що піддаються гарту струмами високої частоти (колінчасті вали, розподільні вали і Ін.), повинна вироблятися при температурі не вище 180.. .200 °С.

Така стабілізація відновлює несучу здатність деталей тільки на 60. ..70%.

Правка під пресом знижує втомну міцність деталей на 15. . 20%.

Правка наклепом не має недоліків, властивих правці деталей статичним навантаженням. Правку наклепом виробляють пневматичним молотком із закруглюючим жвавому для нанесення ударів по неробочих поверхнях деталі. Так, наприклад, правку колінчастих валів виробляють наклепом щок (мал.6).

Мал. 6 Схема правки наклепом колінчастого валу

Перевагами правки наклепом є:

• стабільність правки в часі;
• висока точність (до 0,02 мм);
• висока продуктивність;
• відсутність зниження втомної міцності.

4. ВІДНОВЛЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛУ ДЕТАЛЕЙ

Багато деталей автомобілів при їх відновленні різними методами компенсації зносу втрачають свою первинну втомну міцність і зносостійкість. Відновити ці втрачені властивості можна шляхом поверхневої пластичної деформації металу (наклепа)

Мал.7. Кулькова накатка для зміцнення зовнішніх циліндрових поверхонь:

1 — кулька; 2 — сепаратор; 3 — корпус; 4 — державка; .5 —- підшипник; 6 — вісь

Наклеп підвищує твердість поверхневого шару металу і створює в ньому сприятливі залишкові напруги. Завдяки такій обробці підвищуються втомна міцність деталей і зносостійкість.

До числа найпоширеніших способів зміцнення деталей поверхневою пластичною деформацією відносяться:

• обкатка робочих поверхонь деталей роликами і кульками,
• чеканка,
• алмазне вигладжування,
• дробеструйна обробка і ін.

Обкатка роликами і кульками застосовується для зміцнення зовнішніх і внутрішніх поверхонь деталей. Обкачування зовнішніх поверхонь виробляється на токарних верстатах за допомогою спеціального інструменту — накатки (мал. 7, який встановлюється на супорті верстата і прижимається до деталі за рахунок поперечної подачі.

При такій обробці досягаються необхідна точність розмірів деталей, висока якість обробки з шорсткістю не нижча Ra = 0,16. ..0.32 мкм і підвищується на 20.. .30% втомна міцність.

До числа вельми ефективних методів зміцнення деталей поверхневою пластичною деформацією відноситься алмазне вигладжування.

Суть процесу алмазного вигладжування полягає в обробці поверхневого шару деталі інструментом, робочою частиною якого є сферична поверхня алмазного кристала з радіусом закруглює 1...3 мм.

Алмаз встановлюється в наконечнику, який входить в пружинне облямовування, закріплене в резцедержателе супорта токарного верстата.

Режим обробки алмазним вигладжуванням рекомендується наступний: подача 0,02.. .0,06 мм/об, швидкість вигладжування 40... 100 м/хв, зусилля притиску алмазного наконечника до деталі 150.. .300 Н.

Обробка проводиться за один прохід. Алмазне вигладжування дозволяє одержати шорсткість поверхні не нижче Ra-—0,04...0,8 мкм, підвищити твердість на 25. ..30%, зносостійкість на 40. .60% і втомну міцність

на 30. ..60%.

При відновленні пружин, ресор, торсіонних валів з метою підвищення їх втомної міцності застосовують дробеструйну обробку механічними або пневматичними дробеметами.