При эксплуатации, по вине агрегатов трансмиссии, происходит от 20 до 40 % всех отказов. На долю корпусных деталей (КД) приходится около 16 % отказов. Наибольшая повторяемость дефектов характерна для посадочных отверстий (ПО) под подшипники и стаканы. Выбор способа восстановления ПО КД зависит от многих факторов. Для реализации каждого способа восстановления ПО КД разработаны и внедрены разнообразные конструкции устройств и приспособлений, позволяющих наиболее полноценно реализовать тот или иной способ.
Ключевые слова: корпусная деталь, посадочное отверстие, восстановление, наплавка, осаждение, напыление, способ восстановления, полимерная композиция, гальванические покрытия.
В современных условиях производства эффективность ремонта техники тесно связана с разработкой, внедрением новых и совершенствованием существующих способов восстановления деталей машин, позволяющих повысить производительность технологических процессов восстановления [1].
При эксплуатации, по вине агрегатов трансмиссии, происходит от 20 до 40 % всех отказов. Ресурс отремонтированных узлов и агрегатов в значительной мере зависит от уровня технологии и качества восстановления корпусных деталей. Например, ресурс коробок передач составляет 30–40 % от ресурса новых [1, 2, 3]. Больше всего изнашиваются корпусные детали (КД) и зубчатые колеса.
Во время эксплуатации рабочие поверхности деталей изнашиваются от воздействия ударных и знакопеременных нагрузок, сил трения, разрушающего воздействия окружающей среды, фреттинг — коррозии, а также подвергаются короблению от внутренних напряжений [1, 4]. На долю корпусных деталей приходится около 16 % отказов. Наибольшая повторяемость дефектов характерна для посадочных отверстий (ПО) под подшипники и стаканы. Коэффициенты повторяемости дефектов в виде износа поверхности отверстий под подшипники и стаканы для основных типов тракторов, автомобилей и комбайнов составляет 0,1–0,85. При этом коэффициенты восстановления корпусов в процессе капитального ремонта машин составляют 0,4–0,8 [1].
Ресурс коробок передач (КП), собранных из новых деталей и восстановленных корпусов с нарушениями пространственной геометрии составляет менее половины ресурса новых [1]. Поэтому в процессе восстановления наряду с доведением размеров отверстий до номинальных значений необходимо восстанавливать их пространственное расположение, выдерживая точные размеры.
Величина износа для тракторов Т — 150, МТЗ — 50, МТЗ — 80, ДТ — 75 составляет 0,065–0,33 мм. Износ ПО автомобильных КП меньше, чем тракторных, у автомобилей ЗИЛ — 130 он соответственно составляет 0,026–0,048; 0,15–0,25; 0,10–0,16 мм [1].
Корпусные детали трансмиссий изготавливают преимущественно из серого чугуна. После получения отливок «старение» деталей не производят, поэтому в них присутствуют большие внутренние напряжения. При последующей механической обработке происходит перераспределение напряжений, но, тем не менее, величина остаточных напряжений может быть существенной. Во время эксплуатации происходит снижение остаточных напряжений, что приводит к изменению пространственной геометрии корпусной детали и несоответствию её техническим требованиям.
В соответствии с техническими требованиями, отклонения не должны превышать: межосевых расстояний 0,07–0,105 мм, от соосности отверстий 0,03–0,05 мм, параллельности осей 0,05–0,17 мм на длине до 350 мм, от перпендикулярности отверстий к базовым плоскостям 0,05–0,08 мм на длине 100 мм [1].
Свыше 70 % корпусов КП автомобиля ЗИЛ — 130 имеют перекос и непараллельность осей отверстий, выходящие за допустимые пределы. По причине несоосности требуют восстановления 86 % корпусов трансмиссий, 34 % корпусов КП трактора МТЗ — 50 и 88 % корпусов КП комбайна СК — 5, в то время как по предельным износам посадочных отверстий соответственно 22 и 60 % [1].
Приведенные выше данные показывают необходимость восстановления посадочных отверстий и их расположения в корпусах, поскольку износ, координация и взаимное расположение отверстий корпусных деталей оказывают большое влияние на долговечность отремонтированного агрегата. Послеремонтный ресурс агрегатов трансмиссии, имевших все детали новые, за исключением корпусных, составляет всего лишь 30–40 % от доремонтного ресурса [1–5].
В настоящее время существует достаточно большое количество способов восстановления изношенных ПО КД, основными из которых являются: механические; сварочно-наплавочные; напыление; тепловая деформация; нанесение полимерно-композитных материалов; нанесение гальванопокрытий.
Большое распространение в практике ремонтного производства получил механический способ установки дополнительных деталей — толстостенных и тонкостенных колец. Толстостенные кольца запрессовывают в предварительно расточенные отверстия и растачивают под номинальный размер. Иногда, кольца стопорят винтами, развальцовкой или клеем. Способ достаточно прост, однако предварительная расточка снижает механическую прочность корпусной детали, что приводит к возникновению трещин во время эксплуатации, а иногда и во время запрессовки кольца. Кроме того, он трудоемкий и не универсальный, так как из конструктивных особенностей некоторых деталей он вообще не применим, требует значительного расхода металла.
Вклеивание колец из стальной ленты толщиной 1,0–1,2 мм незначительно снижает прочность детали. Способ также прост, но трудоемок и дорог. И не обеспечивает высокой прочности соединения «кольцо — деталь».
Существует способ восстановления ПО КД установкой стальных свертных втулок на клее с последующим раскатыванием. Для КД, работающих при температуре свыше 353 К, рекомендуется применять теплостойкий клей типа ВС — 10Т. Отверждение клея происходит при температуре 448–458 К в течение 1 ч, что создает определенные неудобства.
Восстанавливать ПО КД можно постановкой ленточных элементов с натягом с помощью клина из ленты, с отбортовкой его боковых сторон или его приклеиванием с последующей механической обработкой. Данный способ обеспечивает технические требования на точность размеров, точность расположения ПО, но достаточно трудоемок.
Способы восстановления ПО КД с применением накатки и электромеханического выдавливания несмотря на очевидную простоту, не находят применения по причине уменьшения площади рабочей поверхности ПО, нарушения структуры и недостаточной долговечности посадки. Повторное восстановление этими способами невозможно [1].
Процессы напыления и пропано-порошковой наплавки обеспечивают высокую производительность, но вместе с этим сопровождаются большим расходом материалов, напыленный слой имеет много пор, плохую сцепляемость с основой [1, 2, 3]. Наплавки другого рода позволяют наносить на изношенные поверхности слой практически любой толщины и химического состава с заданной твердостью и износостойкостью. Однако они сопровождаются высокими температурами, которые приводят к нарушению структуры металла, вызывая его «отбеливание», что создает большие трудности при последующей механической обработке. Наплавленные слои содержат большое количество пор, раковин и трещин. Значительные внутренние напряжения приводят к образованию трещин в перемычках и короблению. Геометрические параметры деталей выходят за пределы, допускаемые техническими условиями, а в отдельных случаях могут приобрести отклонения даже больше, чем имели до восстановления.
Известен метод контактной приварки стальной ленты или порошка на изношенные поверхности ПО КД. Достоинством разработки является исключение значительного нагрева КД. Однако из-за сложности применяемого оборудования и трудности последующей механической обработки применение его ограничено.
Существует тепловой способ восстановления ПО КД [1]. Он основан на свойстве чугуна увеличиваться в объеме при нагревании до определенной температуры. Способ достаточно прост и универсален, но максимально уменьшить диаметр отверстия этим способом можно только на 0,15 мм, при этом ухудшаются механические свойства металла, образуются перенапряжения в сложных сечениях, что приводит к возникновению трещин и короблению.
В последнее время в ремонтном производстве находят применение полимерные покрытия с различными наполнителями и свойствами [1–5]. Для восстановления ПО КД рекомендуют наносить композиции на основе эпоксидной смолы, с отверждением их при нагреве по ступенчатому циклу или в магнитном поле, эластомеры ГЭН — 150 (В), ПС — 40, герметик — 6Ф. Указанные методы просты и экономичны, частично или полностью предотвращают фреттинг-коррозию. Однако выкрашивание покрытий при механической обработке, многослойность, невысокая твердость, низкая теплопроводность, изменение физико-механических свойств покрытий во времени, необходимость проведения термической обработки, невозможность нанесения покрытий толщиной более 0,2 мм из эпоксидной смолы и 0,1 мм из эластомеров ГЭН — 150 (В) и герметика 6Ф ограничивают применение полимерных материалов.
Одним из перспективных способов восстановления ПО КД является нанесение гальванических покрытий [1, 2, 3, 6, 7]. Преимущества гальванопокрытий заключаются в возможности получать путем электроосаждения осадки любой толщины в пределах от нескольких микрометров до 1–2 мм. После нанесения покрытия прочность детали снижается незначительно, структура основного металла не претерпевает изменения, коробление отсутствует, а сами покрытия обладают достаточно высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Основными способами нанесения гальванических покрытий на поверхности посадочных отверстий корпусных деталей являются осаждение в стационарных ваннах; электролитическое натирание (контактный); осаждение с использованием местных ванн в нециркулирующем электролите; осаждение в проточном электролите.
Выбор способа восстановления ПО КД зависит от многих факторов, таких как номенклатура восстанавливаемых деталей, их типоразмер, габаритные размеры и масса, материал корпусной детали и вставок посадочных отверстий, характер нагружения и режимы работы деталей, требования по точности и износостойкости восстановленных ПО КД, температурные ограничения, обеспечение возможности многократного восстановления и так далее.
Основные пути совершенствования способов восстановления ПО КД направлены на повышение производительности, надежности и качества восстановления, снижения трудоемкости работ и всякого рода затрат, расширение номенклатуры деталей, которые возможно восстанавливать тем или иным способом и снижение, вплоть до устранения, брака при восстановлении ПО КД.
Для реализации каждого способа восстановления ПО КД разработаны и внедрены разнообразные конструкции устройств и приспособлений, позволяющих наиболее полноценно реализовать тот или иной способ [8–15]. Эти устройства постоянно совершенствуются и модернизируются, с целью обеспечения наилучших условий и точного выполнения возложенных на них функций.
Литература:
1. Захаров, Ю. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным электролитическим цинкованием: Дис. … канд. техн. наук [Текст] / Ю. А. Захаров. — Пенза, 2001. — 170 с.
2. Голубев, И. Г. Мониторинг технологических процессов восстановления деталей [Текст] / И. Г. Голубев, В. В. Быков, А. Н. Батищев, В. В. Серебровский, И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Технический сервис в лесном комплексе / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 2000.– С.31.
3. Зубарев, П. А. Производственный процесс получения защитных полиуретановых покрытий [Текст] / П. А. Зубарев, А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 5. — С. 57–59.
4. Лахно, А. В. Восстановление деталей машин из полимерных материалов [Текст] / А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 8. — С. 196–199.
5. Спицын, И. А. Восстановление посадочных отверстий корпусных деталей проточным цинкованием [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. — Пенза: ПГСХА, 1999. — С. 33–35.
6. Голубев, И. Г. Анализ технологических процессов восстановления деталей гальваническими покрытиями [Текст] / И. Г. Голубев, В. В. Быков, А. Н. Батищев, В. В. Серебровский, И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Состояние и перспектива восстановления, упрочнения и изготовления деталей / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 1999 — С. 127–128.
7. Спицын, И. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей цинкованием [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Технический сервис в лесном комплексе / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 2000. — С.75.
8. Спицын, И. А. Устройство для электролитического нанесения покрытий проточно-контактным способом с активацией восстанавливаемой поверхности [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Совершенствование технологии и технических средств механизации сельского хозяйства / Сб. материалов. науч.-практ. конф — Пенза: ПГСХА, 2001. — С.58.
9. Спицын, И. А. Устройство для нанесения электрохимических покрытий и его исследование [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров, И. А. Гвоздев // Материалы 45-ой научно-технической конференции студентов инженерного факультета. — Пенза, 2001.-С.16–17.
10. Спицын, И. А. Электролитическое нанесение покрытий проточно-контактным способом [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2002 — № 5. — С.30–31.
11. Захаров, Ю. А. Устройство для гальваномеханического восстановления валов [Текст] / Ю. А. Захаров, А. И. Воронцов // Материалы 48-ой научно-технической конференции молодых ученых и студентов инженерного факультета. — Пенза, 2003.- С.43.
12. Захаров, Ю. А. Устройство для нанесения электрохимических покрытий на шейки коленчатого вала [Текст] / Ю. А. Захаров, Д. А. Лебедев // Современные аспекты развития АПК: сборник материалов 51-ой научной конференции студентов инженерного факультета пензенской государственной сельскохозяйственной академии. — Пенза: РИО ПГСХА, 2006. — С. 74–77.
13. Захаров, Ю. А. Совершенствование устройств для нанесения гальванопокрытий [Текст] / Ю. А. Захаров // Образование, наука, медицина: эколого-экономический аспект: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти профессора А. Ф. Блинохватова. — Пенза: РИО ПГСХА, 2008. — С. 172–173
14. Пат. 2155827 РФ, МПК: 7C 25D 5/06 A. Устройство для электролитического нанесения покрытий / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров (РФ). — № 99115796/02, Заявлено 16.07.1999; Опубл. 10.09.2000.
15. Пат. на полезную модель 2503753 РФ, МПК: C25D19/00. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын (РФ). — № 2012149639/02, Заявлено 21.11.2012; Опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1.
