Организация технологического процесса восстановления вторичного вала КПП КамАЗ-5320

1 Технико–экономическое обоснование

1.1 Характеристика и условия работы детали

К круглым стержням относятся де­тали, которые характеризуются ци­линдрической формой при длине, зна­чительно превышающей диаметр детали. К круглым стержням относят­ся поршневые пальцы, оси привода сцепления, валики водяного насоса, шкворни, оси блока шестерен заднего хода, толкатели, валы коробок пере­дач, карданные валы и крестовины карданов, валы и полуоси задних мос­тов, поворотные цапфы, валы рулевого управления, впускные и выпускные клапаны, коленчатые и распредели­тельные валы и др. Для их изготовле­ния применяют конструкционные среднеуглеродистые и легированные стали, высокопрочный чугун. Рабочие поверхности в большинстве случаев подвергают закалке токами высокой частоты или цементации (цианирова­нию) с последующей закалкой и низко­температурным отпуском.

Круглые стержни очень разнооб­разны по форме и размерам, однако по технологическим признакам их разде­ляют на прямые круглые стержни, т. е. гладкие, и стержни с фасонной повер­хностью, или ступенчатые. Наиболее простую геометрическую форму име­ют прямые круглые стержни. Стержни с фасонной поверхностью имеют более сложную форму. Они могут быть со шлицами на одной или нескольких ступенях стержня, с резьбой, с флан­цем на конце стержня, с канавками для выхода шлифовального круга или без канавок, но с закруглениями неболь­шого радиуса в местах перехода от од­ной ступени к другой (галтелью). Резь­бы, лыски, кольцевые канавки, галтели, пазы под шпонки, отверстия на цилиндрических поверхностях стержней являются концентраторами напряжений.

Некоторые детали данного класса имеют присущие только их поверхно­стям признаки. Ведущий вал коробки передач выполнен заодно с шестерней; его передней опорой является шариковый подшипник, расположенный в расточке коленчатого вала. Полость подшипника заполнена смазкой 158 и уплотнена манжетой. На задний конец вала с упором в торец шестерни посажены шарико­подшипник и маслонагнетаюшее кольцо, которое от проворачивания на валу застопорено шариком. Подшипник шариковый и кольцо маслонагнетающее стянуты кольцевой гайкой, которая застопорена раскерниванием пояска в пазы вала.

Маслонагнетаюшее кольцо на наружной поверхности имеет правую, трехзаходную винтовую нарезку, кото­рая закачивает масло в полость нагнетания.

Осевой ход ведущего вала регулируется набором стальных прокладок толщиной 0,2 и 0,3 мм, устанавливаемых между торцом крышки ведущего вала и наружной обоймой подшипника.

В зависимости от отношения длины l к диаметру d различают жесткие и нежесткие стержни. Жесткие стержни имеют отношение длины к диаметру в средней части не более 12, т. е. l / d ≤ 12. Нежесткие стержни имеют отношение l / d > 12.

При механической обработке круг­лых стержней установочными базами в основном служат центровые отвер­стия и реже наружные цилиндрические поверхности.

Ведущий вал коробки передач на участках глад­кой поверхностью работает в услови­ях трения в сопровождении знакопере­менных нагрузок и механических деформаций. Разрушительными фак­торами, снижающими прочность этих деталей, являются трение, изгиб, зна­копеременные нагрузки, скручивание и срез. На участках с фасон­ной поверхностью работает в услови­ях контактных нагрузок в сопровожде­нии изгибающих усилий. Разрушительными факторами явля­ются контактные нагрузки, изгиб и трение.

1.2 Выбор варианта технологического маршрута и его технико-экономическое обоснование

1.2.1 Краткий обзор дефектов, возникающих при работе первичного вала

Первичные валы при поступлении в капитальный ремонт могут иметь следующие дефекты:

– сколы зубьев;

– износ шейки под шестерню постоянного зацепления;

– износ шейки под подшипник в картере сцепления;

– износ шлицов по толщине;

– износ шейки по подшипник коленчатого вала;

– износ отверстия под подшипник вторичного вала;

– износ резьбы под кольцевую гайку.

1.3.2 Обзор существующих методов восстановления работоспособности первичного вала

Ремонтное производство в настоящее время располагает достаточным количеством способов, чтобы восстановить практически любую изношенную и поврежденную деталь.

При ремонте машин обязательно восстанавливают посадки (зазоры и натяги) в сопряжениях. Это осуществляют путем изменения или восстановления номинальных размеров деталей. В первом случае требуемый зазор или натяг в сопряжении обеспечивается регулировкой, обработкой деталей под ремонтный размер, установкой дополнительных деталей (компенсаторов). Во втором - сваркой и наплавкой, осаждением электролитических и химических (хромовых, стальных, никель-фосфорных, железоникелевых и других) покрытий, пластическим перераспределением металла с нерабочих поверхностей на рабочие, металлизацией, полимерными и клеевыми композициями, электрофизическими методами.

а) Рассмотрим способы, пригодные для восстановления поверхности первичного вала.

1) Наплавка под слоем флюса.

В общем объеме работ по восстановлению деталей на ремонтных предприятиях наплавка под слоем флюса составляет 32 %.

При такой наплавке в зону горения дуги (рисунок 1.1) подают сыпучий флюс, состоящий из мелких крупиц зерен.

Под воздействием высокой температуры часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку, которая надежно защищает расплавленный метал от действия кислорода и азота.

Автоматическая наплавка эффективна в трех случаях, когда необходимо наплавить слой толщиной более 3 мм, глубокое проплавление нежелательно, т.к. оно увеличивает деформацию детали.

Главным фактором, влияющим на глубину проплавления, является сила тока.

1 - наплавляемая деталь; 2 - эластичная оболочка; 3 - бункер с флюсом;      4 - мундштук; 5 - электрод; 6 - электрическая дуга; 7 - шлаковая корка.

Рисунок 1.1 - Схема автоматической наплавки

Влияние на глубину проплавления оказывает относительное размещение электрода и детали. В практике применяют наплавку углом вперед, при которой глубина проплавления меньше, чем при наплавке углом назад. Глубина проплавления также уменьшается с увеличением вылета электрода.

Качество наплавленного металла и его износостойкость зависят от марки электродной проволоки, флюса и режима наплавки. Сварочные наплавочные проволоки, применяемые при восстановлении коленчатых валов, сведены в таблицу 1.1:

Таблица 1.1 - Сварочные и наплавочные проволоки

Наплавочные флюса Ан-348,Ан-60 и другие содержат стабилизирующие элементы, но в состав флюсов не входят легирующие добавки, что не способствует повышению прочности и износостойкости наплавленного металла.

Наплавка под слоем флюса с последующей термообработкой обеспечивает стабильность структуры и твердость наплавленного металла восстанавливаемых коленчатых валов.

В этом случае наплавляют пружинной проволокой II класса или проволокой Нп-30ХГС при режиме:

- напряжение дуги 25 ÷ 30 В,

- сила тока 180÷ 220 А,

- шаг наплавки4,6 м/об,

- скорость подачи проволоки 1,6 ÷ 2,1 м/мин [1].

Наплавленный металл обладает твердостью HRC 32…40 и легко поддается механической обработке.

Хорошие результаты дают применение порошков.

2) Электроконтактное напекание порошка.

Схема электроконтактного напекания металлических порошков на поверхности деталей разработана ЧИМЭСХ.

1 - наплавляемый слой; 2 - ролик контактный; 3 - порошок металлический; 4 - деталь.

Рисунок 1.2 - Схема электроконтактного напекания металлических порошков на поверхности деталей

Оптимальные режимы напекания порошка, обеспечивающие сцепление в пределах 120…150 МН/м2 лежат в пределах: по напряжению - 0,87÷1,35 В на 1 мм толщины слоя, подавлению - 40÷60 МН/м2, по затратам энергии - 2,1 ÷3,2Вт ч/г.

Пористость получаемого слоя на оптимальных режимах 8-12%, твердость 70…82 HRB.

Напекание порошка с повышенным содержанием углерода (С = 0,84%) проводится по аналогии, что для порошка АП84. При этом сцепление слоя с металлом повышается до 220 ÷ 250МН/м2.

Напекание порошка Сормайт-1 должно проводится при высоких удельных давлениях (60…80 МН/м2) и пониженных напряжениях (0,73…1,05 В на 1 мм толщины наплавленного слоя).

Основное влияние на качество слоя его сцепление с металлом оказывает скорость напекания, влияющая на температурный режим в процессе напекания.

При напекании на пониженных скоростях 0,12…0,17 м/мин, слой получается весьма плотным (пористость 6 ÷ 8%). При повышении скорости напекания на 0,25 м/мин пористость несколько возрастает до 10÷12%, а качество сцепления улучшается в результате уменьшения поверхности окисления детали и порошка в процессе нагрева и формирования слоя.

Напекание порошка ведется «узким» роликом 4 мм по винтовой линии или «широким» на всю поверхность напекания с учетом соблюдения вышеприведенных режимов.

1 - Vн = 0,37 м/мин; 2 - Vн = 0,25 м/мин; 3 - Vн = 0,17 м/мин.

Рисунок 1.3 - Температура в граничной зоне в зависимости от напряжения холостого хода и скорости напекания

3) Электрометаллизация.

Металлизация - один из распространенных способов получения металлических покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла.

Сущность процесса в следующем: металл, расплавленный дугой, струей сжатого воздуха (давление до 0,6 МПа) покрывает поверхность восстанавливаемой детали. Процесс дуговой металлизации осуществляется специальным аппаратом – металлизатором (рисунок 1.4).

1 - электродная проволока; 2 - сопло; 3 - провода от трансформатора;          4 - деталь.

Рисунок 1.4 - Схема металлизатора

Аппарат действует следующим образом: с помощью роликов по направляющим наконечникам непрерывно подается две проволоки к которым подведен электрический ток. Возникающая между проволоками электрическая дуга расплавляет металл. Одновременно по воздушному соплу в зону дуги поступает сжатый газ под давлением. Большая скорость движения частиц металла (120… 300 м/с) и незначительное время налета, исчисляемое тысячами долями секунды, обуславливает в момент удара его пластическую деформацию, заполнение частицами неровностей и пор поверхности детали, сцепление частиц между собой и с поверхностью, в результате чего образуется сплошное покрытие.

Толщина наплавляемого слоя от нескольких микронов до 10 мм и более.

Питание электрометаллизатора осуществляется либо от специальных трансформаторов с дополнительными отводами от витков вторичной обмотки, допускающие напряжение дуги 20 - 55 В (с промежутком через 4 - 5 В) при токе не менее 250 А.

Рекомендуемые материалы электродной проволоки: сталь 45, Нп - 30 ХГСА.

Металлизация обеспечивает высокую твердость напыленного слоя. Однако, применяя металлизацию, необходимо учитывать, что нанесенный слой не повышает прочности детали. Поэтому применять металлизацию для восстановления деталей с ослабленным сечением не следует. Кроме этого необходимо знать, что сцепляемость напыленного слоя с основным металлом недостаточно.

4) Плазменное напыление композитных порошковых материалов.

В специальных устройствах, называемых плазмотронами, плазмообразующий газ (аргон, азот, углекислый газ), протекая сквозь слой электрического разряда ионизируется и превращается в плазму. Рабочая температура струи достигает 7000 - 15000 ºС.