СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК B23P6/02 B23K13/01 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам восстановления поверхностей цилиндрических деталей типа полых валов, втулок, работающих во фрикционных механизмах.

Известен способ индукционной наплавки (см. авт. св. 1794611, кл. В 23 К 13/01, Б.6, 1993 г.), заключающийся в том, что из цилиндрической детали изготавливают правильный многогранник, на каждую из граней которого последовательно наплавляют присадочный материал требуемой толщины, после чего деталь обрабатывают до заданного диаметра.

Недостатком известного способа является то, что его невозможно использовать для восстановления полых цилиндрических деталей с износом более 4 мм, так как для получения многогранника необходимо цилиндрическую деталь срезать по контуру, а затем наплавлять, что приведет к ослаблению прочностных характеристик детали, а это недопустимо для изделий, работающих в режиме больших контактных нагрузок в узлах трения.

За прототип выбран способ индукционной наплавки (см. авт. св. SU 1794610, кл. В 23 К 13/01, Б.6, 1993 г.), заключающийся в том, что на поверхность цилиндрической детали наносят присадочный материал и нагревают индуктором до расплавления, при этом на поверхности детали выполняют канавки параллельно оси детали и поочередно располагают их горизонтально и симметрично вертикальной плоскости симметрии детали с заполнением канавок присадочным материалом с последующей обработкой индуктором.

Недостатком способа является то, что его невозможно использовать для полых цилиндрических изделий, так как канавки уменьшают сечение детали и одновременно ослабляют его прочностные характеристики, при этом промежутки поверхности детали между канавками не подвергаются упрочнению, поэтому при взаимодействии с ответной деталью эти участки склонны к схватыванию, что вызывает в парах трения заклинивание, а иногда и разрушение. Эти обстоятельства отрицательно отразятся на качестве восстанавливаемых заготовок.

Задача предлагаемого изобретения состояла в разработке качественного восстановления поверхностей цилиндрических деталей в условиях ремонтного производства.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе восстановления поверхностей цилиндрических деталей, преимущественно фрикционных механизмов, включающем нанесение износостойкого материала и нагрев восстанавливаемой поверхности индуктором до расплавления, восстанавливаемую деталь предварительно подвергают отжигу при температуре 850^oС с последующим удалением изношенного слоя, затем напрессовывают на деталь стальной втулочный вкладыш и крепят его посредством сварки, на поверхности вкладыша делают проточку, которую заполняют износостойким материалом, при этом износостойкий материал выбирают из условия получения разницы коэффициентов теплового расширения износостойкого материала и стали втулочного вкладыша, обеспечивающей плотное обжатие восстанавливаемой детали в интервале температур 1000÷20^oС.

Кроме того, износостойкий материал выбирают с коэффициентом теплового расширения (17-18,6)•10^-6.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена технологическая последовательность восстановления втулок фрикционных передач:
а) изготовление заготовки втулочного вкладыша из трубы с проточкой по внутреннему диаметру;
б) подготовка изношенной детали к восстановлению, включающая:
- отжиг при t 850^oC;
- снятие изношенного слоя от 2-4 мм;
в) напрессовка втулочного вкладыша на восстанавливаемую деталь со сваркой по торцам и отверстиям;
г) обточка детали совместно с вкладышем под наплавку износостойким сплавом;
д) восстановленная деталь после наплавки в соответствии с чертежными размерами.

Фиг. 2 - схема процесса наплавки цилиндрических деталей.

Способ осуществляется по следующей технологии.

Изношенные цилиндрические детали фрикционных механизмов, а именно полые валы, валки, втулки шпинтонные, тормозные валики и т.п., подлежат выбраковке по износу. В соответствии с "Инструкцией по сварке и наплавке при ремонте вагонов и контейнеров" РТМ 32ЦВ 201-88 разрешается производить восстановление деталей, износ рабочей поверхности которых не превышает 5 мм.

Все узлы и детали, работающие в режиме высоких контактных нагрузок при σ_ук = 2000-3000 кг/см² (σ_ук - удельная контактная нагрузка), должны отвечать следующим технологическим условиям: восстанавливаемые детали должны иметь износостойкую рабочую поверхность, не склонную к схватыванию первого рода и минимальную разницу между коэффициентами трения покоя и скольжения (в пределах Г_п - 0,37, f_cк - 0,35).

Для выполнения этих требований наиболее перспективной в ремонтных условиях предлагается следующая технология восстановления цилиндрических деталей и узлов.

Отобранные после выбраковки детали 1 подвергают отжигу при температуре 850-900^oС для разупрочнения, так как затем ее (см. фиг. 1,б) протачивают по поверхности, снимая изношенный слой. Взамен изношенного слоя предварительно заготавливают втулочные вкладыши 2 (см. фиг. 1,а) из низколегированных сталей, например из проката трубы.

В зависимости от диаметра втулочного вкладыша на нем сверлением выполняют n отверстий под углом 120^o друг к другу в два ряда с шагом не менее диаметра вкладыша и на расстоянии от торца не менее 0,5 диаметра вкладыша. Для обеспечения плотной посадки вкладыша 2 на деталь 1 осуществляют проточку внутреннего диаметра вкладыша. Затем с помощью пресса на деталь 1 запрессовывают втулочный вкладыш 2 (см. фиг. 1,в) и проваривают его по торцам кольцевым, а по отверстиям пробковым швами.

Деталь 1 с напрессованным вкладышем 2 протачивают (см. фиг. 1,г) под наплавку рабочей поверхности "Б".

После этого деталь 1 с вкладышем 2 подвергают упрочнению износостойким материалом путем индукционно-металлургической наплавки. Для этого на рабочую поверхность "Б" детали, а именно вкладыш 2, дозированно наносят слой наплавочной шихты толщиной 4-5 мм (см. фиг.2) и расплавляют ее в поле индуктора.

Цилиндрическая деталь, осуществляя поворот от привода, производит медленную наплавку по всей рабочей поверхности. При этом для удовлетворительной тепловой передачи процесса необходимо обеспечить плотный контакт восстанавливаемой детали 1 с телом вкладыша 2. В связи с этим целесообразно при нанесении износостойкого материала (шихты) выбирать сплавы с максимальным коэффициентом теплового расширения α=(17÷18,6)•10^-6, это обеспечит при остывании от 1000^oС (момент наплавки) и до 20^oС плотное обжатие напрессованного втулочного вкладыша 2 на тело основной детали 1, имеющей α=(12,7÷13,5)•10^-6 (сталь 45).

После наплавки произвели расточку внутреннего отверстия детали до чертежного размера (по необходимости).

В случае отсутствия в ремонтном производстве трубного проката возможно изготовление вкладыша из двух половин листа, которые привариваем по торцам и подвергаем наплавке так же, как и втулочный вкладыш.

Таким образом, при эксплуатации восстановленные детали в момент трения не испытывают на своей поверхности эффект схватывания первого рода, так как износостойкие материалы, нанесенные на деталь, способны выдерживать высокие контактные напряжения при необходимой износостойкости и обеспечивают при работе коэффициент трения f_тр = 0,37-0,35.

Пример.

Восстановлению подлежала наружная поверхность шпинтонной втулки, являющаяся основной деталью гасителя колебаний пассажирского вагона.

Исходные данные:
Материал втулки - сталь 45, HRC-45.

Износ наружной цилиндрической поверхности > 4 мм.

Диаметр наружных поверхностей (коническая поверхность) D_д = 84 - 87 мм.

Длина втулки l = 224 мм.

Коэффициент теплового расширения шпинтона α=12,7•10^-6.

Для восстановления геометрических размеров шпинтонной втулки изготовили втулочный вкладыш из трубы 89 х 6 ГОСТ 8732-78 длиной 180 мм и выполнили шесть отверстий диаметром 12 мм под 120^o друг к другу на расстоянии от торца втулки 40 мм и с шагом 90 мм между ними. Расточили по внутреннему диаметру до 77 мм. Шпинтонную втулку подвергли отжигу в печи до 850^oС и проточили наружную поверхность на токарном станке до 77 мм для обеспечения плотной посадки вкладыша на втулку шпинтона.

После этого на прессе вкладыш запрессовали на проточку втулки шпинтона и проварили по торцам кольцевыми швами, а по отверстиям - пробковыми швами. Затем проточили напрессованный вкладыш под наплавку, причем проточку осуществляли по длине 145 мм по конусу до диаметра меньше чертежного на 2,4 мм.

Износостойким материалом, сплавом ПГ-УСЧ-35, имеющего коэффициент теплового расширения α= 17,8•10^-6, произвели наплавку на длину 145 мм посредством индуктора установки ВЧГ9-60/0,44. После наплавки шпинтонную втулку проверили на соответствие ее чертежным размерам.

В результате эксплуатационных испытаний шпинтонных втулок, восстановленных и упрочненных по предлагаемому способу, установлено, что после пробега вагона в 1000 000 км втулки и сухари не потеряли своих чертежных размеров и продолжают работать (стандартная пара имеет плановый пробег 250 000 км).

Предлагаемый способ позволяет качественно восстанавливать цилиндрические детали, работающие в режиме фрикционных передач, за счет дополнительного элемента - вкладыша, который в процессе обжима в результате наплавки приводит к уменьшению теплового барьера и создает тем самым хорошие условия теплопередачи для восстанавливаемой детали, исключая возможность схватывания первого рода при трении и имея при этом повышенную износостойкость пары трения.

Из опыта вагоноремонтных предприятий МПС, при эксплуатации деталей, восстановленных и упрочненных предложенным способом, срок их службы повысился в четыре раза в сравнении с новыми изделиями.

Изобретение может быть использовано при восстановлении поверхностей цилиндрических деталей типа полых валов, втулок, работающих во фрикционных механизмах. Деталь предварительно подвергают отжигу при 850^oС с последующим удалением изношенного слоя. Напрессовывают на деталь стальной втулочный вкладыш и крепят его посредством сварки. На поверхности вкладыша делают проточку и заполняют ее износостойким материалом. Нагревают его до расплавления. Износостойкий материал выбирают из условия получения разницы коэффициентов теплового расширения износостойкого материала и стали втулочного вкладыша, обеспечивающей плотное обжатие восстанавливаемой детали в интервале температур 1000÷20^oС. Наличие вкладыша приводит к уменьшению теплового барьера при наплавке и создает хорошие условия теплопередачи, что повышает износостойкость пары трения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ восстановления поверхностей цилиндрических деталей, преимущественно фрикционных механизмов, включающий нанесение износостойкого материала и нагрев восстанавливаемой поверхности индуктором до расплавления, отличающийся тем, что деталь предварительно подвергают отжигу при 850^oС с последующим удалением изношенного слоя, затем напрессовывают на деталь стальной втулочный вкладыш и крепят его посредством сварки, на поверхности вкладыша делают проточку, которую заполняют износостойким материалом, при этом износостойкий материал выбирают из условия получения разницы коэффициентов теплового расширения износостойкого материала и стали втулочного вкладыша, обеспечивающей плотное обжатие восстанавливаемой детали в интервале температур 1000÷20^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что износостойкий материал выбирают с коэффициентом теплового расширения (17-18,6)•10^-6.