Рисунок 2. Схема технологического процесса восстановления шлицевых валов

Для коленчатых и распределительных валов основными повреждениями являются: износ шеек, кулачков, пазов, отверстий и торцов, деформации, износ резьб, усталостные трещины. У деталей восстанавливают расположение, форму, размеры и шероховатость элементов, износостойкость трущихся поверхностей и усталостную прочность. Точность обработки восстановленных шеек и кулачков 5–7 квалитеты, шероховатость поверхностей Ra 0,32–0,63 мкм, точность углового расположения кулачков и кривошипов ±7,5', допуск на радиус кривошипа +0,05 мм.

Последовательность технологических операций восстановления деталей следующая: определение места расположения и размеров усталостных трещин и принятие решения о целесообразности восстановления детали; правка; подготовка поверхностей под нанесение покрытий или установку ДРД; нанесение покрытий или установка и закрепление ДРД; термическая обработка; черновая механическая обработка; закалка шеек ТВЧ; чистовая механическая обработка; упрочнение галтелей; отделка шеек. Чугунные детали с усталостными трещинами подлежат выбраковке.

Правка детали необходима для придания прямолинейности ее оси, что в свою очередь позволяет уменьшить величину припусков на обработку, использовать все ремонтные размеры детали и уменьшить ее дисбаланс. В зависимости от твердости материала предварительную механическую обработку шеек ведут точением или шлифованием. Шейки валов допускают обработку под ремонтные размеры. Ремонтный интервал шеек, как правило, составляет 0,25 мм. Кулачки при первом восстановлении шлифуют «как чисто», а при последнем без нанесения покрытий – до допустимого размера их цилиндрической части. Затем необходимо наносить покрытия.

В процессе восстановления детали припуски под обработку создают на шейках, их торцах и на поверхностях отверстий под подшипники. Применяют установку и закрепление ДРД. Основные способы нанесения покрытий на поверхности стальных валов сводятся к различным видам наплавки и напыления. Виды наплавки в этом случае отличаются наносимым материалом, характером легирования покрытия и видом движения электродного материала.

Ремонтные заготовки распределительных валов получают с применением оборудования для наплавки или напыления шеек и кулачков. В качестве технологических баз у распределительных валов используют центровые отверстия и боковую поверхность шпоночного паза, а у коленчатых валов – дополнительно коренные шейки.

Шлифование шеек коленчатых валов ведут на специализированных станках 3В423. Усталостную прочность восстанавливают поверхностным пластическим деформированием. Полирование является отделочной операцией, на которую оставляют припуск 0,005 мм.

Шпиндель – разновидность вала для металлообрабатывающих станков. Основными дефектами шпинделей являются повреждения подшипников; неправильная посадка подшипников; износ конуса или цанги; отказ системы зажима инструмента; дисбаланс; неисправность статора; перекос.

Для восстановления шпинделя необходимо выбрать наиболее рациональный метод, например: механическую обработку (способ ремонтных размеров), установку компенсаторов износа, гальваническое покрытие и др. Механической обработкой восстанавливают геометрическую точность изношенной поверхности: снимают с нее минимальный слой металла (точением, шлифованием, притиркой) до удаления следов износа (без сохранения номинальных размеров), обеспечивая регламентную точность и параметр шероховатости нового шпинделя. Механическую обработку используют не только как самостоятельный способ ремонта, но и как вспомогательную операцию при выполнении наплавки, металлизации, хромирования.

Выбор способа восстановления основных поверхностей шпинделя зависит от величины их износа. При износе до 0,05 мм на сторону сначала выполняют предварительное шлифование для восстановления геометрической формы поверхностей и хромирование, затем путем шлифования снимают слой до 0,03 мм на сторону. При износе более 0,05 мм на сторону осуществляют наращивание поверхностей металлом одним из известных способов, затем механическую обработку. Конические отверстия на концах шпинделей при восстановлении обычно шлифуют, затем торцы подрезают по конусному калибру. Торец фланца на конце шпинделя после восстановления шлифованием конусной посадочной шейки также подрезают. Резьбы у шпинделей при ремонте обычно прорезают до полного профиля, а нестандартные гайки к ним изготовляют заново.

На рисунке 3 для примера показан ремонтный чертеж шпинделя токарного станка, а в таблице 1 – технологический процесс его ремонта с учетом результатов дефектации шпинделя: износ поверхности 1 [М48]х1,5 – 0,4 мм на сторону; поверхность 2 – Ø49,96 мм [Ø50k6]; поверхность 3 – Ø59,95 мм [Ø60k6]; на поверхности 4 – [М64]х6 – резьба замята на 0,25 мм на сторону; поверхность 5 – Ø74,97 мм [Ø75k6]; поверхность 6 – Ø69,87 мм [Ø70k6]; на поверхности 7 – [М68]х2 – резьба замята на 0,3 мм на сторону; на поверхности 8 – надиры и забоины до 0,75 мм; поверхности 10 и 11 – 6,07 мм – [6js6], биение поверхности 2 [Ø50k6] составляет 0,035 мм, поверхности 6 [Ø70k6] – 0,055 мм, буртика поверхности 6 – 0,05 мм. В квадратных скобках даны номинальные размеры шпинделя (до износа).

Для ремонта шпинделя (рис. 3) используются токарно-винторезный, вертикально-фрезерный и круглошлифовальный станки, верстак со слесарными тисками и гальваническая ванна, а также соответствующая технологическая оснастка, в состав которой входит: четырехкулачковый и поводковый патроны, неподвижный люнет, станочные винтовые самоцентрирующие тиски, приспособления для внутреннего шлифования, оправка установки шпинделя, гаечные ключи, токарные центры, медные подкладки, хомутик, проходной отогнутый, расточной и резьбовой резцы, концевая фреза, шлифовальный круг ПП 400х40х127–Э5–К, пробка шпоночная 6,5js6, штангенциркуль, микрометр рычажный, индикатор, конусный калибр (Морзе 5).

Зубчатые колеса при эксплуатации подвергаются воздействию значительных изгибающих, контактных и ударных нагрузок, часто работают в условиях загрязнения масла почвенной пылью.

Более интенсивному изнашиванию подвержены зубчатые колеса непостоянного зацепления – переключаемые шестерни коробок передач, изнашиваются преимущественно торцы зубьев. Торцовый износ подлежащих восстановлению зубчатых колес составляет 1,2–6 мм; износ зубьев по толщине в некоторых случаях составляет 1,2 мм.

Характерные повреждения зубьев: усталостные разрушения в виде раковин, уменьшение толщины (при абразивном изнашивании), износ торцев (из-за включения передач) и поломки. Наибольшее распространение на ремонтных предприятиях получили следующие способы восстановления зубчатых колес: наплавка торцов зубьев; горячая объемная штамповка и ротационное пластическое деформирование.

Венцы зубчатых колес заменяются чаще всего при восстановлении блоков шестерен с несколькими венцами, когда один из них сильно изношен, а остальные находятся в исправном состоянии.

Изношенный венец отжигают и отрезают, а для напрессовывания ДРД протачивают шейку. Толщина венца ДРД (расстояние от окружности впадин до установочной поверхности) должна быть не менее 1,00–1,25 высоты зуба. Разрушить изношенный венец можно электроэрозионной обработкой на станке 4А722, применяя трубчатый электрод. При автоматической наплавке изношенных торцов зубьев наплавляется каждый зуб с принудительным формированием слоя в охлаждаемой водой медной форме-кристаллизаторе. Наплавка выполняется высокоуглеродистой проволокой под слоем флюса. Высокая скорость наплавки и интенсивный отвод тепла в наплавочную форму и в тело зубчатого колеса сводят до минимума термическое влияние дуги на материал зубьев, что исключает повторную термическую обработку. Зубозакругление выполняют электрохимическим способом или на заточном станке.

Пластическое деформирование (вдавливание) применяют для восстановления зубчатых колес, изношенных по толщине и имеющих на венце запас металла. Давлением металл в пластическом состоянии перемещается из нерабочих участков на изношенные. Для штамповки применяют специально переоборудованные прессы с ускоренным ходом и усилием 4000–6300 кН. Необходимы припуски на механическую обработку: 1,4–1,5 мм – по толщине зубьев, 0,5–0,7 мм – по наружному диаметру и 1,2–1,4 – по диаметру внутреннего отверстия. Затем деталь нормализуют, обрабатывают лезвийным инструментом, закаливают, отпускают и шлифуют зубья.

После штамповки проводят все те виды механической и химико-термической обработки зубчатых колес, какие выполняют при изготовлении новых. Восстанавливают зубчатые колеса и ротационным пластическим деформированием, при котором изношенный зубчатый венец, нагретый ТВЧ, раздается пуансоном или роликами и одновременно обкатывается зубчатыми накатниками, формирующими зубчатый венец с минимальными припусками на последующую обработку.

Схема технологического процесса восстановления зубчатых колес показана на рисунке 4.