Выбор способа восстановления ведомого вала редуктора-опоры

Выбор способа восстановления

Выбор способа восстановления ведомого вала редуктора-опоры

Выбор способа восстановления производится по механическим, технологическим и эксплуатационным свойствам восстанавливаемой поверхности и экономическим показателям (трудоемкость, затраты на материалы, электроэнергию) на основании возможности применения способа для восстановления заданной поверхности детали, а также с учетом возможностей ремонтной службы предприятия.

Для восстановления наружных цилиндрических поверхностей вала возможно применение следующих способов:

- ручная электродуговая наплавка;

- наплавка в среде защитного газа;

- наплавка под слоем флюса;

- вибродуговая наплавка;

- газопламенное напыление;

Наплавка покрытий – это процесс нанесения покрытия из расплавленного материала на разогретую до температуры плавления поверхность восстанавливаемой детали. Наплавленные покрытия являются беспористыми, они обладают высокими значениями модуля упругости и прочности при растяжении. Прочность соединения этих покрытий с основой соизмерима с прочностью материала детали [Иванов В.П. Тех и оборуд.].

Ручная электродуговая наплавка выполняется в основном электродами с толстым покрытием и выполняется в тех случаях, когда применение механизированных способов невозможно или нецелесообразно. Процесс применяют для нанесения износостойких материалов на поверхности деталей в единичном производстве.

Наплавку выполняютэлектродами диаметром 2…6 мм на постоянном токе 80…300 А обратной полярности с производительностью 0,4…4,0 кг/ч. Требуется высокая квалификация сварщиков, потому что наплавку необходимо вести на минимально возможных токе и напряжении с целью уменьшения доли основного металла в наплавленном слое, при этом необходимо обеспечить сплавление основного и наплавленного металла.

Основным преимуществом РДН является её универсальность.

К недостаткам следует отнести:

− высокую трудоёмкость;

− низкое качество поверхности;

− большие припуски на обработку;

− интенсивное выгорание легирующих элементов наплавляемого материала.

Сущность наплавки в среде защитных газов состоит в том, что в зону электрической дуги подают под давлением защитный газ, в результате чего столб дуги, а также сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха. Наибольшее применение в ремонте машин получила наплавка в среде диоксида углерода плавящимся электродом. Применяют электродные проволоки диаметром 0,8…2,0 мм и токи относительно большой плотности. Периферийная часть электрической дуги интенсивно охлаждается газом, поступающим из соплового наконечника, поэтому падение напряжения на единицу длины столба дуги будет в несколько раз выше, чем при дуговой сварке без подачи газа. Кроме того, сварка в диоксиде углерода ведется короткой дугой. В таких условиях дуговой разряд имеет возрастающую характеристику, а источник питания должен иметь слегка возрастающую или жесткую характеристику для интенсификации процесса саморегулирования дуги. Для наплавки деталей применяют ток обратной полярности.

Автоматическая наплавка в среде диоксида углерода обеспечивает формирование плотного шва с небольшой зоной термического влияния, что позволяет наплавку нежестких деталей малого диаметра.

Сущность наплавки в среде защитных газов состоит в том, что в зону электрической дуги подают под давлением защитный газ, в результате чего столб дуги, а также сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха. Наибольшее применение в ремонте машин получила наплавка в среде диоксида углерода плавящимся электродом. Применяют электродные проволоки диаметром 0,8…2,0 мм и токи относительно большой плотности. Периферийная часть электрической дуги интенсивно охлаждается газом, поступающим из соплового наконечника, поэтому падение напряжения на единицу длины столба дуги будет в несколько раз выше, чем при дуговой сварке без подачи газа. Кроме того, сварка в диоксиде углерода ведется короткой дугой. В таких условиях дуговой разряд имеет возрастающую характеристику, а источник питания должен иметь слегка возрастающую или жесткую характеристику для интенсификации процесса саморегулирования дуги. Для наплавки деталей применяют ток обратной полярности.

Автоматическая наплавка в среде диоксида углерода обеспечивает формирование плотного шва с небольшой зоной термического влияния, что позволяет наплавку нежестких деталей малого диаметра.

Сущность электродуговой наплавки под слоем флюса заключается в том, что сварочная дуга горит между голым электродом и заготовкой под слоем толщиной 10–40 мм сухого гранулированного флюса с размерами зерен 0,5–3,5 мм.

В зону наплавки подают электродную сплошную или порошковую проволоку (ленту) и флюс (рис. 3.1). К заготовке и электроду прикладывают электрическое напряжение. Применяют постоянный ток обратной полярности. При наплавке цилиндрических поверхностей электрод смещают с зенита в сторону, противоположную вращению. Величина смещения составляет ~ 10 % от диаметра наплавляемой заготовки. Электрод должен быть наклонен в сторону, обратную вращению заготовки, и составлять угол с нормалью к поверхности 6–8^о. Флюс в зону наплавки подают из бункера. Расход флюса и, соответственно, толщину его слоя на поверхности заготовки регулируют открытием шибера. После зажигания дуги одновременно плавится электродная проволока, поверхность заготовки и флюс. Сварочная дуга с каплями металла оказываются в объеме газов и паров, ограниченном жидким пузырем из расплавленного флюса. Этот пузырь обволакивает зону наплавки и изолирует ее от кислорода и азота воздуха. Жидкий металл в сварочной ванне, который состоит на 1/3 из присадочного и на 2/3 из основного металла, постоянно движется и перемешивается.

Рис. 3.1. Схема наплавки под слоем флюса: 1 – электрод; 2 –бункер с флюсом; 3 – оболочка расплавленного флюса; 4 – газопаровой пузырь; 5 – покрытие; 6 – шлаковая корка; е – смещение электрода с зенита, w_д – угловая частота вращения детали

Вибрационная (вибродуговая) наплавка, наплавка поверхностей вибрирующим плавящимся электродом (например, стальной проволокой); является разновидностью процесса сварки. Конец электрода касается поверхности изделия, производя короткое замыкание сварочной цепи. При отходе электрода от поверхности на 1,5—3 мм сварочная цепь разрывается — возникает вспышка — электрическая дуга. Этот процесс периодически повторяется с частотой 50…100 Гц и амплитудой 1…3 мм. Зона наплавки непрерывно поливается водными растворами солей, глицерина и др., иногда засыпается зернистым флюсом.

Вибродуговую наплавку применяют главным образом при ремонте: для наплавки осей, валов, лопастей гидротурбин и др. стальных деталей, а также для изготовления двухслойных изделий (наплавка цветных металлов и сплавов на сталь, чугун и др. металлы).

Преимущества процесса:

- высокая твердость и износостойкость покрытий без дополнительной термической обработки (путем подбора электродной проволоки и среды);

- получение наплавленного слоя без пор и трещин;

- детали в процессе наплавки не деформируются и не нагреваются;

- производительность в 4…5 раз выше, чем ручной дуговой наплавки;

- увеличение безопасности работ благодаря току низкого напряжения.

Недостатки процесса следующие:

- снижение усталостной прочности из-за образования закалочных структур в материале, вызывающих растягивающие напряжения;

- неоднородность твердости (в местах перекрытия точек сварки в результате отпуска твердость снижается).

Свойства покрытий при вибродуговой наплавке могут быть улучшены последующей термообработкой изделий или обкаткой роликами.

Сущность напыления материала, как процесса нанесения покрытий, заключается в нагреве материала, его диспергировании (дроблении), переносе движущейся средой, ударе о восстанавливаемую поверхность или покрытие, деформировании и закреплении.

Особенность напыления состоит в отсутствии расплавления поверхности основного металла, что обеспечивает небольшую деформацию детали.

Сущность газопламенного напыления заключается в нагреве напыляемого материала газовым пламенем и нанесении его на восстанавливаемую поверхность струей сжатого газа.

Тепло для нагрева материала получают путем сжигания ацетилена или пропан-бутана в кислороде, а материал переносится сжатым воздухом или продуктами сгорания углеводородного топлива. В качестве материала покрытий применяют порошки, проволоки или шнуры. Газовый поток движется со скоростью 150–160 м/с, а металлические частицы перемещаются со скоростью до 120 м/с. Газопламенное напыление – один из немногих процессов, с помощью которого наносят покрытия из шнуров.

Таблица 4. Основные характеристики способов восстановления.

Способ восстановления	Производительность метода, кг/ч	Толщина наносимого покрытия, мм	Прочность сцепления, МПа
Ручная электродуговая наплавка	0,4-4	0,5-4
Наплавка в среде СО2	1,5-4,5	0,5-3,5
Наплавка под слоем флюса	0,7-5	1-4
Вибродуговая наплавка	0,5-4	0,3-3
Газопламенное напыление	0,4-4	0,2-2

По рекомендациям, приведенным в справочной литературе, указанной ниже, выбираем следующие материалы для различных способов восстановления:

- ручная электродуговая наплавка – тип электрода: Э-30Г2ХМ,

марка: НП-70 (30-40 HRC) [ГОСТ 10051—75];

- наплавка в среде защитного газа СО₂ – сварочная проволока

Св18ХМА (25-32 HRC) [];

- наплавка под слоем флюса – проволока Св-08ХМ, марка флюса АН-60 (26-30) [Молодык];

- вибродуговая наплавка – проволока Нп-30ХГСА (25-32 HRC) [Молодык];

- газопламенное напыление – порошок ПГ-10Н-01 (24 HRC) [Молодык];

Проведем укрупненный расчет затрат на материалы, электроэнергию и заработную плату. Результаты расчетов оформим в виде таблиц.

Масса используемого материала при наплавке и напылении:

, (1)

где ρ – плотность используемого материала, кг/м³, (ρ = 7,8 ∙ 10^-6 кг/мм³ – для материалов на Fe-основе; ρ = 8,8 ∙ 10^-6 кг/мм³ – для материалов на Ni-основе),

К_ПМ – коэффициент, учитывающий потери материала;

– длины восстанавливаемых участков, мм;

– соответствующие диаметры восстанавливаемых участков, мм;

z – припуск на механическую обработку, мм;

h – толщина нанесенного покрытия, мм.

Основное время:

, (2)

где W_М – производительность способа, кг/ч.

Количество расходуемого газа:

, (3)

где Wr – расход газа, м³/ч.

Затраты на используемые материалы:

, (4)

где Ц_М – стоимость материала, руб./кг.

Затраты на используемый газ:

, (5)

где Ц_Г – стоимость газа, руб./м³.

Суммарные затраты на используемые материалы:

. (6)

Полное время, затрачиваемое рабочим на восстановление поверхности детали наплавкой и напылением:

, (7)

где Т_В – вспомогательное время на обслуживание операции. Это время можно рассчитать по формуле: Т_В = (0,3..0,4) Т_О,ч,

К_ЗВ – коэффициент, учитывающий затраты времени на вспомогательные операции, обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности рабочего, К_ЗВ = 1,4.

Затраты на заработную плату:

, (8)

где С_НЧ – стоимость 1-го нормо-часа рабочего, С_НЧ = 5930 руб/час.

Затраты на электроэнергию:

, (9)

где N – мощность используемого оборудования, кВт,

t – время работы оборудования, ч,

Ц_Э – стоимость 1 кВт электроэнергии для предприятия, Ц_Э =1415руб./кВт∙ч.

Расчет затрат на материалы.

Определим массу расходуемого материала по формуле (1) для каждого способа.

- Для ручной электродуговой наплавки:

кг;

- Для наплавки в среде CO₂:

кг;

- Для наплавки под слоем флюса:

кг;

-Для вибродуговой наплавки:

кг;

- Для газопламенного напыления:

кг;

Для каждого способа проведем расчет основного времени по формуле (2):

ч;

ч;

ч;

ч;

ч;

Определим количество расходуемого газа по формуле (3) для способов, где используется газ:

л;

л;

л;

Расход флюса обычно составляет около 20% по массе от расхода сварочной проволоки:

Определим затраты на используемые материалы, на расходуемый газ и суммарные затраты на материалы по формулам (4, 5, 6) для каждого способа:

;

;

;

;

;

Таблица 11. Затраты на материалы.

Способ восстановления	Материалы	Производительность способа, (кг/ч), расход газа (л/ч), флюса(кг/ч)	Количество расходуемого материала (кг), газа (л)	Толщина покрытия и припуск на мехобработку, мм	Коэффициент, учитывающий потери материала	Основное время, час	Стоимость материала, (руб./кг), газа (руб./л)	Затраты на материалы и на используемый газ, тыс. руб.	Суммарные затраты на материалы, тыс. руб.
Ручная электродуговая наплавка	Э-30Г2ХМ		2,57	1,5 0,7	0,8	1,23
Наплавка в среде СО2	Св18ХМА	1,8	2,22	1,3 0,6	0,8	1,23
Углекислый газ		2,46	-
Наплавка под слоем флюса	Св-08ХМ		2,39	1,4 0,6	0,8	1,19
флюс АН-60	0,3	0,48	-
Вибродуговая наплавка	Нп-30ХГСА	1,5	1,83	1,1 0,5	0,85	1,22
Газопламенное напыление	ПГ-10Н-01		1,88	1,1 0,5	0,8	0,94
Кислород			–
Ацетилен			–

Определим полное время восстановления поверхности детали по формуле (7) для каждого способа:

Затраты на заработную плату рабочих определим по формуле (8):

Таблица 12. Затраты на заработную плату.

Способ восстановления	Полное время, час	Стоимость 1-го нормо-часа, руб./час	Заработная плата, руб.
Ручная электродуговая наплавка	2,21
Наплавка в среде СО2	2,21
Наплавка под слоем флюса	2,14
Вибродуговая наплавка	2,19
Газопламенное напыление	1,69

Проведем расчет затрат на электроэнергию.

Затраты на электроэнергию рассчитаем по формуле (9):

руб.;

руб.;

руб.;

руб.;

руб.;

Таблица 13. Затраты на электроэнергию.

Способ восстановления	Операция	Оборудование	Мощность, кВт	Время, час	Тариф, руб./кВт∙ч	Затраты, руб.
Ручная электродуговая наплавка	наплавка	Вращатель	3,5	2,21
Выпрямитель ВД-306
отпуск	Печь СНО 8.16.5/11
Наплавка в среде СО2	наплавка	Вращатель	3,5	2,21
Выпрямитель ВД-306 УЗ
отпуск	Печь СНО 8.16.5/11
Наплавка под слоем флюса	наплавка	Вращатель	3,5	2,14
Выпрямитель ВД ВД-306
отпуск	Печь СНО 8.16.5/11
Вибродуговая наплавка	наплавка	Вращатель	3,5	2,19
Головка ВДГ-5	0,25
Сварочный генератор ПС300М
отпуск	Печь СНО 8.16.5/11
Газопламенное напыление	напыление	Вращатель	3,5	1,69
отпуск	Печь СНО 8.16.5/11

Для построения диаграмм по выбору способа восстановления поверхностей вала УО «ПГУ» 0736010375.004Р выразим затраты в относительных единицах в пределах заданной точности. За единицу примем затраты на восстановление поверхностей ручной дуговой наплавкой.

Таблица 14. Полные затраты.

Способ восстановления	Затраты на материалы	Затраты на заработную плату	Затраты на электроэнергию	Полные затраты
руб.	отн.	руб.	отн.	руб.	отн.	руб.	отн.
Ручная электродуговая наплавка
Наплавка в среде СО2		1,30						1,06
Наплавка под слоем флюса		1,32		0,96		0,99		1,05
Вибродуговая наплавка		1,17		0,99		1,06		1,08
Газопламенное напыление		174,69		0,76		0,74		37,11

Таблица 15. Трудоемкость восстановления поверхностей под подшипники вала.

Дата добавления: 2015-08-21