机电设备维修技术 第三章

机电设备维修技术第三章机械零件的修复技术2.1概述机械设备在使用过程中，由于其零部件会逐渐产生磨损、变形、断裂、蚀损等失效形式，设备的精度、性能和生产率就要下降，导致设备发生故障、事故甚至报废，需要及时进行维护和修理。2.1.1零件修复的优点修复失效零件主要具有以下一些优点：（1）减少备件贮备，从而减少资金的占用，能取得节约的效果。（2）减少更换件制造，有利于缩短设备停修时间，提高设备利用率。（3）减少制造工时，节约原材料，大大降低修理费用（4）利用新技术修复失效零件还可提高零件的某些性能，延长零件使用寿命。尤其是对于大型零件、贵重零件和加工周期长、精度要求高的零件，意义就更为重要。3.1.2修复工艺的选择用来修复机械零件的工艺很多，如图3–l所示，是目前较普遍使用的修复工艺。图3–l零件的修复工艺选择机械零件修复工艺时应考虑的几个因素：1．修复工艺对零件材质的适应性2．各种修复工艺能达到的修补层厚度图3–2是几种主要修复工艺能达到的修补层厚度。图3–2几种主要修复工艺能达到的修补层厚度1—镀铬2—滚花3—钎焊4—振动电弧堆焊5—手工电弧堆焊6—镀铁7—粘补8—熔剂层下电弧堆焊9—金属喷涂10—镶加零件3．被修零件构造对工艺选择的影响4．零件修理后的强度5．修复工艺过程对零件物理性能的影响修补层物理性能，如硬度、加工性、耐磨性及密实性等，在选择修复工艺时必须考虑。6．修复工艺对零件精度的影响对精度有一定要求的零件，主要考虑修复中的受热变形和修复后的刚度。7．从经济性上加以考虑如一些易加工的简单零件，有时修复还不如更换经济。3.2机械修复法3.2.1修理尺寸法与零件修复中的机械加工对机械设备的动配合副中较复杂的零件修理时可不考虑原来的设计尺寸，而采用切削加工或其它加工方法恢复其磨损部位的形状精度、位置精度、表面粗糙度和其它技术条件，从而得到一个新尺寸，这个尺寸即称为修理尺寸。而与此相配合的零件则按这个修理尺寸制作新件或修复，保证原有的配合关系不变，这种方法便成为修理尺寸法。零件修复中，机械加工是最基本、最重要的方法。多数失效零件需要经过机械加工来消除缺陷，最终达到配合精度和表面粗糙度等要求。3.2.2镶加零件修复法配合零件磨损后，在结构和强度允许的条件下，增加一个零件来补偿由于磨损及修复而去掉的部分，以恢复原有零件精度，这样的方法称为镶加零件修复法。常用的有扩孔镶套、加垫等方法。如图3–3所示，在零件裂纹附近局部镶加补强板，一般采用钢板加强，螺栓联接。图3–3镶加补强板如图3–4所示，为镶套修复法。如图3–5所示为机床导轨的凹坑，可采用镶加铸铁塞的方法进行修理。严重磨损的机床导轨，可采用镶加淬火钢镶条的方法进行修复，如图3–6图3–5导轨镶铸铁塞图3–6床身镶加淬火钢导轨3.2..3局部修换法有些零件在使用过程中，往往各部位的磨损量不均匀，有时只有某个部位磨损严重，而其余部位尚好或磨损轻微。如图3–7a所示，是将双联齿轮中磨损严重的小齿轮的轮齿切去，重制一个小齿圈，用键联接，并用骑缝螺钉固定的局部修换。图3–7b是在保留的轮载上，铆接重制的齿圈的局部修换。图3–7c是局部修换牙嵌式离合器以胶粘法固定。图3–7局部修换法3.2.4塑性变形法塑性材料零件磨损后，为了恢复零件表面原有的尺寸精度和形状精度，可采用塑性变形法修复。３.２.５换位修复法有些零件局部磨损可采用调头转向的方法，如长丝杠局部磨损后可调头使用。如图3–8所示，轴上键槽重新开制新槽。如图3–9所示，联接螺孔也可以转过一个角度，在旧孔之间重新钻孔。图3–8键槽换位修理图3–9螺孔换位修理３.２.６金属扣合法金属扣合法是利用高强度合金材料制成的特殊联接件以机械方式将损坏的机件重新牢固地联接成一体，达到修复目的的工艺方法。它主要适用于大型铸件裂纹或折断部位的修复。按照扣合的性质及特点，可分为强固扣合、强密扣合、优级扣合和热扣合四种工艺。１.强固扣合法该法适用于修复壁厚为8～40mm的一般强度要求的薄壁机件。２.强密扣合法在应用了强固扣合法以保证一定强度条件之外，对于有密封要求的机件，如承受高压的气缸、高压容器等防渗漏的零件，应采用强密扣合法３．优级扣合法主要用于修复在工作过程中要求承受高载荷的厚壁机件，如水压机横梁、轧钢机主梁、辊筒等。４.热扣合法热扣合法是利用加热的扣合件在冷却过程中产生收缩而将开裂的机件锁紧。该法适用于修复大型飞轮、齿轮和重型设备机身的裂纹及折断面。综上所述，可以看出金属扣合法的优点是：使修复的机件具有足够的强度和良好的密封性；所需设备、工具简单，可现场施工；修理过程中机件不会产生热变形和热应力等。其缺点主要是薄壁铸件（厚度＜8mm）不宜采用，波形键与波形槽的制作加工较麻烦等。３.３焊接修复法利用焊接技术修复失效零件的方法称为焊接修复法。用于修补零件缺陷时称为补焊。３.３１钢制零件的焊修机械零件所用的钢材料种类繁多，其可焊性差异很大。一般而言，钢中含碳量越高、合金元素种类和数量越多，可焊性就越差。３.３.２铸铁零件的焊修铸铁在机械设备中的应用非常广泛。灰口铸铁主要用于制造各种支座、壳体等基础件，球墨铸铁已在部分零件中取代铸钢而获得应用。１.焊接分类：铸铁件的焊修分为热焊法和冷焊法。（1）热焊法铸铁热焊是焊前将工件高温预热，焊后再加热、保温、缓冷。（2）冷焊法铸铁冷焊是在常温或局部低温预热状态下进行的，具有成本较低、生产率高、焊后变形小、劳动条件好等优点，因此得到广泛的应用。（3）加热减应焊选择零件的适当部位进行加热使之膨胀，然后对零件的损坏处补焊，以减少焊接应力与变形，这个部位就叫做减应区，这种方法就叫做加热减应区补焊法。2．冷焊工艺铸铁冷焊多采用手工电弧焊，其工艺过程简要介绍如下：（1）焊前准备先将焊接部位彻底清整干净，对于未完全断开的工件要找出全部裂纹及端点位置，钻出止裂孔。（2）施焊焊接场所应无风、暖和。采用小电流、快速焊，光点焊定位，用对称分散的顺序、分段、短段、分层交叉、断续、逆向等操作方法，每焊一小段熄弧后马上锤击焊缝周围，使焊件应力松弛，并且焊缝温度下降到60℃左右不烫手时，再焊下一道焊缝，最后焊止裂孔。经打磨铲修后，修补缺陷，便可使用或进行机械加工。为了提高焊修可靠性，可拧入螺栓以加强焊缝，如图3–18所示。用紫铜或石墨模芯可焊后不加工，难焊的齿形按样板加工。大型厚壁铸件可加热扣合件，扣合件热压后焊死在工件上，再补焊裂纹，如图3–19所示。还可焊接加强板，加强板先用锥销或螺栓销固定，再焊牢固，如图3–20所示。图3–18焊修实例a)齿轮轮齿的焊接修复b)螺栓孔缺口的焊补1－紫铜或石墨模芯2－缺口…图3–19加热扣合件的焊接修复1、2、6－焊缝3－止裂孔4－裂纹5－扣合件图3–20加强板的焊接1-锥销2-加强板3-工件3.3.3有色金属零件的焊修机修中常用的有色金属材料有铜及铜合金、铝合金等，与黑色金属相比可焊性差。由于它们的导热性好、线膨胀系数大、熔点低，高温时脆性较大、强度低，很容易氧化，因此焊接比较复杂、困难，要求具有较高的操作技术，并采取必要的技术措施来保证焊修质量。3.3.4钎焊修复法采用比基体金属熔点低的金属材料作钎料，将钎料放在焊件连接处，一同加热到高于钎料熔点、低于基体金属熔点的温度，利用液态钎料润湿基体金属，填充接头间隙并与基体金属相互扩散实现连接焊件的焊接方法称为钎焊。3.3.5堆焊采用堆焊法修复机械零件时，不仅可以恢复其尺寸，而且可以通过难焊材料改善零件的表面性能，使其更为耐用，从而取得显著的经济效果。常用的堆焊方法有手工堆焊和自动堆焊两类。1．手工堆焊手工堆焊是利用电弧或氧乙炔火焰来熔化基体金属和焊条，采用手工操作进行的堆焊方法。2．自动堆焊自动堆焊与手工堆焊相比，具有堆焊层质量好、生产效率高、成本低、劳动条件好等优点，但需专用的焊接设备。3.4热喷涂修复法用高温热源将喷涂材料加热至熔化或呈塑性状态，同时用高速气流使其雾化，喷射到经过预处理的工件表面上形成一层覆盖层的过程称为喷涂。将喷涂层继续加热，使之达到熔融状态而与基体形成冶金结合，获得牢固的工作层称为喷焊或喷熔。这两种工艺总称为热喷涂。3.4.1热喷涂的分类及特点热喷涂技术按所用热源不同，可分为氧乙炔火焰喷涂与喷焊、电弧喷涂、等离子喷涂与喷焊、爆炸喷涂和高频感应喷涂等多种方法。喷涂材料有丝状和粉末状两种。热喷涂技术的特点如下：（1）适用材料广，喷涂材料广。（2）涂层的厚度不受严格限制，可以从几十微米到几毫米。（3）喷涂时工件表面温度低（一般为70～80℃），不会引起零件变形和金相组织改变。（4）可赋予零件以某些特殊的表面性能，达到节约贵重材料、提高产品质量、满足多种工程技术和高新技术的需要。（5）设备不太复杂，工艺简便，可在现场作业。6）对失效零件修复的成本低、周期短、生产效率高。3.4.2热喷涂在机械设备维修中的应用热喷涂技术在机械设备维修中应用广泛。对于大型复杂的零件如机床主轴、曲轴、凸轮轴轴须、电动机转子轴，以及机床导轨和溜板等，采用热喷涂修复其磨损的尺寸，既不产生变形又延长使用寿命；大型铸件的缺陷，采用热喷涂进行修复，加工后其强度和耐磨性可接近原有性能；在轴承上喷涂合金层，可代替铸造的轴承合金层；在导轨上用氧快焰喷涂一层工程塑料，可提高导轨的耐磨性和减摩性；还可以根据需要喷制防护层等。3.4.3氧乙炔火焰喷涂和喷焊在设备维修中最常用的就是氧乙炔火焰喷涂和喷焊。氧乙炔火焰喷涂时使用氧气与乙炔比例约为1∶1的中性焰，温度约3100℃，其设备与一般的气焊设备大体相似，主要包括喷枪。氧气和乙炔供给装置以及辅助装置等。喷枪是热喷涂的主要工具，目前国产喷枪分为中小型和大型两种规格。中小型喷枪主要用于中小型和精密零件的喷涂和喷焊，适应性强。大型喷枪主要用于对大型零件的喷焊，生产效率高。氧乙炔火焰喷涂氧乙炔火焰喷涂工艺如下：1．喷前准备包括工件清洗、表面预加工、表面粗化和预热几道工序。2．喷涂结合层对预处理后的工件应立即喷徐结合层，喷涂结合层可提高工作层与工件之间的结合强度。在工件较薄、喷砂处理易变形的情况下，尤为适用。3．喷涂工作层结合层喷好后应立即喷涂工作层。4．喷涂后处理喷涂后应注意缓冷。当喷涂层的尺寸精度和表面粗糙度不能满足要求时，可采用车削或磨削的方法对其进行精加工。氧乙炔火焰喷焊氧乙炔火焰喷焊与基体之间结合主要是原子扩散型冶金结合，结合强度是喷涂结合强度的10倍左右，氧乙炔火焰喷焊对工件的热影响介于喷涂与堆焊之间。1．氧乙炔火焰喷焊的特点（1）基体不熔化，焊层不被稀释，可保持喷焊合金的原有性能。（2）可根据工件需要得到理想的强化表面。（3）喷焊层与基体之间结合非常牢固，喷焊层表面光洁，厚度可控制。（4）设备简单，工艺简便，适应于各种钢、铸铁及铜合金工件的表面强化。2．氧乙炔火焰喷焊工艺氧乙炔火焰喷焊工艺与喷涂大体相似，包括喷前准备、喷粉和重熔、喷焊后处理等。3.4.4电弧喷涂电弧喷涂技术由于生产率较高，涂层厚度也较大（可达1～3mm），目前在热喷涂技术中应用也非常广泛。电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用高速气流使其雾化，使熔融金属粒子高速喷到工件表面而形成喷涂层的一种工艺方法。3.5电镀修复法电镀是利用电解的方法，使金属或合金沉积在零件表面上形成金属镀层的工艺方法。电镀修复法不仅可以用于修复失效零件的尺寸，而且可以提高零件表面的耐磨性、硬度和耐腐蚀性，以及其它用途等。3.5.1镀铬1.镀铬层的特点镀铬层的特点是：硬度高（800～1000HV，高于渗碳钢、渗氮钢），摩擦因数小（为钢和铸铁的50%），耐磨性高（高于无镀铬层的2～50倍），导热率比钢和铸铁约高40%；具有较高的化学稳定性，能长时间保持光泽，抗腐蚀性强；镀铝层与基体金属有很高的结合强度。2．镀铬层的应用范围镀铬层应用广泛。可用来修复零件尺寸和强化零件表面，如补偿零件磨损失去的尺寸。但是，补偿尺寸不宜过大，通常镀铬层厚度控制在0.3mm以内为宜。3.镀铬工艺镀铬的一般工艺过程如下：（1）镀前表面处理（2）施镀（3）镀后检查和处理此外，除应用镀铬的一般工艺外，目前还采用了一些新的