9-机械零件修复技术

中国矿业大学机电学院第八章机械零件的修复技术第七章机械零件修复技术第一节机械加工修复技术第二节焊接修复技术第三节热喷涂和喷焊技术第四节电镀修复技术第五节粘接与表面粘涂修复技术第六节金属扣合技术第七节机械零件修复技术的选择中国矿业大学机电学院零件修复的任务是恢复有修复价值的损伤零件的尺寸、几何形状和力学性能。零件修复的目的是在经济合理及有效的原则下恢复零件的配合性质和工作能力。零件修复原理及技术是一门综合研究零件的损坏形式、修复方法及修后性能的学科。应用各种修复新技术修理机械是提高机械维修质量、缩短修理周期、降低修理成本、延长机械使用寿命的重要措施，尤其对贵重、大型零件及加工周期长、精度要求高的零件及需要特殊材料或特种加工的零件，意义更为突出。中国矿业大学机电学院对失效的机械零件进行修复与更换新件相比较有如下优点：①修复零件一般可节约材料、节约加工以及拆装、调控、运输等费用，降低维修成本；②减少新备件的消耗量；③避免等待配件，缩短停修时间；④一般不需精、大、稀关键设备，易于组织生产；⑤利用新技术修复旧件还可提高零件的某些性能。零件的修复可以有多种工艺方案，如焊、补、喷、镀、铆、镶、配、改、校、胀、缩、粘等。中国矿业大学机电学院零件修复可采取三种基本方法：①是对已磨损的零件进行机械加工，以使其重新具有正确的几何形状(改变了原有尺寸)，这种方法叫做修理尺寸法；②是利用堆焊、喷涂、电镀和粘接等方法增补零件的磨损表面，然后再进行机械加工，并恢复其名义尺寸、几何形状以及表面粗糙度等，这种方法叫做名义尺寸修理法；③是通过特别修复技术，改变零件的某些性能，或利用零件的金属的塑性变形来恢复零件磨损部分的尺寸和形状等等。中国矿业大学机电学院第一节机械加工修复旧件修复的特点是：(1)修理中加工零件品种较多，数量较少，有时甚至是单件生产，零件尺寸、结构复杂。(2)加工余量小，且有一定的限制。(3)加工的工件硬度高，有时甚至要切削淬硬的金属表面，加之使用中产生的磨损与变形等，使零件的修理困难较大，加工技术要求较高。零件的机械加工修复对精度的要求一般是与新件一样，即符合图纸规定的技术要求。中国矿业大学机电学院一、机械加工修复中应注意的问题(一)零件的定位基准与加工精度零件机械加工修复中定位基准的选用应遵循：①基准重合原则选择零件上的设计基准作为定位基准；②基准统一原则在多数工序中采用一组可方便地加工其他表面的基准来定位；③均匀性原则以变形和磨损最小的基面作为定位基准，并足以保证重要表面的加工均匀。中国矿业大学机电学院(二)轴类零件的圆角曲轴、转向节、球头销、液压油缸活塞杆等一些承受交变载荷的轴类零件，在形状和尺寸改变处，对应力集中很敏感。为了减少应力集中，在形状和尺寸改变处应有圆角过渡。如图7-1所示。圆角处的最大应力要比轴颈中部的应力大2~4倍。这个增大的倍数叫应力集中系数：圆角半径r越小，应力集中系数越大；反之，则小。但r过大，会使装配间隙增加，所以r值有一定的范围。在修复加工中，只要不妨碍装配，圆角应尽量取其图纸规定的上限，尽可能留大一点。经修复后的曲轴发生断裂的原因绝大多数是r角过小或无过渡角。中国矿业大学机电学院图7-1曲轴圆角处的应力情况K-应力集中系数；h-曲柄臂厚；r-圆角半径中国矿业大学机电学院(三)零件的表面粗糙度零件修复后应具有与新零件相同的表面精度。零件表面粗糙度的高低会影响零件的疲劳强度。表面粗糙度的高低，对零件的耐磨性有直接影响，对润滑油膜的形成也有影响。表面粗糙度对零件的配合性质有影响。表面粗糙度还会对零件的抗腐蚀性能产生影响。用抛光或滚压的方法，可降低表面粗糙度。中国矿业大学机电学院(四)零件的平衡工程机械上有许多高速旋转的零件，为了减少振动，都要经过平衡。但是，零件在使用过程中，由于变形、磨损、松旷改变了原来的平衡状态；在修理过程中，由于堆焊、喷涂、机械加工等，又会引起新的不平衡：这种不平衡，将使零件在运动中产生附加载荷，振动及噪音等，甚至造成断裂等事故。修复对平衡有要求的零件，需按规定的条件进行平衡试验，保证其不平衡值在允许的范围内，以免造成零件和机构的早期损坏。中国矿业大学机电学院二、修理尺寸法修理尺寸法是利用机械加工除去待修配零件中磨损零件表面的一部分，使零件具有正确的几何形状、表面粗糙度和新的尺寸(这个新尺寸对外圆柱面来说，比原来名义尺寸小，对孔来说比原来名义尺寸大)，而另一零件则换用相应尺寸的新件或修复好的磨损配合件，使它们恢复到原有的配合性质，保证原有配合关系不变的修理方法。配合件的这一新尺寸，称之为修理尺寸。修理尺寸是根据零件的磨损规律事先规定的与原来公称尺寸不同的并依据它来修理两相配零件的配合尺寸：修后配合尺寸改变了但配合精度没有改变。用修理尺寸法修理时常需有修理尺寸配件。中国矿业大学机电学院修理尺寸是根据相配两零件中重要而复杂的零件确定的，如轴与轴承配合的修理尺寸是根据轴确定的，活塞与缸套配合的修理尺寸是根据缸套确定的。按修理尺寸法修理零件时有几种典型方法：①均匀磨损同心修理(修后轴心与新件相同)；②不均匀磨损不同心修理(修后轴心与新件轴心不相同)；③不均匀磨损同心修理。轴颈用修理尺寸法修理时的典型方法，如图7-2所示。由于不同心修理会造成机械工作时产生不良后果而较少使用。中国矿业大学机电学院图7-2轴颈按修理尺寸法修理中国矿业大学机电学院修理尺寸有两种：一种是标准的，即各级修理尺寸的间隔值为定值，其修理尺寸和修理次数由国家或生产厂家统一规定，修理厂只需修理配合件中的一个，而另一配件由配件厂统一供应。另一种是非标准的也称为任意尺寸修理法，其间隔值为变数，修理时将相配零中的主要件进行加工，去除缺陷恢复零件的正确几何形状和表面质量，而不必达到一定的修理尺寸。根据加工好的零件尺寸再更换或修复其配合件。采用修理尺寸法，可大大延长复杂贵重零件的使用寿命，简便易行，经济性好；缺点是减弱了零件的强度，使零件互换性复杂化。采用修理尺寸法达到最后一级时，零件强度下降较多，若需要继续使用此零件时需可采用镶套、堆焊、喷涂、电镀等方法使其恢复到基本尺寸。中国矿业大学机电学院三、附加零件法附加零件法用来补偿零件工作表面的磨损(镶套修复法)，也用于替换零件磨损或损伤的部分(局部更换法)。(一)镶套修复法零件的镶套修复法的实质，是利用一个特制的零件(附加零件)，镶配在磨损零件的磨损部位(需先加工恢复零件这个部位的几何形状)以补偿基本零件的磨损，并将其加工到名义尺寸从而恢复其配合特性。这种方法适用于表面磨损较大的零件，如可用来修复变速器、后桥和轮毂壳体中滚动轴承的配合孔，壳体零件上的磨损螺纹孔及轴的轴颈。中国矿业大学机电学院依据待修表面的形状，如结构及强度允许采用镶套法修理，应先将原孔镗大，压入特制的套，再对套的孔进行加工使之达到需要的孔径尺寸和精度（图7-3）。轴的磨损端轴颈若结构和强度允许，可将轴颈加工至较小的尺寸，然后在轴颈上压入特制的轴套(图7-4)，并加工到需要的尺寸和精度。轴套和轴颈应采用过盈配合，为防止松动也可在套的配合端面点焊或沿整个截面焊接，也可用止动销固定。中国矿业大学机电学院图7-3磨损孔的镶套图7-4轴颈的镶套修理中国矿业大学机电学院螺纹孔的附加零件修复是：先将螺纹儿镗大到一定尺寸，并车出螺纹，螺纹的螺距通常与原有的螺纹的螺距相同。然后将特制的具有内外螺纹套旋入零件的螺纹孔中，螺纹套的内螺纹应与原有的螺纹相同，螺纹套可用锁止螺钉固定(图7-5)。图7-5螺孔镶螺塞图7-6镶齿中国矿业大学机电学院(二)局部更换法具有多个工作表面的机械零件，各表面在使用过程中的磨损程度是不一致的，有时只有一个工作表面磨损严重，其他表面尚好或只有轻度磨损，若零件结构允许，可从零件上除去磨损部分，对这一部分另行制造好后，将其与零件的余留部分再焊接在一起。对齿类零件，尤其是对精度不高的大中型齿轮，若出现一个或几个轮齿损坏或断裂，可先将坏齿切割掉，然后在原处用机加工或钳工方法加工出燕尾槽并镶配新的轮齿，端面用紧固螺钉或点焊固定，如图7-6所示。若轮齿损坏较多，尤其是多联齿轮齿部损坏或结构复杂的齿圈损坏时，可将损坏的齿圈退火车去，再配新齿圈，连接可用键或过盈配合，新齿圈可预先加工也可装后再加工齿。中国矿业大学机电学院四、换位修理法换位修理法是将零件的磨损(或损坏)部分翻转过一定角度，利用零件未磨损(或未损坏)的部位来恢复零件的工作能力。这种方法只是改变磨损或损坏部分的位置，不修复磨损表面。修理作业中此法经常用来修理磨损的槽、螺栓孔和飞轮齿圈等。图7-7为采用换位修理法修复磨损键槽和螺栓孔的实例。飞轮齿圈轮齿啮入部分单面磨损严重后常用换位修理法修理。具体方法是，将齿圈压出、翻转180°后再将齿圈压入飞轮，利用轮齿未磨损部位可继续正常工作。中国矿业大学机电学院图7-7零件的换位修理法a)磨损键槽的修理；b)磨损螺栓孔或螺孔的修理中国矿业大学机电学院对履带式机械的驱动轮，经常采用两种换位修理法；一种是在驱动轮一面磨损大(前进方向)，一面磨损小的情况下，将左右驱动轮互换安装；另一种是若驱动轮是偶数齿，而履带链轨节距恰等于两个齿距时，驱动轮只有一半轮齿工作，当这一半轮齿磨损严重时，可将驱动轮相对转过—个齿距，使另一半轮齿进入工作，以延长其使用寿命。中国矿业大学机电学院五、钳工加工修复1．铰孔2．磨3．研磨4．刮削5．钳工修补(1)键槽(2)铸铁裂纹修补图7-8铸铁裂纹用加固法修复中国矿业大学机电学院第二节焊接修复技术焊接技术用于修复零件使其恢复尺寸与形状或修复裂纹与断裂时称为补焊；用于恢复零件尺寸、形状，并赋予零件表面以某些特殊性能的熔敷金属时称为堆焊。补焊和堆焊突出的优点是：结合强度高，可修复磨损失效零件；可以焊补裂纹与断裂、局部损伤；可以用于校正形状。缺点：由于补焊和堆焊时对零件的局部不均匀的加热使零件产生内应力和变形，所以一般不宜于修复较高精度、细长和薄壳类零件。中国矿业大学机电学院一、焊修的基本概念及产生应力与变形的原因（一）基本概念1．电焊电焊是利用电弧的热能，以焊条为填充金属材料，使欲焊接的金属零件部位处于熔化状态的焊接方法。2．气焊气焊所用的火焰(焊接热源)是由可燃气体与氧混合燃烧而成的。中国矿业大学机电学院3．钎焊钎焊是利用氧乙炔焰或汽油喷灯等的热能将欲焊接工件的两个接头中间的钎料熔化(一般钎料的熔点温度比母材的要低10℃以下)。待冷凝后将钎焊接头连接在一起的焊接方法。4．焊修生产率焊修生产率常用熔敷率来表示。熔敷率即单位时间内熔敷到零件上的金属重量，单位为kg/h，手工焊修的熔敷率比较低。5．冲淡率焊缝由焊条和基体金属熔化后的混合物冷却而成。进入焊缝中的基体金属重量与焊缝重量的百分比叫冲淡率。中国矿业大学机电学院(二)焊修时零件产生应力与变形的原因(三)防止悍件产生应力和变形的方法1.焊前预热、焊后缓冷或焊后退火处理2.采用合理的施焊顺序1)对称焊2)分段后退焊3.多层焊4.锤击焊缝5.人工冷却6.加热减应区法7.使用夹具和固定工具，防止焊件变形中国矿业大学机电学院二、补焊1．钢制零件的补焊由于机械零件多为承载件，除对其材料有物理性能和化学成分要求外，还有尺寸精度和形位精度要求。在焊修时，还要考虑材料的焊接性以及焊后的加工性要求。加之零件损伤多是局部损伤，焊修时要保持未损伤部位的精度和物理、化学性能，焊修后的部位要保持设计规定的精度和材料性能。由于电弧焊能量集中、效率高，能减少对母材组织的影响和零件的热变形，涂药焊条品种多，容易使焊缝性能与母材接近，所以是目前应用最广泛的方法。中国矿业大学机电学院为了保证焊修质量，焊接工艺措施要合理。(1)低碳钢零件(2)中、高碳钢零件由于钢中含碳量的增高，焊接接头处容易产生焊缝内的热裂纹、热影响区内由于冷却速度快而产生低塑性淬硬组织引起的冷裂纹，焊缝根部主要由