CHƯƠNG 3 PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY 3 1 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy Các chi tiết máy bị mài mòn thường dẫn đến phá hủy chế độ lắp ghép trong mối ghép như tăng khe hở, giảm độ dôi ban đầu, phá hủy.
Trang 1CHƯƠNG 3: PHỤC HỒI CHI TIẾT MÁY
3.1 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy
Các chi tiết máy bị mài mòn thường dẫn đến phá hủy chế độ lắp ghép trong mối ghép như: tăng khe hở, giảm độ dôi ban đầu, phá hủy hình dạng bề mặt Khi sửa chữa chi tiết này được phục hồi, giá thành phục hồi thường bằng 15÷40% giá thành chi tiết mới
Có nhiều phương pháp phục hồi chi tiết bị mòn như sau:
- Phương pháp hàn đắp,
- Phương pháp mạ điện phân (mạ crôm),
- Phương pháp gia công cơ khí (phương pháp sửa chữa kích thước)
3.1.1 Phương pháp hàn đắp
Hàn và hàn đắp được dùng rộng rãi khi sửa chữa cơ khí Sửa chữa các chi tiết gãy, nứt, vỡ bằng hàn Để có được mối ghép bằng hàn, các kim loại hàn được nung đến trạng thái dẻo hoặc chảy
Hàn đắp là một dạng khác của hàn, phương pháp này không dùng để nối các chi tiết hoặc các phần của kim loại thành một vật thể nguyên, mà đắp lên chi tiết phục hồi, chi tiết sửa chữa một loại vật liệu đắp bằng que hàn, vật liệu này phải tương đương với vật liệu của chi tiết cần được phục hồi hoặc sửa chữa
Trong sửa chữa chủ yếu dùng hai dạng hàn: hàn hồ quang và hàn khí
Hàn hồ quang bằng dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãi do chi phí năng lượng ít hơn so với dòng điện một chiều, giá thành thiết bị thấp, bảo dưỡng thiết bị đơn giản Người ta dùng que hàn có thuốc bọc ổn định Thiết bị chủ yếu để hàn bằng dòng điện xoay chiều là biến thế hàn, dùng để giảm điện áp và nâng cao cường độ dòng điện
Hàn khí cũng được dùng rộng rãi trong sửa chữa Bản chất của hàn khí các chi tiết thép và gang là làm chảy kim loại nhờ sự cháy của axetilen trong môi trường dư ôxy có ngọn lửa nhiệt độ khoảng 33000C và cao hơn
3.1.1.1 Hàn đắp các chi tiết bằng thép
Tính hàn của thép phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó, chủ yếu vào hàn lượng các bon Các nguyên tố hợp kim crôm, mangan, niken có ảnh hưởng lớn đến tính hàn của thép Tăng lượng cácbon và các nguyên tố hợp kim trong thép thì
Trang 2tính hàn của nó kém đi Có thể hàn đắp các loại thép có tính hàn tốt trong điều kiện sản xuất bình thường Song cũng có thể hàn các loại thép có tính hàn trung bình, tuy nhiên trước khi hàn cần nung nóng các chi tiết bằng các loại thép này Thép có tính hàn hạn chế và nhất là thép có tính hàn kém có thể bị nứt sau khi hàn tại các vùng kim loại đắp Vì vậy trước khi hàn cần phải ủ các chi tiết bằng vật liệu này ở nhiệt độ 600÷6500C, Sau khi hàn phải tôi ram lại
Để có mối hàn bền chắc khi hàn điện hồ quang dùng que hàn kim loại đường kính 1÷3 mm có thuốc bọc Thuốc bọc được dùng để cải thiện sự cháy của hồ quang, bảo vệ và nâng cao cơ tính của mối hàn Khi hàn tại vùng hàn kim loại cơ bản và kim loại đắp (que hàn) phải nóng chảy hoàn toàn Một điều kiện quan trọng khác để đảm bảo chất lượng hàn là chọn đúng chế độ hàn phù hợp với chiều dày chi tiết, đường kính que hàn và yêu cầu của mối hàn
Khi hàn đắp các chi tiết như ngõng trục của trục và trục truyền quay trong ổ trượt , trước khi hàn đắp, bề mặt chi tiết được làm sạch đến ánh kim loại Hàn đắp các lớp song song với đường tâm ngõng trục, lần lượt đắp các lớp đối xứng nhau qua tâm ngõng trục để tránh biến dạng Chiều rộng của lớp đắp không được lớn quá hai lần đường kính que hàn Lớp hàn trước phải làm sạch bằng bàn chải sắt trước khi phủ lớp hàn thứ hai, lớp hàn thứ hai phải phủ lên lớp trước 1/3 chiều rộng của nó
3.1.1.2 Hàn đắp các chi tiết bằng gang.
Khi phục hồi chi tiết bằng gang (Các chi tiết bằng thép hợp kim có chiều dày
< 3 mm) thường dùng hàn khí Que hàn có dạng thanh hoặc sợi bằng đồng để hàn Hàn gang dùng ngọn lửa ôxy-axêtylen, để đề phòng kim loại nóng chảy của mối hàn bị ôxy hoá, người ta dùng thuốc hàn borắc hoặc axít boríc
Trước khi hàn chi tiết bằng gang có thể nung nóng sơ bộ toàn bộ chi tiết, nung nóng cục bộ và không nung nóng Hàn chi tiết nung nóng 500÷7000C gọi là hàn nóng, nung nóng 250÷4500C gọi là hàn nửa nóng và hàn không nung nóng gọi là hàn nguội Nên hàn nung nóng sẽ có kết quả tốt hơn tránh được dạn nứt sau khi hàn, các chi tiết được nung nóng trong lò
Gang khó hàn, phương pháp đơn giản hơn cả để phục hồi chi tiết bằng gang là dùng que hàn đồng thau có thuốc hàn
Để hàn có chất lượng cao cần chuẩn bị sạch bề mặt hàn và chế độ làm nguội hợp lý Làm nguội mối hàn từ từ, chi tiết lớn làm nguội cùng lò, chi tiết nhỏ làm nguội trong cát khô nóng hoặc trong tro Nếu làm nguội nhanh sẽ tạo thành gang
2
Trang 3hạt thô và cứng, làm nguội không đều sẽ phát sinh ra ứng suất bên trong và gây ra các vết nứt
3.1.1.3 Hàn bằng hồ quang rung
Hàn hồ quang rung (hàn điểm) ngoài năng suất cao, còn đảm bảo cho vùng hàn chịu tác dụng nhiệt nhỏ nhất Chi tiết hàn bị nung không quá 80÷900C, nên sau khi hàn không bị biến dạng
Bản chất của hàn rung như sau: Dây hàn được một thiết bị chuyên dùng làm dung động rồi tiếp xúc với chi tiết hàn theo chu kỳ Trong thời điểm ngắn đầu điện cực chập mạch bị nóng chảy và kim loại nóng chảy đắp lên chi tiết
Khi hàn có dùng chất làm nguội nên kim loại ở vùng sau khi hàn đông cứng nhanh chóng, mặc dù tại vùng tiếp xúc có nhiệt độ cao
Thiết bị để hàn và nguyên lý làm việc gồm có: Máy phát điện một chiều 10 (hình
3-1), cường độ dòng điện được điều chỉnh bằng cuộn cảm 9 Đầu rung của máy phát gồm đòn dao động 3, và nam châm điện
4 dùng dòng xoay chiều Lò xo 8 tạo ra
dao động ổn định của đòn 3 Dây cực
điện (dây hàn) luồn qua mỏ hàn 2 được
kẹp chặt trên đòn dao động 3 Dây hàn
được truyền tự động từ cuộn 6 bằng cơ
cấu con lăn 5 được truyền dẫn từ động cơ
điên 7 Chất lỏng làm nguội được cung
cấp bằng bơm 1 theo ống dẫn đến vùng
hàn Chất lỏng làm nguội bảo vệ kim loại
khỏi bị ôxy hoá trong không khí, giảm
vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, làm cho mối
hàn hình thành nhanh chóng, nâng cao độ
cứng của lớp hàn Chất lỏng làm nguội
dùng dung dịch 5÷6% natri cacbonat
nung có cho thêm 0.5÷0,6% dầu máy
ôtô Chi tiết hàn được gá lên hai mũi
chống tâm của máy tiện Đầu hàn lắp trên
bàn dao tại chỗ gá dao Trong quá trình hàn chi tiết quay với tốc độ 0,2÷0.4 m/ph Bàn dao mang đầu hàn dịch chuyển dọc 2÷3 mm
1
2
3 4 5
6
7
8
9 10 24V
Hình 3-1 Sơ đồ thiết bị hàn hồ quang rung
Trang 4Hàn hồ quang rung để phục hồi các mặt hình trụ bị mòn, chiều dày của mỗi lớp hàn là 1÷3,5 mm, tuỳ theo đường kính que hàn, thường dùng loại đường kính 1,5÷2,5 mm Phương pháp hàn điểm có thể hàn được lớp có độ cứng đạt HRC 38÷56 Bề mặt hàn đắp được gia công bằng phương pháp mài hoặc dao cắt hợp kim cứng
3.1.1.4 Hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ (CO2)
Khi hàn bằng que hàn chất lượng cao dưới lớp thuốc hàn bảo vệ mối hàn, phần lớn năng lượng tiêu hao để đốt nóng chảy vật liệu thuốc bọc que hàn hoặc thuốc hàn Về mặt này thì hàn bằng que hàn trần trong môi trường khí bảo vệ (CO2) bảo đảm: Hệ số đắp cao, khối lượng kim loại đắp khi năng lượng điện tiêu hao 1A/h thấp Vật liệu đắp ngấm sâu vào kim loại cơ bản và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt nhỏ, đây là ưu điểm hàn đắp trong môi trường khí CO2 đồng thời khắc phục được cả những nhược điểm các tồn tại khi hàn bằng que hàn dưới lớp thuốc hàn bảo vệ, kim loại bắn tóe tung, hao phí, cháy các bon
Khi hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ (CO2), để tránh cho kim loại nóng chảy khỏi bị tác dụng của không khí, người ta dùng khí CO2 thay cho thuốc hàn Có hàn trong môi trường khí CO2 ở bất kỳ vị trí nào trong không gian Hàn nửa tự động trong môi trường khí CO2 cho phép năng suất tăng gấp 2,5÷3,5 lần so với hàn bằng que hàn có thuốc bọc bảo vệ
3.1.1.5 Hàn đắp kim loại màu
Các chi tiết bằng đồng, đồng thanh, nhôm và các hợp kim của nhôm bị mòn được phục hồi hàn đắp bằng khí (ôxy-axêtylen) Người ta dùng các thanh vật liệu hàn có thành phần hoá học gần với kim loại cơ bản
Khi phục hồi chi tiết bằng đồng thanh thì nên dùng que hàn bằng đồng thau Đồng thau là hợp kim của đồng (Cu) và kẽm (Zn), kẽm trong đồng thau đã giúp cho điểm nóng chảy của đồng thau thấp xuống đáng kể, tăng tính đúc, tính hàn và chịu mài mòn tốt Các chi tiết có khối lượng lớn hơn 10 kg cần nung nóng sơ bộ bằng mỏ hàn hoặc trong lò chuyên dùng đến nhiệt độ 400÷4500C trước khi hàn Sau khi hàn, phải làm sạch nhanh trong không khí, còn đối với đồng thanh có hàn lượng đồng cao làm sạch trong nước
Hàn đắp các chi tiết đồng bằng dây đồng cho các chi tiết lớn thường dung bằng hai mỏ hàn, một để đốt nóng sơ bộ, một để hàn Có thể làm chắc thêm mối hàn bằng cách sau khi hàn, rèn ở trạng thái nóng
4
Trang 5Phục hồi chi tiết nhôm bằng hàn đắp phải sử dụng khí bảo vệ mối hàn Thiết
bị hàn thường là hàn MIG (Metal inert gas) dùng cho hàn kim loại mầu và hợp kim mầu dưới sự bảo vệ của khí trơ Argon Khí trơ Argon có tác dụng bảo vệ mối hàn ở dạng lỏng khỏi bị ôxy hóa tạo nên ôxýt nhôm làm rỗ mối hàn Chọn kim loại để hàn gần giống với thành phần kim loại cơ bản
Các chi tiết kim loại đen có thể hàn đắp bằng đồng, đồng thau, đồng thanh (đồng thanh còn gọi là đồng thiếc, nó là hợp kim của đồng (Cu) và thiếc (Sn)), dùng mỏ hàn ôxy-axêtylen có thuốc hàn borắc hoặc axít boríc Khi hàn xong ta được lớp kim loại mầu bền vững gắn chặt với kim loại cơ bản Song cần chú ý trước khi hàn: Làm sạch và khử dầu bề mặt chi tiết cần hàn đắp, sau đó nung nóng bằng mỏ hàn chi tiết cần hàn đắp (chi tiết có kích thước bề mặt hàn đắp lớn) đến gần nhiệt độ của kim loại cần hàn đắp Có nhiều trường hợp hàn đắp bằng hai mỏ hàn, một mỏ đặt phía trước để nung nóng sơ bộ kim loại, mỏ thứ hai để hàn đắp có thuốc borắc Thuốc hàn borắc bảo vệ hoàn toàn bề mặt lớp kim loại màu nóng chảy khỏi bị ôxy hoá Sau khi nguội ta được bề mặt kim loại bằng phẳng và đẹp
3.1.2 Phương pháp mạ điện phân
3.1.2.1 Mạ crôm
Mạ crôm là quá trình phủ lớp kim loại điện phân lên chi tiết cần sửa chữa (hình 3-2) trong bể thép được đun nóng có lát lớp trong 2 bằng chì cán dát mỏng hoặc nhựa vinyl Chất điện phân 3 gồm: anhydrit crômic, axít sunfuaric và nước cất Trước khi mạ, cần làm sạch bụi bẩn, gỉ, dầu mỡ, làm cho chúng có hình dạng, hình học đúng và mài hết các vết xước trên bề mặt cần mạ Đo bề mặt đã mài bằng pan me và xác định chiều dày lớp mạ crôm cần thiết kể cả lượng dư gia công cơ khí lần cuối để tính thời gian mạ (mạ crôm có chiều dày lớp mạ 0.1 mm mất từ 6÷16 giờ tuỳ theo chế độ mạ) Những chỗ không cần mạ trên chi tiết cần được cách ly bằng cách phủ một lớp nhựa hoặc lớp sơn cách điện
Chi tiết phục hồi 1 nhúng vào trong bể mạ
bằng giá chuyên dùng được nối với cực âm của
dòng điện một chiều Trong bể cùng với chi tiết,
người ta treo các tấm hợp kim chì và antimon với
số lượng xác định và nối với cực dương của dòng
điện Diên tích chung của các tấm hợp kim này
phải lơn hơn diện tích cần phủ 2÷2,5 lần Khi cho
5
Hình 3-2 Sơ đồ mạ crôm
_ +
Các tấm hợp kim (chì và antimon) Chi tiết cần phục hồi
4
3
1 2
Trang 6dòng điện đi vào mạch điện thì các hạt crôm tách ra từ chất điện phân đến bám chắc vào chi tiết
Mạ crôm được dùng rộng rãi trong thực tế, để sửa chữa phục hồi các bề mặt làm việc của trục, trục chính và các chi tiết tương tự khác có độ mòn đến 0,2 mm lớp mạ crôm chịu được nóng đến 8000C, rất cứng và làm việc tốt khi mài mòn với thép mền, với gang và các thép thấm ni tơ chúng còn có tính chống ăn mòn cao Thời hạn sử dụng của chi tiết sau khi mạ crôm tăng 3÷10 lần Lớp mạ crôm có màu trắng xanh, có đặc điểm óng ánh và chịu được trong môi trường ẩm ướt
Điện áp khi mạ thấp từ 6÷12V dòng điện một chiều Chiều dày lớp mạ crôm trên chi tiết không lớn hơn 0,2 mm, nếu lớn hơn độ bền vững kém vì lớp mạ có độ giòn cao, dễ bị tróc Không nên mạ crôm cho chi tiết làm việc chịu tải trọng va đập (ví dụ răng của bánh răng) hoặc chịu áp suất lơn hơn 75 kg/cm2
3.2.2.2 Mạ thép
Mạ thép là phưong pháp phục hồi chi tiết máy bằng cách mạ một lớp sắt điện phân Quá trình mạ xảy ra nhanh hơn mạ crôm từ 10÷20 lần; bằng phương pháp này có thể phủ lớp kim loại dày đến 2mm Nhưng khi lớp mạ dày thì độ bền của nó giảm đi
Mạ thép được tiến hành hoặc là trong bể bằng nhựa faolit, bằng gốm và bê tông chịu axít hoặc trong bể kim loại có phủ lớp chịu axít Chất điện phân trong bể được đun nóng bằng dòng điện
Trong hai nhóm chất điện phân thường được dùng để mạ thép là sunfat và clorua Trong thực tế sửa chữa thường dùng nhóm clorua vì nó cho chất lượng lớp
mạ cao hơn và thời gian mạ ngắn hơn
Ưu điểm chủ yếu của lớp mạ thép là: lớp mạ thép bám chắc với lớp kim loại
cơ bản Lớp mạ thép có các tính chất cơ lý giống thép cácbon trung bình
3.1.3 Phương pháp gia công cơ khí (phương pháp sửa chữa kích thước)
Phục hồi chi tiết bằng gia công cơ khí được dùng rộng rãi như phương pháp tự phục hồi chính xác các đường trượt của máy, các lỗ hoặc các ngõng trục của các chi tiết khác nhau, các ren của trục vít me bị mòn v.v Lợi ích kinh tế là ở chỗ giá thành phục hồi sửa chữa thấp hơn đáng kể so với chi tiết mới do tiết kiệm được vật liệu, giảm bớt chi phí lao động gia công và tăng nhanh tiến độ sửa chữa
Bản chất của phương pháp này là phục hồi sửa chữa đúng độ chính xác hình học của chi tiết cần phục hồi có độ phức tạp lớn bằng cách lấy đi một lớp kim loại
6
Trang 7nhỏ nhất ở bề mặt bị mòn, mà không cần giữ nguyên kích thước ban đầu Sau đó sửa chữa mối ghép bằng cách lắp thêm vào những chi tiết bù trừ hoặc chế tạo chi tiết mới bảo đảm chế độ lắp ban đầu
Kích thước sửa chữa tự do: là kích thước sửa chữa không quy định trước, kích
thước này là trị số nhận trực tiếp trong quá trình gia công, nghĩa là kích thước lớn nhất đối với trục và nhỏ nhất đối với lỗ
Kích thước sửa chữa theo quy định: là kích thước quy định khi phục hồi chi
tiết người ta gia công bề mặt bị mòn đến kích thước đó Đối với hệ thống kích thước sửa chữa này sẽ được quy chế hoá để tạo điều kiện để sử dụng phương pháp lắp đổi lẫn khi sửa chữa và đảm bảo sửa chữa nhanh chóng Nếu dùng phương pháp này thì có thể chế tạo các chi tiết dự trữ
Các đường trượt của băng máy, bệ máy các máy công cụ bị mòn cũng được phục hồi bằng cách bào, mài và các phương pháp khác Người ta phục hồi độ chính xác hình học bằng cách lấy đi một lớp kim loại Để phục hồi chuỗi kích thước của đường trượt, bàn dao và các đơn vị lắp khác bằng điều chỉnh chi tiết bù trừ
3.2 Căn cứ để lựa chọn phục hồi chi tiết máy
Để lựa chọ phương pháp phục hồi chi tiết máy một cách có hiệu quả nhất cần phải dựa vào các căn cứ sau:
1 Tính hợp lý về kinh tế: Mức độ chi phí cho sản xuất để phục hồi chi tiết máy thường bằng 15÷40% giá thành chi tiết mới
2 Điều kiện cơ sở vật chất (thiết bị, nhà xưởng) của nhà máy, xí nghiệp hiện có
3 Vật liệu và tính công nghệ của chi tiết phục hồi: Cần phải tiết kiệm nguyên liệu như kim loại màu, hợp kim và các loại vật liệu giá trị khác Đồng thời phải hiểu được tính công nghệ của chi tiết gia công
4 Trị số và đặc điểm mòn của chi tiết cần phục hồi
5 Biết thời gian phục vụ (sử dụng) chi tiết mới với chi tiết phục hồi
6 Các yêu cầu về điều kiện kỹ thuật khi phục hồi
7 Số lượng các chi tiết cùng loại có cùng độ mòn cần được phục hồi trong cùng một thời gian