RU2186668C2

RU2186668C2 - Method for restoring worn cylindrical parts

Info

Publication number: RU2186668C2
Application number: RU2000100543A
Authority: RU
Inventors: А.П. Унтила; А.Б. Коберниченко
Original assignee: Военный автомобильнный институт
Priority date: 2000-01-10
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: processes for restoring parts by welding on in large number of industry branches, for example in restoration plants. SUBSTANCE: process for welding on under flux layer is realized at simultaneously working welded surface and removing slag scum by means of two knurled rollers arranged at diametrically opposite sides of restored part. Rollers are shifted one relative to another by pitch of welding-on and they are driven to rotation with revolution number 120-2400 1/min. Rotation planes of rollers are mutually crossed by angle 30-160 degrees along line that crosses rotation axis of part by right angle. EFFECT: increased rigidity of welded layer, lowered or cancelled allowance for mechanical working. 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к технике восстановления наплавкой изношенных деталей, к области упрочнения поверхностного слоя и сглаживания его неровностей, которые широко применяются во многих отраслях промышленности и, в частности, на ремонтных заводах. The invention relates to techniques for restoring worn parts by surfacing, to the field of hardening of the surface layer and smoothing its irregularities, which are widely used in many industries and, in particular, in repair factories.

Наиболее близким по технической сущности является способ восстановления изношенных цилиндрических деталей (Описание изобретения АС 513802, М. Кл. В 23 К 9/04. Способ восстановления изношенных цилиндрических деталей) путем наплавки с одновременной обработкой накатными роликами наплавляемой поверхности и удалением шлаковой корки заключается в том, что обработку производят двумя накатными роликами, расположенными с диаметрально противоположных сторон наплавляемой детали, смещенными друг относительно друга на шаг наплавки и перемещающимися вдоль продольной оси детали, при этом усилие первого по ходу ролика больше усилия давления второго ролика. The closest in technical essence is the method of restoring worn cylindrical parts (Description of the invention AC 513802, M. Cl. In 23 K 9/04. The method of restoring worn cylindrical parts) by surfacing with simultaneous processing of the deposited surface by rolling rollers and removing the slag crust is that the processing is carried out by two knurled rollers located on diametrically opposite sides of the deposited part, offset from each other by a step of surfacing and moving lengthwise of the longitudinal axis of the part, wherein the first force is greater along the roller pressure force of the second roller.

Недостатком этого способа является низкая чистота наплавленной поверхности, в результате чего необходимо оставлять большой припуск на последующую механическую обработку; относительно малая (до HRC 30) твердость наплавленного слоя, в большинстве случаев исключающая возможность использования наплавленных деталей. The disadvantage of this method is the low purity of the deposited surface, as a result of which it is necessary to leave a large allowance for subsequent machining; relatively low (up to HRC 30) hardness of the deposited layer, in most cases precluding the use of deposited parts.

Причина этих недостатков - малая зона пластической деформации наплавленного слоя из-за быстрого остывания металла, необходимость использования отдельного шлакоудаляющего приспособления, а также то, что в процессе наклепа и сглаживания неровностей металла участвует относительно небольшой участок рабочей поверхности ролика из-за его малой частоты вращения, равной частоте вращения наплавляемой детали. The reason for these shortcomings is the small zone of plastic deformation of the deposited layer due to the rapid cooling of the metal, the need to use a separate slag-removing device, and the fact that a relatively small portion of the working surface of the roller is involved in the process of hardening and smoothing irregularities of the roller due to its low speed, equal to the frequency of rotation of the deposited part.

Изобретение направлено на повышение твердости наплавленного слоя и чистоты наплавленного слоя, уменьшения или ликвидации припуска на механическую обработку, снижение трудоемкости и временных затрат при выполнении операций за счет совмещения процессов наплавки, наклепа и удаления шлаковой корки. The invention is aimed at increasing the hardness of the deposited layer and the purity of the deposited layer, reducing or eliminating the allowance for machining, reducing the complexity and time spent on operations by combining the processes of surfacing, hardening and removal of slag crust.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе восстановления изношенных поверхностей цилиндрических деталей, включающем наплавку под слоем флюса с одновременной обработкой наплавляемой поверхности и удалением шлаковой корки двумя накатными роликами, расположенными с диаметрально противоположных сторон обрабатываемой детали со смещением друг относительно друга на шаг наплавки, путем их перемещения вдоль продольной оси детали с приложением усилия первого ролика большим усилия второго, согласно заявленному изобретению накатные ролики принудительно вращают с частотой 120-2400 мин^-1, при этом плоскости вращения роликов пересекают под углом 30-160^o по линии, пересекающей под прямым углом ось вращения детали.The solution to this problem is achieved by the fact that in the known method of restoring worn surfaces of cylindrical parts, including surfacing under a flux layer with simultaneous processing of the deposited surface and removing slag crust by two knurled rollers located on diametrically opposite sides of the workpiece with offset relative to each other by the surfacing step, by moving them along the longitudinal axis of the part with the application of the force of the first roller to a greater force of the second, according to the stated acquisition, rolling rollers are forcibly rotated at a frequency of 120-2400 min ^-1 , while the plane of rotation of the rollers intersect at an angle of 30-160 ^o along a line intersecting at a right angle the axis of rotation of the part.

На фиг.1 показана схема предлагаемого способа. На фиг.2 - разрез по А-А на фиг. 1. На фиг.3 показано действие возникающих сил - осевой F_a, окружной F_t и радиальной F_r.Figure 1 shows a diagram of the proposed method. FIG. 2 is a section along aa in FIG. 1. Figure 3 shows the action of the arising forces - axial F _a , circumferential F _t and radial F _r .

Согласно способу наплавляемый валик 2 обжимается первым по ходу перемещения. According to the method, the weld bead 2 is crimped first in the direction of travel.

Наплавляемый валик 2 обжимается первым по ходу перемещения управляющим роликом 3 с усилием Р₁, необходимым для наклепа наплавленного металла на заданную глубину; при этом под воздействием осевой силы F_a, возникающей в результате того, что ролики расположены под углом β к оси вращения детали, происходит срезание шлаковой корки режущей кромкой 4.The weld bead 2 is crimped first along the movement by the control roller 3 with a force P ₁ necessary for hardening the weld metal to a predetermined depth; while under the influence of the axial force F _a resulting from the fact that the rollers are located at an angle β to the axis of rotation of the part, the slag crust is cut by the cutting edge 4.

Так как окружная сила F_t действует не перпендикулярно оси вращения детали, а под углом β, то под ее действием происходит более плотная деформация валиков наплавляемого металла, находящегося в горячем пластичном состоянии, а также некоторое "намазывание" верхнего слоя наплавленного металла каждого последующего валика на предыдущий. При принудительном вращении роликов от привода с частотой 120-2400 мин^-1 и изменении угла поворота роликов относительно оси вращения детали на величину 15-80^o (относительно друг друга - на угол γ = 180^°-2β, γ = (30-160)^°) обеспечивается практически полное заполнение промежутков между наплавляемыми витками, а также наклеп металла не только в поперечном (радиальном) направлении, но и в продольном (осевом) под действием соответственно усилия P₁ и сил F_a и F_t. Это является следствием того, что в результате наклонного расположения ролик не просто катится по наплавленной поверхности, а движется с боковым скольжением.Since the circumferential force F _t acts not perpendicular to the axis of rotation of the part, but at an angle β, under its action there is a more dense deformation of the weld metal rollers in a hot plastic state, as well as some “smearing” of the upper layer of the deposited metal of each subsequent roller on previous. For forced rotation of the rollers from the drive with a frequency of 120-2400 min ^-1 and a change in the angle of rotation of the rollers relative to the axis of rotation of the part by 15-80 ^o (relative to each other - by the angle γ = 180 ^° -2β, γ = (30-160) ^° ) provides almost complete filling of the gaps between the deposited coils, as well as metal hardening, not only in the transverse (radial) direction, but also in the longitudinal (axial) under the action of forces P ₁ and forces F _a and F _t, respectively. This is a consequence of the fact that, as a result of the inclined arrangement, the roller does not just roll along the deposited surface, but moves with lateral sliding.

При принудительном вращении роликов с частотой 120-2400 мин^-1 происходит дополнительный разогрев металла в зоне касания его с роликом (под действием возникающей силы трения), что позволяет расширить зону пластической деформации и увеличить наклеп, а следовательно, и прочность наплавляемого слоя.During forced rotation of the rollers with a frequency of 120-2400 min ^-1 , additional heating of the metal occurs in the zone of its contact with the roller (under the action of the arising friction force), which allows to expand the plastic deformation zone and increase the hardening, and hence the strength of the deposited layer.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

Предлагаемый способ был реализован в лаборатории кафедры ремонта Военного автомобильного института, г. Рязань. The proposed method was implemented in the laboratory of the repair department of the Military Automobile Institute, Ryazan.

Наплавке подвергались две одинаковых детали - первичные валы коробок передач автомобиля ЗиЛ-131. Two identical parts were surfaced - the input shafts of the ZIL-131 vehicle gearboxes.

Основные параметры режима (табл. 1) принимались одинаковыми для обеих деталей. Однако давление на первый ролик, на второй и их частота вращения выбирались разными. Для первой детали согласно прототипа. Для второй - согласно предлагаемого способа (табл. 2). The main parameters of the regime (Table 1) were assumed to be the same for both parts. However, the pressure on the first roller, on the second and their speed were chosen different. For the first part according to the prototype. For the second - according to the proposed method (table. 2).

При обработке первой детали известным способом необходимо было использовать сглаживающе-упрочняющее приспособление для удаления шлака. When processing the first part in a known manner, it was necessary to use a smoothing-strengthening device for removing slag.

Оптимальное значение давления первого ролика ≈ 16 кгс/см², второго - 10,2 кгс/см². Твердость наплавленного слоя в этом случае HRC 46. При попытке увеличить давление на ролики для получения большей твердости они начинали проскальзывать без качения (двигаться юзом) по поверхности детали. Это происходило вследствие отсутствия привода вращения у сглаживающе-упрочняющих роликов. Частота их вращения зависит от частоты вращения детали, вращение роликов осуществляется за счет трения о поверхность наплавленного слоя.The optimal pressure value of the first roller is ≈ 16 kgf / cm ² , of the second - 10.2 kgf / cm ² . The hardness of the deposited layer in this case is HRC 46. When trying to increase the pressure on the rollers to obtain greater hardness, they began to slip without rolling (moving in a skid) over the surface of the part. This was due to the lack of a rotation drive in the smoothing and strengthening rollers. The frequency of their rotation depends on the frequency of rotation of the part, the rotation of the rollers is due to friction on the surface of the deposited layer.

Шероховатость поверхности составила R_z=12,5 (14 квалитет), необходимо точение с последующим шлифованием, припуск на механическую обработку составил 2,1 мм.The surface roughness was R _z = 12.5 (14 grade), turning is required followed by grinding, the machining allowance was 2.1 mm.

При обработке второй детали предлагаемым способом частота вращения роликов от привода выбирается в пределах 120-2400 мин^-1. При частоте ниже 120 мин^-1 эффективность способа практически равна известному. С повышением частоты вращения увеличивается разогрев наплавленного слоя (увеличивается зона термического влияния), увеличивается твердость и чистота наплавленной поверхности, однако при частоте выше 2400 мин^-1 крутящий момент привода роликов не позволяет приложить к ним усилие, необходимое для наклепа на заданную глубину, а также в результате высоких значений силы трения температура роликов и наплавляемой поверхности настолько повышается, что возможен пережог металла в зоне контакта; при слишком высокой частоте вращения износ роликов резко повышается.When processing the second part of the proposed method, the frequency of rotation of the rollers from the drive is selected in the range of 120-2400 min ^-1 . At a frequency below 120 min ^{-1 the} effectiveness of the method is almost equal to the known. With an increase in the rotation frequency, heating of the deposited layer increases (the zone of thermal influence increases), hardness and cleanliness of the deposited surface increases, however, at a frequency above 2400 min ^{-1 the} drive torque does not allow them to apply the force necessary for hardening to a given depth, and as a result of high values of friction force, the temperature of the rollers and the deposited surface is so increased that it is possible to burn the metal in the contact zone; if the speed is too high, the wear of the rollers increases sharply.

Угол отклонения роликов друг от друга выбирается так, чтобы снятие шлаковой корки происходило более эффективно. The angle of deviation of the rollers from each other is chosen so that the removal of the slag crust occurs more efficiently.

При значениях γ меньше 30^o эффективность предлагаемого способа практически равна известному, шлаковая корка снимается плохо, частично попадая под ролик, что приводит к вдавливанию частиц шлака в наплавляемый металл.When the values of γ less than 30 ^{o the} effectiveness of the proposed method is almost equal to the known, the slag crust is poorly removed, partially falling under the roller, which leads to the indentation of slag particles in the weld metal.

При значении γ больше 160^o осевая сила F_a слишком велика, ролики становятся практически поперек оси вращения детали, что приводит к заклиниванию приспособления и неравномерности в работе. Для данной детали наиболее оптимальным является диапазон значений γ 86 - 91^o.When the value of γ is greater than 160 ^{o, the} axial force F _{a is} too large, the rollers become almost across the axis of rotation of the part, which leads to jamming of the device and uneven operation. For this part, the most optimal is the range of values of γ 86 - 91 ^o .

Claims

A method of restoring worn surfaces of cylindrical parts, including surfacing under a flux layer while simultaneously treating the deposited surface and removing the slag crust by two knurled rollers located on the diametrically opposite sides of the workpiece with offset relative to each other by the surfacing step, by moving them along the longitudinal axis of the part with the application force of the first roller, the second large force, characterized in that the ink application rollers are forcibly rotated with a frequency of 120-2400 min ^-1, pr This plane of rotation of the rollers intersect at an angle of 30-160 ^o on a line crossing at right angles to the axis of rotation of the items.