Правка вала ротора. Ремонт деталей типа валов Сколько нужно человек для ремонта приводных валов

Правка металла – операция, при помощи которой устраняют неровности, кривизну или другие недостатки формы заготовок. Правка металла – это выправление металла действием давления на какую-либо его часть независимо от того, производится это давление прессом или ударами молотка (рихтовка). Правка применяется при искажении формы деталей, например при изгибе, и скручивании валов, осей, шатунов, рам; при вмятинах и перекосах тонкостенных деталей. В зависимости от степени деформации и размеров детали правят с нагревом или без него. Правят стальные листы, листы из цветных металлов и их сплавов, стальные полосы, прутковый материал, трубы, проволоку, стальной квадрат, круг стальной, а также металлические сварные конструкции. Металл правят как в холодном, так и в нагретом состоянии. Правка играет большую роль в восстановлении негодных деталей оборудования. Правильно примененная правка может полностью восстановить деталь, вернув ей первоначальные качества. Правка может осуществляться в холодном состоянии, с подогревом и путем термического воздействия. Обработка металлов давлением при температуре ниже температуры рекристаллизации называется холодной обработкой, а при более высокой температуре – горячей обработкой.

Правка холодным методом основана на механическом воздействии, вызывающем пластические деформации металла. Правку деталей из листового проката выполняют холодным методом вручную или на машинах. При ручной правке металлический лист проколачивают на ровной плите или наковальнях с помощью ручного инструмента или пневматического молотка со специальным зубилом. Машинную правку листовых деталей осуществляют прокаткой и растяжением. Правку прокаткой выполняют на валковых листоправильных машинах (рис. 1). Правку растяжением выполняют на растяжных правильных машинах, состоящих из стола-рольганга и гидравлического цилиндра двустороннего действия с подвижными зажимами, в которых зажимают листовую деталь. С повышением давления в гидравлическом цилиндре зажимы раздвигаются и создают в укороченных волокнах закрепленного листа растягивающие напряжения, достигающие предела текучести материала. В результате пластического растяжения укороченных волокон материала листовая деталь выпрямляется. В отдельных случаях правку листовых деталей выполняют поперечным изгибом на гидравлическом прессе последовательным нажимом пуансона. Сварные полотнища, получившие деформации от усадки сварных швов, правят аналогично деталям из листового проката.

Рис. 1.

Правку деталей из профильного проката осуществляют холодным методом – вальцеванием на роликовых машинах, растяжением на растяжных машинах, а также поперечным изгибом на горизонтально-гибочных и гидравлических прессах. Правку сварных тавровых балок, рам, имеющих недопустимые сварочные деформации, выполняют холодным методом аналогично правке деталей профильного проката, а также тепловым методом.

Холодная правка ряда деталей является трудоемкой операцией, в процессе которой необходим контроль эффективности ее применения. Поэтому помимо обычного оборудования и контрольного инструмента (гидравлические прессы, индикаторы) все большее применение находят специальные стенды и приспособления, позволяющие осуществлять правку и комплексную проверку детали в процессе ее применения.

Холодная правка не влияет на структуру металла, так как на самом деле способствует снижению внутреннего напряжения материала. Это значительно отличает ее от горячих методов правки, когда материал подвергают нагреву до температур структурного превращения металла и таким образом наносят ему ущерб. Однако при правке без нагрева у стальных деталей остаются значительные внутренние напряжения. В результате после правки они постепенно принимают первоначальную форму. Для снятия внутренних напряжений после холодной правки деталь необходимо стабилизировать, т. е. выдержать при температуре 400…450 °С около 1 часа или при температуре 250…300 °С в течение нескольких часов.

Недостатки механической холодной правки: опасность обратного действия, снижение усталостной прочности и несущей способности детали. Опасность обратного действия вызвана возникновением неуравновешенных внутренних напряжений, которые с течением времени, уравновешиваясь, приводят к объемной деформации детали. Ухудшение усталостной прочности деталей происходит за счет образования в ее поверхностных слоях мест с растягивающими напряжениями, причем снижение усталостной прочности достигает 15…40 %.

Для повышения качества холодной правки применяют следующие способы: выдерживание детали под прессом в течение длительного времени; двойная правка детали, заключающаяся в первоначальном перегибе детали с последующей правкой в обратную сторону; стабилизация правки детали последующей термообработкой. Последний способ дает лучшие результаты, но при нагреве может возникнуть опасность нарушения термической обработки детали, кроме того, он дороже первых двух.

Холодная правка валов

При эксплуатации машин у валов возникают дефекты: изгиб; износ рабочих поверхностей; повреждение резьбы, шпоночных канавок и шлицев. Изгиб валов определяют в центрах токарного станка, специальных приспособлений или на призмах с использованием стоек с индикаторами (рис. 2).

Рис. 2.

Изгиб валов устраняют правкой: холодной или горячей. Холодную правку выполняют под прессом. Следует иметь в виду, что при холодной правке в результате появления наклепа в металле возникают внутренние напряжения, величина которых тем выше, чем больше величина деформации при правке. Кроме того, при холодной правке не всегда сохраняется требуемая форма вала (валы могут вновь принимать свою искаженную форму). Поэтому рекомендуется после холодной правки нагреть валы до 400…450 °С, выдержать 1 час и медленно охладить.

Правка по методу Буравцева . Его назвали «поэлементной холодной правкой». В процессе правки по методу Буравцева также используется пресс (рис. 3). Ноу-хау заключается в специальном приспособлении, с помощью которого поверхностный слой шейки вала пластически деформируется так, что в нем вместо обычных напряжений растяжения создаются напряжения сжатия. Галтель при этом не затрагивается, а значит, усталостная прочность коленчатого вала после правки не только не уменьшается, но даже возрастает. Более того, избавившись от недостатков ранее известных способов, поэлементная холодная правка позволяет восстановить любые коленчатые валы (и чугунные, и стальные) любых двигателей (от мотоциклов до экскаваторов), имеющих практически любой прогиб. При этом точность правки очень высока. Например, удается обеспечить взаимное биение коренных шеек 0,01 мм при исходном биении свыше 1 мм.

Рис. 3.

За годы использования способа поэлементной правки на практике накоплен фактический материал о дальнейшей «судьбе» выправленных коленчатых валов как отечественных автомобилей, так и иномарок, включая грузовики и автобусы. Статистика показала, что эти коленчатые валы не возвращаются в изогнутое состояние со временем. Не было и рекламаций, связанных с поломкой валов, что косвенно свидетельствует об их высокой усталостной прочности.

Правка валов наклёпом . Способ целесообразен для правки коленчатых валов, биение которых не превышает 0,03…0,05 % от длины вала. Он производится наклепом щек пневматическим молотком со специальной головкой. Коленчатый вал укладывается на призмы верхними коренными шейками или устанавливается в центрах. Продолжительность правки и глубина наклепа (деформации щеки) зависят от силы и числа ударов в единицу времени. По одному и тому же месту не рекомендуют делать более трех-четырех ударов; контроль эффективности правки осуществляют измерением биения вала. Наклепу подлежат внутренняя и наружная стороны щеки (со стороны шатунной шейки) в зависимости от направления биения вала. Правка наклепом щек коленчатого вала не снижает его усталостной прочности.

Горячая правка металла

Этот метод правки является универсальным. Он осуществляется с помощью обычных средств нагрева и применяется для выправления деталей различной конфигурации с большой степенью точности. Одно из преимуществ метода в том, что он позволяет править литые детали из чугуна, которые иначе выправить почти невозможно. При необходимости процесс можно вести так, что исправление оси детали происходит замедленно и измеряется десятыми и сотыми долями миллиметра. Термическим воздействием можно производить правку деталей большого сечения, что особенно ценно при отсутствии на предприятии достаточно мощного прессового оборудования.

При горячей правке выравнивание получается в результате создания напряжений усадки. Это явление объясняется тем, что нагретая часть благодаря увеличению температуры старается расшириться, а окружающая ее область противодействует этому. При этом нагретая часть металла пластически деформируется. После осадки неровности нагретая часть охлаждается и создаваемые напряжения растяжения способствуют выравниванию металла. Правка тем эффективнее, чем быстрее происходит процесс нагревания и охлаждения и чем ýже нагреваемая полоса. В то же время слишком узкая полоса нагревания вызывает трещины в материале.

Деталь типа вала или оси круглого сечения или балки прямоугольного сечения, подвергаемая правке, укладывается на две опоры или ставится в центры выпуклостью кверху. Под точку наибольшей вогнутости ставится индикатор, по показаниям которого контролируют ход процесса. Нагрев ведут обычно сварочной горелкой (мощность ее подбирают в зависимости от сечения детали), место наивысшего перегиба ограничивают накладками. Если одноразового нагрева оказывается недостаточно для получения заданной прямолинейности, операцию повторяют, прогревая зону, расположенную рядом с первоначальной. Дважды греть одно и то же место не рекомендуется. Например, требуется выправить шпиндель фрезерного станка, который изогнут до величины прогиба 0,2 мм. Правка ведется на токарном станке. Исправляемый шпиндель закрепляется в патроне и люнете. Для правки деталь нагревают в точке наибольшей выпуклости с последующим охлаждением проточной водой. Место нагрева ограничивается специальным щитком из листового асбеста, смоченного водой. Нагревом с последующим охлаждением ось шпинделя может быть выправлена до прямолинейности 0,01…0,02 мм.

Детали из листовой стали правят по такому же методу, укладывая их для удобства на плиту (рис. 2.4). По прилеганию детали к плите определяют ход процесса правки. Нагрев ведут до температуры 800…900 °С, но не выше 1000 °С. Температуру нагрева можно определить по вишнево-красному цвету детали. Охлаждение можно интенсифицировать путем обдувания нагретой зоны сжатым воздухом или смачиванием водой. Момент начала охлаждения нужно выбирать такой, чтобы не закалить деталь.

Рис. 4. Термическая правка листовой стали

Хорошие результаты дает правка термическим воздействием изогнувшихся столов фрезерных, продольно-строгальных, шлифовальных и других станков. Для правки стол укладывают на плиту вниз направляющими. На рабочей поверхности стола наносят мелом черту поперек стола против места наибольшей выпуклости и нагревают полосу вдоль нанесенной черты. Если эта операция производится на плите, то результаты правки контролируются по зазору между направляющими стола и плитой, а также при помощи индикатора.

Термомеханический метод правки . Он отличается от термического тем, что до начала нагрева участка вала, установленного выпуклой стороной вверх, в нем заранее создаются упругие напряжения с помощью механического нажима, например хомутом. Нажимное устройство устанавливается вблизи от места нагрева, рядом с точкой наибольшего прогиба. Перед началом нагрева этим устройством прогибают вал в противоположную от первоначального прогиба сторону. Контроль величины деформации вала при изгибе его нажимным устройством выполняют при помощи индикаторов. При нагреве вал стремится выгнуться вверх; встречая дополнительное сопротивление вследствие этого, материал в месте нагрева переходит предел текучести раньше, чем при чисто термической правке.

Метод релаксации напряжений заключается в том, что вал на участке его максимального искривления подвергается нагреву по всей окружности и на глубину всего сечения до температуры 600…650 °С. Нагрев производится при вращении вала на малых оборотах. После выдержки при указанной температуре в течение нескольких часов вал устанавливается прогибом вверх, и сразу же на нагретый участок вала с помощью специального приспособления производится нажим в сторону, противоположную прогибу. Нажим производится для создания небольшого напряжения в материале нагретого вала (упругая деформация). Время, в течение которого нагретый вал выдерживается в напряженном состоянии, должно быть достаточным, чтобы под действием нагрузки и высокой температуры необходимая часть упругой деформации перешла в пластическую. Основным достоинством метода правки, основанного на явлении релаксации напряжений, является выпрямление вала с обеспечением стабильности формы при дальнейшей эксплуатации. При этом в процессе правки, проводимой при напряжениях значительно ниже предела текучести, не возникает опасных внутренних напряжений.

Ремонт валов и осей

Характерными дефектами валов и осей, возникающими в процессе эксплуатации, являются прогиб, скручивание, изломы, образование забоин и трещин, износ шеек (цапф), износ или повреждение шпоночных канавок, шлицов, повреждение и износ резьбы.

При наличии погнутости вала (оси) и других дефектов в первую очередь устраняют прогиб.

Величину прогиба вала или оси устанавливают на токарном станке или на подшипниках, затем индикатором измеряют биение на различных участках, отмечая мелом места, которые дают наибольшее биение и потому требуют правки.

Более простой способ определения изгиба - при помощи стальной линейки. Ее прикладывают ребром по оси вала и щупом замеряют величину просвета на данном участке, соответствующую прогибу вала.

Допустимый прогиб валов при частоте вращения свыше 500 об/мин составляет 0,15 мм на 1 м, но не более 0,30 мм на всю длину вала; при частоте вращения менее 500 об/мин - 0,10 мм на 1 м, но не более 0,20 мм на всю длину вала.

Прогиб вала и осей величиной менее 0,5 мм устраняют шлифованием, а выше 0,5 мм - холодной правкой или правкой с нагреванием.

Холодную правку валов (осей) проводят несколькими способами: чеканкой, винтовыми приспособлениями и прессами.

При холодной правке чеканкой (рис. 23.1, а) вал 1 устанавливают на двух опорах вогнутой стороной вверх. Под место наибольшего прогиба устанавливают подкладку 6 из мягкой меди или дерева твердой породы.

Рис. 23.1. Правка вала:

а - холодная правка чеканкой; б - порядок ударов; в - правка с нагревом; 1 - вал; 2 - место наибольшего прогиба; 3 - индикатор; 4 - место наклепа; 5 - хомут; 6 - подкладки; 7 - опоры

Около места наклепа 4 закрепляют вал скобой или хомутом 5, оставляя на весу наибольшую часть вала (0,6-0,8) * l . Это необходимо для того, чтобы масса вала способствовала вытяжке вогнутых волокон. Для этого же на длинном конце вала проводят дополнительно равномерный нажим.

Наклепывание (чеканку) проводят над подкладкой 6, осторожно, ударяя молотком массой 1-2 кг по специальному медному или латунному чекану, пригнанному по форме вала (рис. 23.1, б).

По мере чеканки индикатором 3 измеряют стрелу прогиба вала.

При диаметре валов менее 60 мм их правят при помощи винтового пресса. Головка винта должна быть установлена над выпуклым местом вала и давить на него через медную или латунную прокладку. Одновременно следует постукивать по поверхности вала свинцовой или медной кувалдой или обыкновенным молотком по медной подкладке.

Правку с нагревом применяют для валов диаметром более 80 мм, а также при изгибах валов, достигающих нескольких миллиметров (рис. 23.1, в).

Вал 1 устанавливают на двух опорах 4 выпуклой стороной вверх. Затем нагревают газопламенной горелкой в месте наибольшего прогиба 2, отмеченном индикатором. Для этого вал обертывают с обеих сторон от места нагрева мокрым листовым асбестом, закрепляют его проволокой, оставляя открытым участок непосредственного нагрева. При этом принимают размеры открытого участка вала по длине 0,1-0,2 d, а по окружности - 1/3 d (где d - диаметр вала). Прогревание длится 3-5 мин при температуре пламени 500-550 °C. Температуру нагрева контролируют термопарой или по цвету побежалости стали (темно-бурый цвет каления). Нагретый участок быстро охлаждают сжатым воздухом. Операцию повторяют несколько раз. Вал выравнивается под воздействием внутренних напряжений, возникающих при местном нагреве и охлаждении. Таким способом можно править валы, изгиб которых достигает нескольких миллиметров, с точностью до 0,03-0,05 мм.

Прогиб вала проверяют индикатором 3 до начала и после прогрева, который повторяют, если вал не выпрямится от одного нагрева.

Устранение скрученности . Скрученные валы, как правило, выбраковывают. При скрученности валов Ø 50-60 мм до 10° ее устраняют рычажным захватом, а особо тонких валов или осей - зажимая один конец вала (оси) в тисках и поворачивая другой конец воротком в необходимую сторону. При этом подкладывают медные или свинцовые прокладки.

Угол скручивания (смещения) определяют замером линейкой с угломером или рейсмусом.

Заварка трещин . Валы, имеющие сквозные изломы или поперечные трещины глубиной до 0,10 диаметра вала, как правило, заменяют новыми.

Валы и оси, имеющие отдельные поперечные трещины глубиной до 0,10 диаметра вала и продольные трещины глубиной не более 0,15 диаметра вала, длиной не более 10 % от длины вала и не воспринимающие ударной нагрузки, могут быть отремонтированы электросваркой. При этом необходимо предварительно разделать все трещины до здорового места и снять фаски по 10-12 мм на сторону. Валы малых диаметров перед сваркой подогревают. После сварки правят, обтачивают и шлифуют.

Ремонт шеек валов . Поверхностные повреждения цапф (царапины, риски, заусенцы, неглубокие задиры), а также незначительные овальность, конусность или эллипсность шеек (не более 0,2 мм) устраняют вручную бархатным напильником с последующим полированием тонким наждачным полотном или специальными полировочными жимками. Жимок представляет собой две колодки, наложенные одна на другую, с отверстиями определенного диаметра. Внутренние стенки отверстия обтянуты кожей. При износах свыше 0,2 мм шейки перетачивают на токарном станке, а затем шлифуют под ремонтный размер.

Переточку выполняют в два или три перехода: первый - грубая обработка острым обдирным резцом; второй - обточка чистовым резцом; третий - отделка широким резцом.

Во избежание перенапряжения валов при относительно небольших выработках шеек рекомендуется ремонтировать их металлизацией. Допускается наращивание поверхности шеек хромированием и осталиванием.

При изменении диаметра шейки свыше 10 % переточка ее не допускается. В этом случае ремонт выполняют электронаплавкой с последующей проточкой до номинального диаметра.

Для того чтобы получить хорошую поверхность восстанавливаемой шейки и прочный слой наплавляемого металла, необходимо изношенную часть шейки проточить на 1,0-1,5 мм от номинального размера шейки, а после этого наплавить металл в определенном порядке. Наплавку металла на шейки цапф можно делать вдоль оси шейки или по окружности.

В первом случае (рис. 23.2, а) каждый следующий валик наплавляемого металла должен перекрывать на 1/3 по ширине предыдущий (соседний с ним) и заканчиваться на противоположной по диаметру стороне шейки (на рис. 23.2, а последовательность наложения валиков указана цифрами). Это делают для того, чтобы наплавляемую шейку не повело.

Рис. 23.2. Электронаплавка шейки вала: а - вдоль оси шейки; б - по окружности

Во втором случае (рис. 23.2, б) также остается в силе условие перекрытия на 1/3 каждым валиком ранее наплавленного валика.

После проверки отсутствия искривления шейки при наварке ее протачивают. В тех случаях, когда наплавку сделать трудно, шейки вала ремонтируют установкой ремонтных втулок. При этом способе ремонта отожженный вал обтачивают и напрессовывают втулку из того же материала, раскернивают ее по торцу или приваривают точечной сваркой. Втулку можно ставить на эпоксидном клее, обработав затем шейку до нужного размера.

Восстановление центровых отверстий . Проверку и восстановление центровых отверстий валов проводят на токарных станках. Для этого ремонтируемый вал устанавливают одним концом в самоцентрирующий патрон, а второй конец шейкой вала кладут на кулачки неподвижного люнета. Регулировкой кулачков люнета добиваются того, чтобы индикатор показывал биение на шейке вала не более половины допуска на изготовление.

После выверки вала проводят правку центров центровым сверлом, специальным резцом или шабером. Центр второго конца вала исправляют так же, как и первого. Качество правки центров проверяют на том же токарном станке, но вал устанавливают в центре, а контролируют шейки вала по индикатору.

Ремонт шпоночной канавки и шлицов . Сначала проверяют канавки (штихмасом, штангенциркулем и угольником). Если повреждения канавок не превышают 5 % от их ширины, то канавки ремонтируют напильником и шабером. При более значительных повреждениях, требующих расширения канавки от 5-15 %, ремонт выполняют прострожкой и фрезерованием канавки на станках и тем самым придают ей ремонтный размер, соответственно, изменяя при этом размер шпонки (допускается применение ступенчатой шпонки). Ремонтный размер паза не должен превышать номинальный более чем на 15 %. Шпоночные пазы, изношенные более чем на 15 %, восстанавливают под номинальный размер наплавкой вручную одной из стенок паза с последующей механической обработкой. Практикуется изготовление нового шпоночного паза под углом 120-180° по отношению к изношенному. При этом изношенный паз заваривают. Для неответственных соединений допускается наплавка изношенного паза с последующей обработкой (на прежнем месте).

Шлицевые соединения ремонтируют наплавкой шлицев с последующим отжигом, механической и термической обработкой. При небольших износах зубилом надрубают канавку вдоль шлица, при этом шлиц раздается по ширине. Полученную канавку заделывают наплавкой и обрабатывают.

ПРОКАТКА

Прокатка. Прокатку производят на металлургических и машиностроительных заводах, при этом получают прокат - готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой,

штамповкой, прессованием (выдавливанием), волочением или реза­нием. В прокат перерабатывают около 80 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Прокат используют в строительстве, машиностроении и металлообработке.

В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный. На рис. 133 приведены виды сортового проката общего назначения: 1 - квадратный; 2 - круг­лый; 3 - полосовой; 4 - угловой; 5 - двутавровый; 6 - швел­лерный; 9 - тавровый и некоторые виды сортового проката спе­циального назначения - 7 и 8 - рельсовый; 10 - шпунтовый; 11 - полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 - полоса для ободьев колес автомобилей.

Трубы в зависимости от технологии их, производства делят на бесшовные сварные. К специальным видам проката относят весьма широкий ассортимент продукции: цельнокатаные колеса для ваго­нов, бандажи, оси, валы, шары, зубчатые колеса, сверла и многое другое.

Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатных станов.

Существуют три основные вида прокатки: продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения).

При продольной прокатке (рис. 134) валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h 0 которой умень­шается, а длина и ширина увеличиваются. Важнейшей характеристикой при прокатке является обжатие. Абсолютное обжатие ∆h=h 0 -h 1 ; относительное обжатие ε (%) вычисляют по формуле

Относительное обжатие за один проход зависит от угла захвата а и составляет 10 - 60 %.

Путем простейших вычислений можно найти, что ∆h = D(1-cosα), т. е. абсолютное обжатие увеличивается с увеличением диаметра валка D и угла α. Угол захвата α при прокатке в насечен­ных валках составляет 27 - 34°, при прокатке сортового материала 22 - 24°, при горячей прокатке листов 15 - 22°, при холодной про­катке 3-8°.

Валки для прокатки отливают из отбеленного чугуна или вы­ковывают из углеродистой или легированной стали. Их делают гладкими(применяют при прокатке листов), или калиброванными с ручьями (канавками) по окружности (для сортового и фасонного проката). Профиль, составленный смежными ручьями двух валков, называют калибром.

Рис. 134

При поперечной прокатке (рис. 135, а) валки 1 вращаются в одном направле­нии и оси их параллельны, а заготовка 2 деформируется ими при вращении вокруг своей оси. Радиус заготовки_ за один цикл (полоборота заготовки) уменьшается на величину радиального обжатия ∆r

∆r=r-r’.
с неровной поверхностью в централь­ной ее части. Поэтому, если получение отверстия нежелательно, прокатку ведут при небольших обжатиях, когда σ с < σ в.

Методом поперечной прокатки получают, например, зубчатые колеса и звездочки цепных передач на специальных станках с зуб­чатыми валками.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка широко применяется при производстве бесшовных труб из сплошной заготовки (рис. 135, б). Валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, поэтому заготовка 2 при об­работке не только вращается (υ y), но также и перемещается вдоль своей оси(υ x). Для получения правильной формы и гладкой поверх­ности отверстия трубы (гильзы) в зоне образования отверстия уста­навливается оправка 3. Полученные на прошивном стане гильзы раскатываются на трубопрокатных станах. Метод поперечно-винтовой прокатки применяют также для производства шаров, осей и других изделий с использованием специально калиброванных валков. Сталь для горячей прокатки нагревают до температуры выше линии 68К (см. рис. 132); медь, алюминий и их сплавы также про­катывают в горячем состоянии. Из горячекатаной заготовки (лист толщиной 1,25 мм) холодной прокаткой получают тонкие изделия (до 0,1 мм и меньше), ленты для пружин, листы, фольгу и прочее.

Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.

По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные. Вначале слиток прокатывают на обжимном стане, затем на загото­вочном и, наконец, на сортовом, листовом или специальном.

По количеству валков и их расположению станы продольной прокатки делят на двух-, трех-четырех- и многовалковые, а также универсальные. Двухвалковые станы (рис. 136, а) бывают реверсивные(прокатка заготовок ведется в обе стороны) и нереверсивные

рис.135

(прокатка ведется в одну сторону, для повторных пропусков заготовка возвращается через верхний валок).

Прокатка заготовок на трехвалковых станах (рис. 136, б) ве­дется в одну сторону между нижним и средним валками, в другую – между средним и верхним; направление вращения валков постоянное. В четырех- и шестивалковых станках (рис. 136, в, г) верхние и нижние валки являются опорными, они препятствуют прогибу сред­них рабочих валков; эта схема применяется для листовых станов.

В клетях с 12 (рис. 136, д) и 20 валками обеспечивается еще большая жесткость рабочих валков; в них производят холодную прокатку ленты толщиной до 0,001 мм.

Универсальные станы (рис. 136, е) имеют горизонтальные и вер­тикальные валки и обеспечивают обжатие четырех сторон.

Сортовые станы предназначены для прокатки сортовых и фасонных профилей. Калибровка валков сортовых станов производится с учетом наибольшего обжатия при каждом пропуске, чтобы количе­ство пропусков было наименьшим. На рис. 137 приведена калибровка валков для прокатки тавровой балки. Калибры пронумерованы в порядке последовательности обжатия заготовки. В соответствии с размерами проката и диаметра валков сортовые станы делят на крупносортные (диаметр валков D= 500:750 мм), среднесортные (D= 350:500 мм) и мелкосортные (D= 250:350 мм). У сортовых станов не одна, а несколько рабочих клетей.

В СССР созданы и внедрены в производство поперечно-винтовые станы для прокатки валов, гаечных ключей, вагонных осей, тарой, труб с высокими поперечными ребрами для теплообменной аппара­туры, зубчатых колес, винтов с большим шагом резьбы, червячных фрез, сверл и других изделий. Новые прогрессивные методы прокатки значительно экономят металл за счет уменьшения или устра­нения отходов в стружку при механической обработке и резко

повышают производительность труда.

Прессование (выдавливание). При прессовании металл выдавливают__ из замкнутой полости через отверстие, в результате чего получают изделие с сечением в форме отверстия.

Прессуют медь, свинец, алюминий, цинк, магний и их сплавы,

а также сталь из мер­ных заготовок, нарезных из сотового проката.

Все металлы и сплавы, кроме свинцовых, прессуют горячими. Существуют два вида прессо­вания - прямое и обратное.

При прямом прессовании (рис. 138, а) заготовку 2 закладывают в контейнер 3, укрепленный на раме 1 гидравлического пресса; туда же закладывают пресс-шайбу 4. На плунжере 6 пресса укреплен пуансон 5, который давит на пресс-шайбу, в результате чего металл заготовки вытекает через отверстие матрицы 7 в виде прутка. Давле­ние прессования достигает 100 МН.

При обратном прессовании (рис. 138, б) заготовка находится в глухом контейнере и остается при прессовании неподвижной, а прессуемый металл при движении матрицы вытекает навстречу ей. Обратное, прессование требует меньших усилий и остаток металла в контейнере здесь меньше, чем при прямом прессовании, однако в силу меньшей деформации прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла.

Прутки сплошного сечения получают как прямым, так и обратным прессованием. Прессование труб (рис. 138, в) производят только прямым методом, при этом заложенный в контейнер 9 слиток 10 предварительно обжимается пресс-шайбой 11, а затем прошивается дорном 8, конец которого доходит до отверстия матрицы 12. При прессовании металл вытекает из кольцеобразного калибра, соста­вленного отверстием матрицы и дорном, в результате чего обра­зуется труба.

Прессованием получают изделия различного профиля (рис. 139) с размером сечения до 400 мм. Прессованные изделия точнее полу­ченных прокаткой, кроме того, ряд профилей можно получить только прессованием, поэтому оно широко используется в металло­обработке.

_

рис.138

В процессе эксплуатации у валов изнашиваются посадочные шейки, шпоночные канавки и шлицы, повреждаются резьба и центровые отверстия, вал получает изгиб.

Способ ремонта изношенного цилиндрического вала выбирают после того, как соответствующей проверкой установят характер и степень износа. Шейки вала, имеющие износ (царапины и риски, нецилиндричность до 0,1 мм), ремонтируют шлифованием. Но сначала проверяют, исправны ли центровые отверстия вала, при наличии забоин и вмятин в первую очередь протачиванием восстанавливают центровые отверстия. Затем правят валы.

Шейки валов со значительным износом обтачивают и шлифуют под ремонтный размер. При этом допускается уменьшение диаметра шеек иа 5-10% в зависимости от характера воспринимаемых валом нагрузок, в частности от того, испытывает ли вал ударные нагрузки. В тех случаях, когда необходимо восстановить первоначальные размеры шеек, на шейки после их обточки напрессовывают или устанавливают на 31юксидном клее ремонтные втулки, которые затем обрабатывают точением или шлифованием. Изношенные поверхности валов можно ремонтировать также наращиванием металла вибродуговой наплавкой, металлизацией, осталиванием, хромированием н другими методами.

Погнутые валы выправляют холодным или горячим способом. Горячей правке подвергают валы, диаметр которых больше 60 мм.
Холодная правка валов может выполняться вручную при помощи винтовых скоб, рычагов, но лучше правку производить под прессом.
Сущность правки заключается в том, что приложенное усилие вызывает остаточные деформации, деталь восстанавливается, приобретая первоначальные свойства.

При холодной правке прессом или скобой вал располагают на двух опорах выгнутой стороной к нагружающему устройству (винту, ползуну) и нагружают так, чтобы вал изогнулся в противоположную сторону на величину, почти равную первоначальному прогибу, и лишь затем восстанавливают первоначальную точность по прямолинейности.

Изогнутые валы диаметром до 30 мм можно править наклепом. Суть такой правки состоит в том, что вал кладут прогибом вниз на плиту (рис. 61) и легким молотком наносят частые удары, пока вал не выпрямится. Удары наносят также с обеих сторон прогиба, ограниченного углом 120°.

К шпинделям предъявляются особо высокие требования, поэтому посадочные шейки 1 и 2 (рис. 62, а) шпинделей обрабатывают шлифованием. Соосность их должна быть выдержана с точностью 0,01 мм, допустимая некруглость шеек - 0,01 мм, нецилиндричность - 0,003-0,005 мм. Таким же требованиям должна отвечать поверхность 3. Конические отверстия 4 и 5 шпинделя должны быть концентричны шейкам; допускается биение 0,01-0,02 мм на 300 мм длины.

В первую очередь у шпинделя изнашиваются шейки под подшипники, посадочные места для зубчатых колес и других вращающихся деталей. На них появляются царапины и задиры, легко обнаруживаемые внешним осмотром.

Шпиндели целесообразно ремонтировать несколько раз, так как изготовление нового шпинделя - дело сложное и дорогое. Однако в тех случаях, когда ремонт шпинделя влечет за собой ремонт и сопрягающихся с ним деталей, может оказаться более выгодной замена
изношенного шпинделя новым. Этот вопрос решают сравнением стоимости ремонтных работ и нового шпинделя.

Шпиндели, у которых износ шеек по диаметру составляет 0,01- 0,02 мм, ремонтируют притиркой на токарном станке, выполняемой специальным инструментом - жимком (рис. 63). Жимок состоит из кольца-хомутика 1, болта 2, втулки-притирки 3 сразрезом и рукоятки-державки, которая на рисунке не показана. Втулку-притир изготовляют из чугуна, меди или бронзы, а отверстие в ней выполняют по размеру обрабатываемой шейки.

Приступая к притирке шейки, накладывают на нее тонким слоем смесь мелкого наждачного порошка и масла, после чего надевают жимок и слегка завинчивают болт 2. Пускают станок, настроив его на скорость вращения шпинделя 10- 20 м/мин. При вращении шпинделя равномерно водят жимком вдоль обрабатываемой шейки. Время от времени обновляют слой порошка с маслом и подвинчивают болт 2.

Устранив износ, промывают шейку шпинделя и притир керосином, затем наносят на шейку тонкий слой доводочной пасты о керосином и завершают ее обработку.

При износе шеек шпинделя более 0,02, мм их ремонтируют шлифованием с последующей притиркой под ремонтный размер. Однако этот способ ремонта приемлем, лишь когда имеется возможность соответственно изменить размеры отверстий в подшипниках или других деталях, сопрягаемых со шпинделем. Если такой возможности нет или изменение размеров отверстий нецелесообразно из-за большой трудоемкости операций, восстанавливают шейки шпинделя с износом до 0,05 мм наращиванием хрома, а в износом больше 0,05 мм - вибродуговой наплавкой.
Шейки шпинделей с наращенным на них хромовым слоем обрабатывают шлифованием, если же на шейки наносят другие металлы соответственно большими слоями, чем при хромировании, шейки сначала обтачивают, а потому шлифуют. При этом им придают по направлению к заднему концу конусность до 0,01 мм, чтобы при шабрении подшипников слой краски, нанесенный на шейки, полностью использовался для закрашивания поверхности подшипников.

Изношенные шейки шпинделей, на которых монтируются подшипники качения или другие детали с неподвижной посадкой, весьма удобно восстанавливать электролитическим способом.

Шейки шпинделей (под подшипники скольжения, в том числе с осевыми микротрещинами) восстанавливают установкой на клее тонкостенных компенсационных наделок или вставок. Практика показывает, что такие шпиндели служат еще долго, а в ряде случаев работают лучше новых, если наделки («рубашки») и вставки (втулки) изготовлены из материалов с лучшими эксплуатационными свойствами. При этом достигается значительная экономия материалов и сокращаются затраты на ремонт.

Для постановки компенсационных наделок или вставок с поверхности шпинделя стачивают слой металла с целью посадки соответствующей детали компенсатора в виде втулки с номинальным размером или увеличенным ремонтным размером восстанавливаемой поверхности. При этом снимаемый слой металла должен быть минимальным, до 10-15% номинального диаметра сплошного сечения вала или толщины стенки полого шпинделя.

Для восстановления неподвижной посадки, например поверхности шпинделя под подшипник качения, компенсационная наделка (втулка) может быть тонкостенной - от 0,5 до 2 мм, а при восстановлении шейки шпинделя под подшипник скольжения толщина стенки наделки должна быть не менее 2,5 мм.

Компенсационные тонкостенные наделки изготовляют из металла, соответствующего материалу ремонтируемого вала или из материала, отвечающего повышенным требованиям.

Внутренний диаметр выполняют по месту с зазором 0,05 мм по диаметру (шероховатость поверхности Rz 20), наружный диаметр делают с припуском 3-5 мм. Окончательную обработку ведут при интенсивном охлаждении после установки втулки и отверждения клея через 24 ч.

Компенсационные втулки толщиной 2,5-3,5 мм и более целесообразно изготовлять из цементируемой стали. Восстанавливаемый диаметр выполняют с припуском 0,3 мм, а диаметр втулки, сопрягаемой с валом, шпинделем или осью, обрабатывают с припуском 3-4 мм. После цементации с этой поверхности снимают науглероженный слой, металла и закаливают втулку до HRC58-60.

Незакаленную поверхность втулки обрабатывают на токарном станке по размеру подготовленной поверхности вала с зазором по диаметру 0,05 мм (шероховатость поверхности). Закаленную восстанавливаемую поверхность втулки окончательно шлифуют после установки ее на вал и отверждения клея.

На рис. 62 даны схемы ремонта шпинделей станков установкой на эпоксидном клее компенсационных наделок и вставок. У шпинделя токарного станка восстановлена задняя шейка 1 (см. рис. 62, а) под подшипник качения, опорная закаленная поверхность 2 под подшипник скольжения и коническая поверхность 3 для патрона. Так же восстановлена коническая поверхность 9 (см. рис. 62, б) для роликопод-шипника (серия 3182100) и направляющая 10 для патрона. Коническое отверстие шпинделя восстановлено вставкой 11 с закаленным отверстием.

Шейки (см. рис. 62, б) шпинделя сверлильного станка восстановлены тонкостенными (менее 1 мм) наделками 6 и 8, при этом наделка 6 выполнена из двух полувтулок, по краям которых поставлены на клее по два штифта 7. При окончательной механической обработке наделок и вставок нельзя допускать перегрев, так как при этом может разрушиться клеевая пленка, поэтому операцию выполняют с обильным охлаждением.

Перед обточкой и шлифованием проводят следующие подготовительные работы. Вытачивают стальные пробки и плотно вставляют их в отверстия 4 и 5 шпинделя, предварительно зачистив места посадки пробок. После этого закрепляют шпиндель одним концом в патроне токарного станка, а второй конец устанавливают неизношенным местом в люнете и выверяют шпиндель на биение, которое не должно превышать 0,005 мм; затем делают в пробке центровое отверстие. После этого шпиндель переставляют, зажимают его второй конец в патроне, а первый - в люнете и выполняют второе центровое отверстие. Теперь шпиндель устанавливают в центрах и проверяют правильность центрования; биение неизношенных мест по индикатору должно быть не выше 0,01 мм.

Выполнив описанные операции, приступают к обработке шпинделя точением и шлифованием.

В случае повреждения и износа резьбы шпинделя при восстановлении применяется наплавка с последующим нарезанием резьбы до номинального размера. Перенарезать резьбу на меньший диаметр не рекомендуется, так как она становится нестандартной.

Изношенное конусное отверстие шпинделей ремонтируют по-разному в зависимости от величины износа. При сильном износе отверстие растачивают и затем в него вклеивают или запрессовывают втулку. При небольшом износе отверстие (неглубокие риски, незначительные забоины) шлифуют, снимая минимальный слой металла.

Механическую обработку конусного отверстия шпинделя можно вы-полнять, не снимая шпинделя со станка, что обеспечивает хорошее центрование оси отверстия с осью шпинделя. При обработке конусного отверстия на месте применяются приспособления.

Точность конического отверстия шпинделя проверяют стандартным конусным калибром. Контрольная риска на калибре не должна входить в отверстие, между ней и торцом шпинделя должно быть расстояние в 1-2 мм. Если же контрольная риска калибра входит в конусное отверстие и скрывается, то допускается подрезка переднего торца шпинделя на 2-3 мм.

Ось конического отверстия шпинделя проверяют на биение индикатором по контрольной оправке, вставленной в отверстие. Допускается отклонение от оси 0,01 мм у торца шпинделя и 0,02 мм на длине 300 мм. Поверхность 4 шпинделя может иметь предельно допустимое биение 0,01 мм.

Выше говорилось о шпинделях с хромированными шейками. Уста-новлено, что такие шпиндели хорошо работают только при отличной пригонке к ним подшипника, когда обеспечен зазор для смазки шеек. Нормальная величина этого зазора 0,006-0,02 мм в зависимости от точности станка, наибольшей частоты вращения и диаметра шпинделя. При небрежной пригонке во время работы станка происходит усиленный местный нагрев. Из-за этого на хромированной поверхности образуются мелкие трещины, хром отслаивается, повреждается шейка шпиндeля и поверхность подшипника.

Хранение отремонтированных или новых валов и шпинделей должно исключить возможность изгиба и деформации. Небрежно положенный вал может изогнуться под действием собственной тяжести. Для предотвращения этого рекомендуется валы помещать в специальные стеллажи-стойки в вертикальном состоянии. Лучший способ хранения это подвешенное вертикальное состояние.

На чтение 7 мин.

Торцевые уплотнения для насосов – это герметизирующие устройства, относящиеся к контактному типу уплотнений с парой трения поверхностей двух деталей. Одна деталь крепится на валу и является подвижной, другая неподвижная располагается в корпусе насоса. Трущаяся пара устройства работает в условиях перепадов давления с минимальным расходом смазывающего вещества. Смазкой в данных устройствах, зачастую, выступает уплотняемая среда.

По статистике торцевые уплотнения для всякого насоса считаются самым уязвимым узлом среди всех конструктивных элементов насоса.

Конструкция торцевого уплотнения для насосов

Стандартная конструкция устройства состоит из 9 базовых элементов:

• болт установочный для закрепления уплотнения на валу рабочего колеса;
• уплотнитель из эластомера;
• штифт, передающий на подвижное кольцо вращение вала;
• кольцо подвижное;
• кольцо неподвижное;
• задняя стенка корпуса насоса;
• штифт, предотвращающий вращение неподвижного кольца;
• вал водяного насоса рабочего колеса;
• пружины или сильфон, обеспечивающие плотность прилегания подвижного и неподвижного колец.

Торцевые уплотнения для насосов (видео)

Принцип работы торцевого уплотнения насоса

В общих случаях торцевое уплотнение вала насоса имеет два кольца:

• неподвижное кольцо, расположенное в корпусе;
• подвижное кольцо, располагающееся на валу агрегата.

Одно из колец может аксиально перемещаться, благодаря наличию упругого поджимающего элемента (пружины, сильфона, мембраны). Этот элемент вместе с нажимной втулкой и подвижным кольцом образуют аксиально-подвижный блок или поджимной узел. Они обеспечивают контакт торцевых поверхностей в сопряжении подвижного и неподвижного колец пары без поджимающей силы давления среды.

Обязательными деталями устройства торцевого уплотнения являются вторичные (вспомогательные) уплотнения между ротором и вращающимся блоком, между корпусом и статорным блоком. В конструкцию входят элементы фиксации уплотняющих колец (приводные штифты, установочные винты), которые осуществляют привод подвижного кольца и предотвращают проворот (угловое смещение) неподвижного кольца относительно корпуса.

Разновидности уплотнений торцевых для насосов

Деление уплотнительных торцевых устройств на разные типы происходит по следующим критериям.

1. По конструкции бывают:

• одинарные;
• двойное торцевое уплотнение валов насосов;
• комбинированные.

1. По расположению в оборудовании:

• с внутренним расположением;
• с наружным расположением.

1. По конструктивному исполнению:

• обычные, по евростандарту EN 12756 (DIN 24960);
• специальные, могут соответствовать евростандарту;
• картриджные (патронные), могут соответствовать евростандарту.

1. По коэффициенту гидравлической нагрузки:

• гидравлически нагруженные;
• гидравлически разгруженные.

1. По используемым материалам:

• со стандартными (штатными) материалами;
• со специальными материалами (для работы в особых условиях).

Группы торцевых уплотнений по нагруженности

Степень нагрузки на торцевые уплотнения различается и зависит от условий работы: давления и частоты вращения вала. С целью оценки условий нагруженности устройства в уплотняющем стыке во время работы существуют отдельные рекомендации.

Для общей характеристики степени тяжести условий работы уплотнений, используют произведение двух показателей: скорости V скольжения в паре трения и перепада давления P в устройстве.

Значения показателей P,V и P хV для различных уплотнений подразделяют по степени их нагруженности на 4 группы:

• низшую, где P до 0,1 МПа, V до 10 м/с, P хV до 1,0 МПа х м/с;
• среднюю, где P до 1,0 МПа, V до 10 м/с, P хV до 5,0 МПа х м/с;
• высокую, где P до 5,0 МПа, V до 20 м/с, P хV до 50,0 МПа х м/с;
• высшую, где P более 5,0 МПа, V более 20 м/с, P хV более 50,0 МПа х м/с.

Способы правки искривлений вала насоса

В процессе эксплуатации насосов, под воздействием повышенных нагрузок может происходить кривизна вала. Искривленный вал агрегата подлежит восстановлению различными методами правки. Используются такие способы правки вала:

• наклеп;
• термомеханический;
• термический;
• релаксации напряжений.

Все перечисленные способы правки вала, за исключением наклепа, связаны с его нагреванием. Такие показатели, как значение прогиба, длина, диаметр и материал вала являются определяющими в выборе способа его правки.

Виды уплотнений в центробежных насосах

Основным условием устойчивой работы центробежного агрегата является конструкция его уплотнения. Агрегаты отличаются размерами, характеристиками, предназначением, перекачиваемыми средами.

Исходя из этих параметров, подбирается оптимальный вид уплотнения вала помпы. Виды уплотнений вала бывают следующими:

• сальниковые одинарные и двойные;
• торцовые одинарные и двойные;
• манжетные;
• щелевые (лабиринтные).

Одинарное уплотнение торцовое насоса

Применяется в помпах, перекачивающих растворы, утечка и попадание которых во внешнюю среду недопустимо в больших количествах. К таким жидкостям относятся: горячие, легкокипящие, агрессивные, неорганические и органические.

Такой вид уплотнения требует повышенной точности монтажа блока установки и высокого качества поверхности вала. При обработке трущихся поверхностей допуск на осевое биение минимальный. Проводится и последующая тонкая шлифовка. Утечка жидкости при таком одинарном устройстве незначительна.

Насосы с двойным торцевым уплотнением

Такое устройство отличается от устройства одинарного количеством уплотняющих притертых поверхностей. Устройство дополнено системой подвода затворной жидкости, которая препятствует попаданию во внешнюю среду рабочей жидкости. В роли затворной жидкости выступает вода, глицерин и прочие жидкости, не взаимодействующие с перекачиваемой средой.

Есть два варианта размещения сдвоенных уплотнений:

• спина к спине;
• тандем.

Первый вариант применяется чаще. В данном случае давление затворной жидкости превышает на 1-2 бара давление перекачиваемой жидкости. Это достигается за счет использования дозировочного насоса, специального сосуда или гидроусилителя. Преимущество такого варианта в том, что зазор между подвижным и неподвижным кольцами заполнен затворной жидкостью, которая препятствует проникновению твердых частиц и грязи из перекачиваемой среды. Это существенно увеличивает срок эксплуатации устройства, в сравнении с вариантом Тандем.

В варианте Тандем затворная жидкость обладает меньшим давлением, чем перекачиваемая. При разгерметизации устройства, именно перекачиваемая жидкость попадает в затворную. Это важно там, где недопустимо проникновение посторонней жидкости в напорную линию. В данном варианте нет надобности осуществлять серьезный контроль за давлением затворной жидкости, что в определенных ситуациях существенно.

Материал для торцевых уплотнений на насосы

В выборе торцевого устройства определяющим является подбор материала для пары трения и вторичных уплотнений. Данные элементы изготавливаются из различных материалов.

Для пары трения используют следующие материалы:

• металл (нержавеющая сталь) – SUS;
• графит – CAR;
• керамика – CER;
• карбид кремния – SIC;
• карбид вольфрама – TC.

Вторичные уплотнения изготовляют из материалов, имеющих различную температуростойкость:

• нитрил-бутадиеновый каучук (NBR), от -20 до +120 градусов;
• этилен-пропиленовый каучук (EPDM), от -30 до +170 градусов;
• фторкаучук (Viton), от -30 до +185 градусов;
• фторопласт (PTFE), от -260 до +260 градусов.

Торцевые уплотнения для насосов разных производителей

Для насосов выпускаемых различными производителями существует своя маркировка. Все уплотнительные устройства изготовляются из современных материалов с продолжительным сроком эксплуатации.

Приведем некоторый перечень популярных насосов и торцевых уплотнений к ним:

• к помпам APV – торцы: SNAPV(W+), SNAPV1(W), SNAPV2(W), SNAPV(DW), SNAPV 3, SNAPV 4, SNAPV 5, SNAPV 6, SNAPV 7, SNAPV 8, SNAPV 9, SNAPV 10, SNAPV 11, SNAPV 12, SNAPV 13;
• к помпам Allweiler – торцы: SNAR, SNM 3, SNAL 1;
• к помпам Lowara – торцы: SNAR, SNM 3, SNLW;
• к насосам Inoxpa – торцы: SNIXP 1, SNIXP 2, SNIXP 3, SNIXP 4, SNM 3, SNFN, SNMG, SN 2100, SNAR;
• к насосам EMU – торцы: SNMG, SNEMU 1, SNEMU 2;
• к помпам Hilge – торцы: SNFN, SNAR, SNM 3, SNHG, SNBT;
• к помпам Johnson – торцы: SNJH 1, SNJH 2, SNJH 3, SNJH 4;
• к помпам Calpeda – SNMG, SNFN, SNAR, SNM 3, SN 2100.

Отдельные производители насосов применяют торцевые уплотнительные устройства собственного производства, другие используют устройства, выпускаемые специализирующимися на их производстве компаниями.