Проектирование технологического процесса ремонта тормозного башмака грузового вагона

 

 

 

2.3Проектирование технологического процесса восстановления изношенных опорных поверхностей тормозного башмака

 

Отсюда вывод первый: старые покрытия и сменные элементы рационально  будет удалять.

Для этого можно воспользоваться  технической обработкой на вертикально-фрезерном  станке с фиксацией башмака в  специальном приспособлении. Обработка  даст правильную по форме и положению  относительно основной конструкторской  базы поверхность, на которую и следует  наращивать слои металла с целью  получения чертежных размеров.

Задачей деповского ремонта является восстановление размеров, формы, свойств детали. Выбор  технологии восстановления определяется целым рядом факторов: величиной  износа, расположением изношенной поверхности, необходимостью поверхностного упрочнения и т. д. Поэтому целесообразно  провести оценку способов восстановления, используемых в практике ремонтного производства. Рассмотрим несколько  способов наплавочных работ:

- Ручная дуговая наплавка является наиболее распространенным способом. Однако он наименее производителен, так как наибольший ток для наплавки открытой дугой стальным электродом диаметром 4 -6 мм составляет только 200 - 350А. Увеличение тока приводит к сильному разбрызгиванию металла, перегреву электрода и ухудшению формирования валика. В результате ручной дуговой сварки получается неровная поверхность наплавленного металла, что вызывает необходимость давать припуск на обработку до 2 - 3 мм. Несмотря на внедрение высокопроизводительных методов наплавки, ручная дуговая сварка необходима главным образом для заварки трещин, допускаемых правилами ремонта, и для наплавки небольших или труднодоступных поверхностей деталей.

- Многоэлектродная автоматическая  наплавка под флюсом представляет собой явление перемещающейся дуги, возбужденной между основным металлом и электродами. По мере расплавления одного электрода длина дуги увеличивается, и дуга возникает между другим электродом или группой электродов, находящихся на более близком расстоянии от наплавляемой поверхности. Сварочная проволока автоматически подается из специальных кассет. При попеременном плавлении электродов уменьшается глубина проплавления основного металла, и его масса составляет не более 1/5 массы наплавленного металла. При многоэлектродной наплавке можно увеличить ток до 1200А, что повышает производительность процесса.

- Высокие технические  характеристики имеет наплавка  в защитных газах. Наиболее  распространена наплавка в углекислом  газе. Роль газа сводиться в основном к физической изоляции сварочной ванны от окружающего воздуха. Для наплавки используются проволоки, позволяющие в широких пределах регулировать механические свойства наплавленного слоя, а использование дешевых защитных газов, улучшение качества сварка и повышение производительности процесса обеспечили широкое применение этого способа главным образом при полуавтоматической наплавке различных конструкций.

- Наплавка под флюсом  имеет следующие преимущества: хорошее  качество формирования наплавленного  слоя, возможность наплавлять различными  электродными материалами, широкие  возможности легирования. Ограничением  на применение наплавки под  флюсом является положение наплавляемой  поверхности в пространстве и  размеры наплавляемой поверхности.  Применяется для восстановления  поверхностей большой площади  с равномерным износом цилиндрической  или плоской формы.

- Наплавка порошковыми  проволоками не позволяет эффективно  восстанавливать детали небольшого  размера и площади, из-за сравнительно  большого диаметра электрода  (2 - 4 мм), кроме того, порошковая проволока имеет высокую стоимость. Но, несмотря на это в практике ремонта применяется способ наплавки порошковой проволокой с помощью шлангового полуавтомата. Этот способ совмещает в себе маневренность, присущую ручной дуговой сварке, и высокую производительность труда, характерную для способов автоматической наплавки в среде защитных газов.

- Электрошлаковая наплавка характеризуется высокой производительностью, высоким качеством слоя, можно получить значительную экономию металла, достигнуть заданного состава и механических свойств наплавленного металла, снизить себестоимость ремонта. Исследования сварных соединений показали, что металл электрошлакового шва не только не уступает металлу шва, сваренного дуговым способом под флюсом, но по ряду показателей превосходит его. Это объясняется значительно более высоким значениями времени воздействия и удельной поверхности контакта металла сварочной ванны со шлаком при электрошлаковой наплавки и возможностью использования высокоактивных флюсов.

- Вибродуговая наплавка  обеспечивает стабильность геометрии  наплавленного слоя, малое время  стабилизации процесса горения  дуги, регулирование в широких  пределах параметров процесса, незначительную  деформацию восстанавливаемых деталей.  Указанные преимущества в сочетании  с высокими технологическими  характеристиками наплавки в  СО₂ обеспечивают широкое применение данного способа восстановления. Вибродуговая наплавка в углекислом газе позволяет без упрочняющей термообработке получать твердость наплавленного слоя HRC 14 – 63 единиц. Данный способ применяют в основном для наплавки деталей цилиндрической формы.

- Наплавка пластинчатым  электродом из малоуглеродистой стали толщиной 3 - 4 мм не требует сварочных автоматов и калиброванной сварочной проволоки. В этом случае, как и при многоэлектродной наплавке, обеспечивается сварка хорошего качества. Ширина и длина пластины соответствуют наплавляемой поверхности. Описанный способ позволяет изменять толщину наплавки за счет укладки в нужном месте дополнительной пластины соответствующего размера. Кроме того, при этом способе легко достигается повышение твердости, а, следовательно, и износостойкости наплавленного металла введением в сварочную ванну легирующих присадок.

В качестве способа наращивания изношенных поверхностей тормозного башмака выбираем ручную дуговую наплавку Основными достоинством данного способа  наплавки являются:

-возможность  наплавки деталей сложной формы  в любом пространственном положении;

Однако необходимо обосновать режимы наплавки.

 

Работы по подготовке тормозного башмака  к ремонту должны включать:

- подготовку трещин к сварке;

- подготовку поверхностей и  деталей для полной или частичной  замены изношенных или разрушенных  элементов;

- подготовку изношенных элементов  под восстановление.

Подготовка трещин к заварке  заключается в разделке трещин: очистке  и зачистке поверхности тормозного башмака в районе трещины.

Разделку трещин допускается производить:

- строжкой или фрезерованием;

- комбинированным способом: воздушно-дуговой  строжкой и угольным электродом;

- кислородной резкой.

Поверхности разделки должны быть очищены  и обработаны пневмошлифовальной машинкой.

После разделки трещины завариваются известными способами с последующей  зачисткой сварных швов.

Наиболее актуальной задачей следует  считать проблему восстановления рабочей  поверхности тормозного башмака. Она  состоит  из четырех опорных поверхностей  и поверхностей перемычек. Дискретность рабочей поверхности создает  определенные трудности в плане  применения для ее восстановления механизированных технологий. Кроме этого поверхности  обладают значительной кривизной (R = 560 мм). Последнее замечание касается длительных, как правило, сроков эксплуатации башмаков и многочисленных ремонтов. Проследить за тем – что какой технологии и какими материалами восстанавливались изнашиваемые поверхности не возможно.

 

             2.3.1.  Расчет режимов наплавки

 

При восстановлении наплавкой деталей подвижного состава  в условиях локомотивных и вагонных депо, а в отдельных случаях  и на ремонтных заводах широко применяется ручная дуговая наплавка, так как ремонт деталей носит  мелкосерийный характер. При определении  основных параметров процесса можно  пользоваться схемой, приведенной на рисунке 6.

 

Тип, марка электрода
Толщина наплавляемого слоя
Диаметр электрода
Ток наплавки
Напряжение дуги
Скорость наплавки
Род тока и его полярность

 

Рисунок 6 − Основные параметры процесса ручной дуговой наплавки

Выбор состава  наплавленного металла зависит  от условий работы детали и вида износа восстанавливаемой поверхности. Большинство деталей подвижного состава работают в условиях трения металла о металл при нормальной температуре. Для их восстановления применяют наплавки из низкоуглеродистой  и низколегированной стали. Главная  цель − восстановление размеров и  свойств наплавки на уровне изношенного  слоя детали. Повышение твёрдости  ограничено взаимодействием с другой деталью и необходимостью механической обработки, поэтому твердость наплавленного  металла должна быть не более 400 НВ.

При ручной дуговой наплавке быстроизнашивающихся деталей подвижного состава, которые  не требуют высокой твердости  и износостойкости, используются электроды  для ручной дуговой сварки конструкционных  сталей (ГОСТ 9467-75). Для наплавки деталей, изготовленных из сталей 40, 40Х, 45, Ст5 и других, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок (осей, валов, автосцепок, железнодорожных  крестовин, рельсов и др.), применяются  электроды для наплавки поверхностных  слоев с особыми свойствами (ГОСТ 10051-75).

Толщина наплавленного слоя выбирается с  учетом износа и припуска на последующую  механическую обработку:

                                    

,                                   (2.1)

где − величина износа, мм;

 − величина припуска на  последующую механическую обработку,  мм.

 мм.

Поверхность наплавки получается ровная, если припуск  на механическую обработку составляет 2-3 мм. При значительной величине износа наплавка производится в несколько слоев.

Ручная  наплавка производится широким валиком  с амплитудой поперечного перемещения  от 2 до 4 диаметров электрода. Такой  приём увеличивает ширину валика, замедляет охлаждение сварочной  ванны, что уменьшает возможность  появления непроваров, шлаковых включений  и пор. Валики накладываются после  удаления шлака так, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий на 1/2 – 1/3 его ширины (рисунок 3.2).

Рисунок 7 − Схема наложения валиков

 

Соотношение между основными параметрами  наплавленного слоя можно определить по выражениям:

;                                                   (2.2)

 мм.

 ;                                               (2.3)

 мм.

или на основе экспериментальных данных.

При восстановлении плоских и полых деталей необходимо учитывать толщину стенки детали.

При ручной дуговой наплавке изношенных поверхностей для большинства деталей подвижного состава используются электроды  диаметром 3-5 мм, для крупногабаритных деталей − до 6 мм.

Величину  тока наплавки выбирают на основании  рекомендаций, помещенных в паспортах  электродов и сварочных таблицах, или рассчитывают по эмпирической формуле:

,                                                      (2.4)

где j – плотность тока, А/мм².

 А

Допускаемую плотность тока выбирают в зависимости  от вида электродного покрытия и диаметра электрода ( А/мм²).

Для выбора напряжения используют справочные данные или рекомендации сертификатов, которыми определяется каждая марка электрода. Для большинства марок электродных  покрытий, используемых при наплавке углекислых и легированных конструкционных  сталей, рекомендуемые значения напряжения дуги выбирают в пределах 20-32 В.

Возможно  и более точное обоснование применяемого напряжения дуги в зависимости от тока:

                                                  (2.5)

 В.

Скорость  наплавки, м/ч,

,                                                          (2.6)

где − коэффициент наплавки, г/Ач;

 − площадь наплавляемого  слоя одного прохода, см²;

 − плотность металла шва,  =7,8 г/см³

 м/ч (2,23 мм/с).

Площадь поперечного сечения наплавляемого  валика при ручной дуговой наплавке можно определить (см. рисунок 3.2):

                                    

                                          (2.7)

 мм².

Как правило, скорость наплавки можно не рассчитывать, так как она устанавливается  сварщиком вручную при обеспечении  размерных параметров наплавленного  слоя.Выбирая род тока, следует  учитывать экономические и эксплуатационные преимущества переменного тока перед  постоянным. Однако могут быть положения, при которых использование переменного  тока не допускается при наплавке электродами УОНМ-13, ОЗН в некоторых  других случаях. Так, характер наплавочных  работ обусловливает необходимость  получения слоя наплавленного металла  за счет возможно большего количества электродного металла при минимальной  глубине проплавления основного  металла. Поэтому для наплавочных  работ следует предпочесть постоянный ток и вести наплавку на обратной полярности, обеспечивающей более высокую производительность процесса и меньшую глубину проплавления поверхности детали. Для   наплавки выбираем выпрямитель сварочный с универсальными данными характеристиками ВДУ-500 Урал предназначен для использования в качестве источника питания постоянным током одного сварочного поста при: