РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛИ МАШИН БЕЗ ИХ ДЕМОНТАЖА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

Технологические способы восстановления геометрической точности базирующих поверхностей крупногабаритных деталей в процессе их эксплуатации

Определение рационального способа восстановления работоспособности и геометрической точности крупногабаритных деталей машин и афегатов означает необходимость решения определенных технико-экономических задач. В состав этих задач входит: определение требуемой геометрии восстанавливаемой поверхности;

выявление параметров точности восстанавливаемой поверхности;

определение технологического метода и схемы обработки восстанавливаемой поверхности;

выбор необходимого переносного станка или разработка его конструкции;

технико-экономическое обоснование возможных способов восстановления работоспособности детали.

Необходимость применения мобильных восстановительных технологий с применением переносных станков, обычно имеет место при решении следующих производственных задач:

для обработки крупногабаритных деталей при отсутствии в основном производстве дорогостоящего, тяжелого, уникального оборудования;

для выполнения предмонтажной обработки базовых поверхностей крупногабаритных деталей машин и агрегатов;

для выполнения ремонтных работ по восстановлению геометрической точности крупногабаритных деталей на рабочем месте без их демонтажа.

В таблице 3.1 представлены типовые технологические задачи различных производств по восстановлению точности крупногабаритных деталей с использованием переносных станков. При этом указана геометрия обрабатываемой поверхности, метод обработки и применяемый дтя этого переносной станок. Переносные станки могут быть эффективно использованы для обработки поверхностей различной геометрии:

плоских поверхностей, в том числе непрерывных и прерывистых поверхностей большой протяженности, а также составных плоских поверхностей, образующих сложные профиля направляющих станин;

наружных и внутренних цилиндрических поверхностей различных диаметров;

сложно-контурных наружных и внутренних поверхностей, включая поверхностей сложного профиля деталей типа изложниц;

боковых эвольвентных поверхностей зубьев у составных колес большого диаметра.

Для крупногабаритных деталей машин, таких как бандажи вращающихся печей, опорные ролики печей, восстановление геометрической точности базирующих поверхностей путем замены всей изношенной детали на новую представляется крайне нецелесообразным, т.к. влечет за собой остановку и простой всей производственной установки на длительный срок. Поэтому представляется необходимым изыскание технологических решений восстановления работоспособности таких деталей непосредственно на рабочем месте без выполнения их демонтажа.

Таблица 3 I

Технологические задачи обработки деталей с использованием

переносных станков

Продолжение таблицы 3.1

Восстановление точности может выполняться непосредственно на рабочем месте бет остановки производственного агрегата, например вращающейся печи. При этом восстановительные работы могут выполняться как бет демонтажа, так и с частичным демонтажем отдельных деталей агрегата. Восстановление точности детали вне рабочего места, например, в ремонтной зоне предприятия или на заводе изготовителе, предусматривает остановку агрегата и демонтаж

крупногабаритной изношенной детали. Экономические потери, связанные с такой организационной формой восстановления точности крупногабаритных деталей приведены выше в главе 1.

В общем случае, технологические методы восстановления точности могут быть дифференцированы на три группы технологических решений:

• 1. Восстановление точности путем удаления механообработкой материала с изношенной базовой поверхности до момента достижения требуемой макро-геометрии поверхности.
• 2. Восстановление точности путем нанесения наплавкой

дополнительных слоев материала с последующей механообработкой для выравнивания поверхности до требуемой макро - геометрической формы.

3. Восстановление точности путем соединения отдельных деталей или их элементов.

Достижение требуемой макро - геометрической формы изношенной базовой поверхности бандажа, опорного ролика путем их

механообработки, без демонтажа на рабочем месте, возможно, осуществить путем использования переносных встраиваемых станков, обеспечивающих возможность выполнения как лезвийной, так и абразивной обработки поверхности. Для рассматриваемого класса крупногабаритных крупных, деталей с цилиндрическими базовыми поверхностями наиболее целесообразным методом лезвийной обработки является точение. Однако, в общем случае, для решения подобных задач могут быть использованы и другие методы лезвийной обработки -фрезерование, расточка, сверление [87,25,67].

В свою очередь, для выполнения абразивной обработки, с целью достижения требуемого качества шероховатости цилиндрических поверхностей, может быть использован метод ленточного шлифования.

Восстановление геометрической точности изношенной базовой поверхности путем нанесения дополнительных слоев материала может выполняться технологическими методами наплавки или напыления материала. В результате наплавки достигается восстановление размеров изношенных деталей, а также повышение износостойкости поверхности путем создания слоя с особыми свойствами за счет введения в него легирующих элементов. Наплавка позволяет исправлять различные дефекты поверхности, и может быть эффективно использована для восстановления точности опорных роликов. Исследования показывают, что себестоимость восстановленных деталей в среднем не превышает 30% от стоимости новых деталей, а доля наплавленного металла составляет не более 10% общей массы деталей. Однако реализации этой технологии для восстановления точности опорных роликов больших размеров

потребовало разработки индивидуальных технологий и специального оборудования [100,102].

Наряду с наплавкой для сохранения геометрической точности базовых поверхностей деталей могут быть использованы также технологические методы напыления материала [59]. Сюда относится применение защитных покрытий из порошковых материалов, наносимых методом плазменного напыления.

Выбор необходимого метода обработки восстанавливаемой базовой поверхности необходимо осуществлять путем расчета требуемого уточнения е _т по каждому их регламентируемых параметров точности детали:

(3.1)

Л _ис / А ,„р

где А _ис - фактическое отклонение соответствующего параметра точности восстанавливаемой базовой поверхности;

А,„_р - требуемая предельное отклонение параметра точности. Согласно ГОСТ 24642-81 для цилиндрических поверхностей, к которым относятся также базовые поверхности бандажа, опорных роликов, предусматривается три вида допусков, ограничивающих соответственно отклонения от крутости А_кр, от цилиндричности А_чи отклонение профиля продольного сечения А „Д70]. Частным случаем отклонения профиля продольного сечения является конусность, корсетность, бочкообразность. При этом по каждому из допусков предусматриваются 16 степеней точности. В соответствии с этим, требуемые уточнения е _п, необходимо рассчитывать по каждому из параметров геометрической точности восстанавливаемой базовой поверхности [9,11,124]:

? т кр

(3.2)

где А _кр ,„р , А ,, _тр, А „_р ,„_р - регламентируемые ГОСТом предельные отклонения геометрической формы базовых поверхностей - отклонения от крутости, цилиндричности и профиля продольного сечения;

А _кр„, А _ци, А _при - фактические исходные отклонения геометрической формы изношенных базовых поверхностей.

В таблицах 3.2, 3.3 приведены регламентируемые А ^ _тр , А „_р тр и Допускаемые при эксплуатации А _кри, А _яри отклонения геометрической формы изношенных базовых поверхностей для бандажей различных диаметров, а также рассчитанные согласно (3.2) требуемые уточнения

Таблица 3 2

Отклонения от круглости и требуемые утомнения

Таблица 3.3

Отклонения профиля продольного сечения и требуемые уточнения

На рис. 3.2 представлены фактические отклонения профиля продольного сечения у семи бандажей, полученные в результате проведенных комплексных исследований на одной обжиговой печи. Результаты исследований показывают, что на всех бандажах имеет место бочкообразность. Численные значения отклонений профиля продольного сечения приведены в таблице 3.4. Наибольшая бочкообразность имеет место на бандаже № 1 - А _при = 9.0мм , наименьшая на бандаже № 2 -Л_при .2.5мм.

Таблица 3.4

Отклонения профиля продольного сечения по длине бандажа

А „_рц в мм

49

О 275 550 825 1Ю0 т

О 275 550 825 НООт

О 275 550 825 1Ю0т

Напор банд ох а

О 275 550 825 1Ю0т

О 275 550 825 1100т

Рис. 3.2. Погрешность продольного профиля бандажей.

Аналогичные исследования и расчеты были проведены для опорных роликов ?) 1400 ..1800 мм. Конструкция опорного ролика в целом технологична. Форма, размеры и точностные параметры ролика не вызывают сложностей при его изготовлении. Наиболее распространенной причиной замены опорных роликов цементных печей является изменение формы его рабочей базовой поверхности [85]. Наиболее часто встречающиеся дефекты геометрической формы опорных роликов являются - конусность, карсетность (седловидность). Технологические задачи при обработке ролика заключаются в достижении соосности его наружной поверхности относительно базового отверстия, в достижении точности профиля, точности необходимых размеров и требуемой шероховатости поверхности.

Реконструкция ролика путем наплавки недостающего металла требует также выполнения последующей чистовой токарной обработки восстанавливаемой базовой поверхности [88].

Требуемая точность диаметрального размера рабочей поверхности ролика по /Г 11 составляет О 1500°⁹, шероховатость поверхности Я_и = Юмкм.. При длине рабочей поверхности 1 = 1000 мм. погрешность геометрической формы согласно ГОСТ 24643-81 для 12 степени точности составляет - отклонение от круглости А_кр =0.5 мм, и отклонения профиля продольного сечения А_пр = 0.8 мм . В случае наличия на изношенной рабочей поверхности отклонения профиля в виде корсетности А_пр„ = 30 мм , требуемое уточнение продольного профиля е_тпр составляет е_тпр⁼ 30/ 0.8 =37.5.

В случае восстановления рабочей поверхности ролика методом наплавки с использованием переносного станка точность диаметрального размера, получаемого после наплавки, составляет П1500'[1, а

шероховатость поверхности Я_а = 500 мкм.

Это означает, что в результате восстановительной токарной обработки с помощью переносного станка, необходимо обеспечить требуемые уточнения ?_т:

по диаметральному размеру е_т = 2.3 / 0.9 = 2.55 по шероховатости поверхности е_т = 500/10 = 50.

Согласно [90,91] необходимые уточнения параметров точности ролика можно обеспечить путем последовательного чернового и чистового точения. В таблице 3.5 приведены параметры геометрической точности ролика, снимаемые припуски и уточнения, получаемые на черновых и чистовых переходах, при обработке с использованием переносного токарного станка.

5 1

Таблица 3.5

Достигаемые параметры точности опорных роликов при

использовании переносных станков__

Новые технологии предусматривают выполнение восстановительной обработки бандажей непосредственно в процессе их эксплуатации. Базирование детали при обработке на два опорных ролика обрабатываемой поверхностью приводит к изменению её положения относительно режущего инструмента в случае изменения кривизны контура обрабатываемой детали в точках касания с опорными роликами. Поэтому при снятии слоя металла с поверхности детали, имеющей различные отклонения геометрической формы контура, приводит к неопределенности базирования, к неустойчивости процесса формообразования и, как следствие, к дополнительному искажению исходной формы детали.

В соответствии с этим для достижения требуемой крутости бандажа необходимо предварительно обработать опорные ролики, с тем, чтобы погрешность формы роликов оказывала меньшее влияние на формирование геометрической точности базовой поверхности бандажа.

Обработку роликов и бандажей необходимо рассматривать как задачу, характерную для широкою класса вращающихся агрегатов -цементных печей, печей по обжигу керамзита, печей по обжигу извести и сушил. Обработка опорных роликов цементных печей без их демонтажа включает обработку базовых поверхностей катания и снятие двух фасок. В качестве главного движения резания используется рабочее вращение бандажа и ролика, поэтому нестационарный станок содержит только кинематические цепи подач [80,91]. Погрешность обработки ролика в основном определяется точностью установки станка. Обработки бандажей цементных печей существенно отличается от обработки роликов тем, что они имеют большие отклонения от круглости чем ролики. Кроме того, на отдельных бандажах необходимо обрабатывать коническую поверхность юц упоры. Наиболее сложной задачей является обработка составного бандажа. Такой бандаж состоит из двух половин, которые сваривают непосредственно перед монтажом на печь.

Техническими требованиями устанавливаются предельные отклонения от круглости и сдвиг по торцу двух полуколец - пропеллерность, которая не должна превышать 2-3 мм. Эти допуски, как показала практика, невозможно выдержать, т.к. деформация бандажа после сварки превышает величину допуска. Задача предмонтажной обработки бандажей, непосредственно после сварки, является достаточно трудной, т.к. размеры бандажа обычно превышают 5000 мм, а вес изделия достигает 60 и более тонн. Стоимость одного бандажа часто превышает 100 тыс. рублей [80,123].

Решение данной проблемы можно осуществить ипи путям пред монтажной обработки сваренного бандажа на специальном нестационарном модуле или путем обработки его после монтажа с помощью переносного станка [86,122]. Обработку во втором случае необходимо выполнять при холостом вращении печи до момента ее розжига.