Материал: Ремонт втулки шпинтона пассажирской тележки

выбор наплавочного оборудования и приспособлений;

разработка техники исполнения наплавочных работ;

выбор метода контроля наплавке; составление операционной карты.

Детали, подлежащие наплавке, очищают от грязи, масла, ржавчины, после чего их сортируют и определяют возможность и целесообразность восстановление наплавкой. После очистки деталей, определяют величину и характер износа детали, наличие трещин, вмятин, наклепа и т.д. Не удаленные перед наплавкой трещины остаются под слоем наплавленного металла и в процессе эксплуатации распространяются в основной и наплавленный металл.

При наплавке деталей, имеющих на восстанавливаемой поверхности отверстия, пазы или канавки, которые необходимо сохранить, заделывают медными, графитовыми или угольными вставками. Поверхности детали, которые необходимо защитить от брызг расплавленного металла, закрывают асбестом.

Техника выполнения сварочных работ определяется способом наплавки.

Расчет выполнен для случая износа цилиндрической поверхности втулки шпинтона.

5.1 Режим ручной дуговой наплавки

При восстановлении наплавкой [3] 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 воспользоваться схемой, приведенной на рисунке 5.1.

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 твердости ограничено взаимодействием с другой деталью и необходимостью механической обработки, поэтому твердость наплавленного металла должна быть не более 400НВ.

Рисунок 5.1 - Основные параметры процесса ручной дуговой наплавки

При ручной дуговой наплавке быстроизнашивающихся деталей подвижного состава, которые не требуют высокой твердости и износостойкости, используют 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 нагрузок (осей, валов, автосцепок, железнодорожных крестовин, рельсов и др.), применяются электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (ГОСТ 10051 - 75).

Диаметр электрода для ручной дуговой сварки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, геометрии сварочного элемента и положения сварки в пространстве.

Выбираем электрод Э1012 марки ОЗН-250У с коэффициентом наплавки 9,0; с умеренным разбрызгиванием и расходом электродов на 1 кг наплавленного металла равным 1,7.

Толщина наплавленного слоя:

δн=δиз+δ0, (5.1)

δн = 2 + 2 = 4 мм

где δиз - величина износа, δиз = 2 мм;

δ0 - величина припуска на последующую механическую обработку, δ0=2 мм.

Подставив числовые значения в формулу 5.1, получаем

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

Рисунок 5.2 - Схема наложения валиков

При ручной дуговой наплавке изношенных поверхностей для большинства деталей подвижного состава используются электроды диаметром 3 - 5 мм, для крупногабаритных деталей подвижного состава используют электроды диаметром dэл = 6 мм. Выбираем электрод диаметром 4 мм.

Длина одного валика:

, (5.2)

мм

Определим величину сварочного тока для электрода диаметром 4 мм по формуле

 (5.3)

Iн = (20 + 6 ∙ 4) ∙ 4 = 176 А

где Iн - сила тока, А;

dэл - диаметр электрода, мм.

Напряжение дуги

Uд = 20 + 0,04 ∙ Iн (5.4)

Uд = 20 + 0,04 ∙ 176 = 27 В

Площадь наплавленной поверхности, см2

Fн = 0,75 ∙ b ∙ δн (5.5)

Fн = 0,75 · 0,8 · 0,4 = 0,24 см2

Скорость наплавки:

, (5.6)

где αн - коэффициент наплавки, г/А∙ ч;

ρ - плотность металла шва, ρ = 7,8 г/см3.

5.2 Режим автоматической наплавки под плавленым флюсом

Автоматическая наплавка [3] под флюсом по сравнению с ручной дуговой имеет ряд преимуществ:

увеличение производительности труда;

уменьшение расхода наплавочных материалов и более экономное расхода легирующих элементов;

уменьшение расхода электроэнергии;

улучшение условий труда.

На форму и размеры наплавленных валиков значительное влияние оказывает большое количество факторов. Основные параметры режима целесообразно определять со схемой, приведенной на рисунке 5.3.

Одним из основных факторов, определяющих эксплуатационные свойства восстановленных поверхностей, является марка электродной проволоки. Для механизированной наплавки под флюсом можно использовать сварочные проволоки (ГОСТ 2246 - 70) и наплавочные (ГОСТ 10543 - 82).

Состав флюса и его грануляция оказывают существенное влияние не только на устойчивость горения дуги, но и на форму и размеры наплавленного слоя. Флюсы сварочные наплавленные выпускаются в соответствии с ГОСТ 9087 - 81.

Для механизированной наплавки углеродистых и низколегированных сталей углеродистыми и низколегированными наплавочными проволоками применяются флюсы АН - 348, АН - 348 - АМ, АН - 348 - В, АН - 348 - ВМ, ОСЦ - 45, ФЦ - 9, АН - 60.

Флюсы АН - 348 обеспечивают удовлетворительную стабильность горения дуги при любом роде тока и хорошее формирование валиков наплавленного металла. Флюс обладает пониженной склонностью к образованию пор и дает удовлетворительно отделяемую шлаковую корку.

Флюсы ОСЦ обладают пониженной склонностью к образованию пор в наплавленном металле. Хорошее формирование валиков наплавленного металла получается при повышенном напряжении дуги. Недостатком этих флюсов является значительное выделение вредных фтористых газов.

Флюс АН - 60 является заменителем флюсов АН - 348 - А и ОСЦ - 45. Он обеспечивает хорошую отделяемость шлаковой корки. В сочетании с углеродистыми и низколегированными проволоками позволяет получить более высокую твердость наплавленного металла в сравнении с АН - 348 - А.

Выбираем [3] проволоку Св-08ХГ, флюс АН - 348, диаметр электрода dэл=1,6 мм, толщина наплавленного слоя δн = 2,5 мм, диаметр детали dдетали=87 мм.

Рассчитаем величину тока наплавки

, (5.7)

где j - плотность тока, j = 60 - 140 А/мм2

Напряжение дуги

 (5.8)

Рисунок 5.3 - Основные параметры автоматической наплавки под флюсом

Скорость подачи электрода

 (5.9)

Vэл = = 180,83 см/ч

где αр - коэффициент расплавления;

ρ - плотность металла проволоки, г/см3

 (5.10)

Шаг наплавки определяется из условия перекрытия валиков на 1/2 - 1/3 их ширины

S = 2,5 ∙ dэл, (5.11)

S = 2,5 ∙ 1,6 = 4 мм

Скорость наплавки по формуле (5.6)

Vн = = 31,51 см/ч

Коэффициент наплавки

 (5.12)

αн = 11,02 ∙ ( 1 -  ) = 10,7

где φ - коэффициент потерь металла сварочной проволоки на угар и разбрызгивание, φ = (1 - 3) %

Площадь поперечного сечения наплавленного валика

Fн = S ∙ а ∙ δн, (5.13)

Fн = 4 ∙ 0,7 ∙ 2,5 = 7,0 мм2

где а - коэффициент, учитывающий отклонения площади наплавленного валика от площади прямоугольника, а = (0,6 - 0,7)

Частота вращения, об/мин, наплавляемой детали

n = , (5.14)

n = = 1,92 об/мин

где D - диаметр наплавляемого слоя.

Вылет электродной проволоки существенно влияет на сопротивление цепи питания дуги. С увеличением вылета возрастает сопротивление и, следовательно, значительно нагревается конец электродной проволоки. В результате этого возрастает коэффициент наплавки, снижается ток, уменьшается глубина проплавления основного металла.

Ориентировочная величина вылета

h = (10 - 12) ∙ dэл (5.15)

h = 10 ∙ 1,6 = 16 мм

Для предупреждения стекания металла и лучшего формирования наплавленного металла электродную проволоку смещают “от зенита” детали в сторону, противоположную направлению ее вращения. Величина смещения электрода “от зенита” зависит от диаметра детали и находится:

а = (0,05 - 0,07) ∙ Д (5.16)

а = 0,05 ∙ 87 = 4,35 мм

Толщина флюса равна 25 мм и зависит от тока наплавки.

Выбирая род тока, следует учитывать экономические и эксплуатационные преимущества переменного тока перед постоянным током. Для восстановления изношенной поверхности выбираем автоматическую наплавку под плавленым флюсом с переменным током.

6 Нормирование технологического процесса

На этом этапе устанавливают исходные данные [4], необходимые для расчетов норм времени и расхода материалов. Производят расчет и нормирование затрат труда на выполнения процесса, норм расхода материалов, необходимых для реализации процесса. Определяют разряд работ и профессий исполнителей для выполнения операций в зависимости от сложности работ.

Существуют несколько методов определения себестоимости: бухгалтерский, поэлементный расчетный и поэлементный нормативный.

Более точным является поэлементный метод расчета всех составляющих себестоимости. При этом затраты, которые остаются неизменными в сравниваемых вариантах, можно не учитывать. Такая себестоимость называется технологической и имеет следующий состав:

Ст = Смат + ФОТ + Сэ + Сам + Ст.р, (6.1)

где Смат - затраты на основные и сварочные материалы, (сталь и другие сплавы, идущие на изготовление деталей, электроды, защитный газ и др.)

ФОТ - фонд оплаты труда, (основная и дополнительная заработная плата и отчисление на социальные нужды);

Сэ - расходы на электроэнергию, затраченную на технологические нужды;

Сам - отчисления на амортизацию оборудования;

Ст.р - расходы на содержания и текущий ремонт оборудования.

Стоимость электродных материалов

Смат=Сэл + Сзащ, (6.2)

где Сэл - стоимость электродных материалов, руб;

Сзащ - стоимость защитных материалов (флюс, газ), руб.

Стоимость электродных материалов:

Сэл = Цэл ∙ Gэл , (6.3)

где Цэл - оптовая цена электродов, Цэл = 0,03118 руб/г;

Расход электродных материалов при ручной дуговой наплавке [4]:

Gэл = Gн ∙ Кр , (6.4)

где Gн - масса наплавленного металла, г;

Кр - коэффициент расхода, Кр=1,5.

Масса наплавленного металла при ручной дуговой наплавке деталей типа тел вращения [4]

 (6.5)

где DH - диаметр наплавленной поверхности, см;

DИЗ - диаметр изношенной поверхности, см;

lД - длина наплавленной поверхности, см;

ρ - плотность металла, ρ = 7,8 г/см3.

Расход электродных материалов при ручной дуговой наплавке по формуле (6.4)

Gэл = 467,60 ∙ 1,5 = 701,4 г

Стоимость электродных материалов находим по формуле (6.3)

Сэл = 0,03118 ∙ 701,4 = 21,87 руб/г

Затраты на основные и сварочные материалы по формуле (6.2)

Смат = 21,87 руб/г

Заработная плата производственных рабочих

ФОТ0 = Сч ∙ Тшт (6.6)

где Сч - часовая тарифная ставка рабочего, Сч = 57,62 руб/час;

Тшт - норма штучного времени.

Норму штучного времени определяем по формуле

Тшт=, (6.7)

где tо - основное время наплавки

кп - поправочный коэффициент, учитывающий использование сварочного стола, кп = 0,55.

Основное время наплавки [4]

t0 =  (6.8)

t0 =  = 0,3 ч

Норма штучного времени

Тшт = = 0,5 ч

Заработная плата производственных рабочих

ФОТ0 = 57,62 ∙ 0,5 = 28,81 руб

Фонд оплаты труда

ФОТ = ФОТо ∙ кдоп (6.9)

ФОТ = 28,81 ∙ 1,5 = 43,22 руб

где к под - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату и отчисления в социальные фонды, к доп = 1,5

Стоимость электроэнергии:

Сэ=Цэ∙А (6.10)

Сэ = 1,56 ∙ 1,682 = 2,624 руб/кВт∙ч

где Цэ - цена электроэнергии;

А - расходы электроэнергии, кВт ∙ ч.

А= (6.11)

А = = 1,682 кВт∙ч.

где η - КПД источника тока, η = 0,89;

ω - мощность, расходуемая при холостом ходе, ω = 0,4 кВт.

Ежегодные отчисления на амортизацию оборудования

Сам = qам ∙ коб/100, (6.12)

Сам = (74000 ∙ 12,5)/100 = 9250 руб

где qам - норма амортизационных отчислений, qам = 12,5%;

коб - стоимость оборудования, для ручной наплавки выберем сварочный аппарат, его ориентировочная стоимость коб = 74000 руб

Расходы на содержание и текущий ремонт оборудования:

Стр = коб ∙ 0,20

Стр = 74000 ∙ 0,20= 14800 руб

Себестоимость технологическая [4]

Ст = 21,87 + 43,22 + 2,624 + 9250 + 14800 = 24117,71 руб

Масса наплавленного металла при автоматических способах наплавки

Gн= (6.13)

Gн ==104,59 г

где t0 - основное время наплавки

t0= (6.14)

t0 = = 22,2 мин

Расход электродных материалов при автоматических способах наплавки

Масса электродной проволоки, расходуемой для автоматической наплавки

Gэл=Gн ∙ (1 + ) (6.15)

Gэл = 104,59 ∙ (1 + ) = 107,73 г

Стоимость электродных материалов по формуле (6.3)

Сэл = 0,03118 ∙ 107,73 = 3,36 руб

Стоимость флюса, необходимого для автоматическую наплавку под флюсом