Производственный и технологический процессы ремонта

3. Производственный и технологический процессы ремонта 3.1. Основные понятия и определения Производственный процесс – совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых для изготовления и ремонта изделий на данном предприятии. На рисунке 3.1представленна блок схема Производственный процесс состоит из различных технологических процессов: • основных, связанных с преобразованием исходных материалов до получения готовых изделий или их частей; • вспомогательных, необходимых для обеспечения основных процессов производства (изготовление приспособлений, инструмента, ремонт оборудования и т. п.); • обслуживающих, обеспечивающих возможность изготовления изделия (внутризаводская транспортировка, складские операции и т. п.). Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предметов производства. Технологический процесс ремонта – совокупность основных работ, включающих разборку, мойку, очистку, дефектацию, сортировку, восстановление и изготовление деталей, комплектование, сборку, испытания и окраску. На рис. 3.1 показана структура технологического процесса. Рис. 3.1. Структура технологического процесса Технологическая операция – это часть технологического процесса, которая производится над одним или несколькими совместно ремонтируемыми или обрабатываемыми агрегатами, узлами, деталями или целой машиной на одном рабочем месте. Переход – часть операции, выполняемая над одним определенным соединением или деталью при неизменном оборудовании и инструменте. Прием – часть операции, представляющая из себя законченную совокупность отдельных движений рабочего в процессе выполнения работы или подготовки к ней. 3. 2. Схемы технологических процессов ремонта Схема технологического процесса ремонта может быть построена по принципу обезличенного ремонта и по техническому состоянию. Обезличенный ремонт применяется на заводах, осуществляющих капитальный ремонт оборудования. Схема технологического процесса обезличенного капитального ремонта показана на рис. 3.2 Все виды работ в данной схеме могут быть разделены на четыре этапа: • первый – приемка в ремонт, разборка и мойка; • второй – ремонт узлов и агрегатов; • третий – общая сборка; • четвертый – испытания, регулировка и сдача отремонтированного оборудования заказчику. Рис. 3. 2. Схема технологического процесса обезличенного капитального ремонта Ремонт по техническому состоянию может производиться на эксплуатационных предприятиях) или на специализированных ремонтных предприятиях. При ремонте на эксплуатационных предприятиях перечень технологических операций определяется для каждого отдельно взятого агрегата и они выполняются в условиях единичного производства по единичным технологическим процессам. На специализированных предприятиях целесообразно применять централизованный ремонт по техническому состоянию, основанный на принципах серийного производства. При этом повышается загрузка оборудования и рабочих. Сущность такой организации ремонта состоит в том, что по результатам предремонтного диагностирования агрегату назначается один из заранее разработанных технологических маршрутов, предназначенных для устранения определенного сочетания дефектов. На рис. 3.3 показана схема технологического процесса централизованного ремонта по техническому состоянию. Рис. 3. 3. Схема технологического процесса ремонта по техническому состоянию Каждый агрегат характеризуется имеющимся у него сочетанием дефектов Q. По результатам диагностирования каждому из агрегатов с q-м сочетанием дефектов назначается свой маршрут из множества K возможных сочетаний маршрутов ремонта. Агрегаты, имеющие сходные сочетания дефектов, могут объеди- няться в один маршрут. В соответствии с назначенным технологическим маршрутом они распределяются по специализированным рабочим местам. На одном рабочем месте может выполняться либо один, либо несколько технологических маршрутов. Типы производств и их технико-экономическая характеристика Тип производства— совокупность его организованных, технических и экономических особенностей. Тип производства определяется следующими факторами: - номенклатурой выпускаемых изделий;- объемом выпуска;- степенью постоянства номенклатуры выпускаемых изделий;- характером загрузки рабочих мест. В зависимости от уровня концентрации и специализации различают три типа производств: - единичное; - серийное; - массовое. По типам производства классифицируются предприятия, участки и отдельные рабочие места. Тип производства предприятия определяется типом производства ведущего цеха, а тип производства цеха — характеристикой участка, где выполняются наиболее ответственные операции и сосредоточена основная часть производственных фондов. Отнесение завода к тому или иному типу производства носит условный характер, поскольку на предприятии и даже в отдельных цехах может иметь место сочетание различных типов производства. Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготовляемых изделий, малым объемом их выпуска, выполнением на каждом рабочем месте весьма разнообразных операций. В серийном производстве изготовляется относительно ограниченная номенклатура изделий (партиями). За одним рабочим местом, как правило, закреплены несколько операций. Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течение продолжительного времени на узкоспециализированных рабочих местах. Тип производства оказывает решающее значение на особенности организации производства, его экономические показатели, структуру себестоимости (в единичном высока доля живого труда, а в массовом — затраты на ремонтно-эксплуатационные нужды и содержание оборудования), разный уровень оснащенности. Сравнение по факторам типов производств приведено в таблице 7.2 . Таблица 7.2 Характеристики типов производств № п/п Факторы Тип производства единичное серийное массовое 1 Номенклатура изготавливаемых изделий Большая Ограниченная Малая 2 Постоянство номенклатуры Отсутствует Имеется Имеется 3 Объем выпуска Малый Средний Большой 4 Закрепление операций за рабочими местами Отсутствует Частичное Полное 5 Применяемое оборудование Универсальное Универсальное +специальное (частично) В основном специальное 6 Применяемые инструмент и оснастка Универсальные Универсальные +специальные В основном специальные 7 Квалификация рабочих Высокая Средняя В основном низкая 8 Себестоимость продукции Высокая Средняя Низкая 9 Производственная специализация цехов и участков Технологическая Смешанная Предметная 4. эксплуатационные свойства деталей 4. 1. Влияние параметров качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей Основными параметрами качества поверхностного слоя деталей после механической обработки лезвийным или абразивным инструментом является шероховатость поверхности, глубина, степень наклепа и технологические макронапряжения. В настоящее время считается, что большее влияние на эксплуатационные свойства деталей оказывают шероховатость, степень наклепа и остаточные напряжения, поэтому остановимся на рассмотрении данных параметров. Влияние шероховатости на эксплуатационные свойства деталей Шероховатость поверхности представляет собой одну из основных геометрических характеристик определяющих качество поверхности изделий и оказывающую влияние на эксплуатационные . Влияние шероховатости на трение и износ обусловлено, формой неровностей и направленностью следов обработки. Влияние может быть различным в зависимости от условий трения и износа. В начальный период работы трущихся поверхностей их контакт происходит по вершинам неровностей, поэтому в местах фактического контакта возникают большие давления, превышающие предел текучести материалов. В результате этого происходит срез и пластический сдвиг вершин неровностей, приводящих к повышенному начальному износу. В отдельных случаях на контактирующих вершинах наблюдается разрушение окисной пленки, возникают высокие температуры, вызывающие молекулярное сцепление трущихся металлов с образованием узлов схватывания. Начальный износ приводит к уменьшению высоты шероховатости и увеличению фактической площади контакта. В процессе приработки происходит изменение размеров и формы неровностей, при этом высота неровностей уменьшается или увеличивается до некоторого оптимального значения, которое является различным для разных условий трения. Если оптимальные параметры шероховатости создать при обработке, то она в процессе трения изменяется незначительно. При этом обеспечивается наименьшая величина приработочного износа. Помимо высоты неровностей на износ влияют шаг и форма неровностей. Увеличение шага и относительной опорной длины профиля приводит к увеличению износостойкости поверхностей. Направление неровностей оказывает различное влияние в зависимости от условий смазывания. При жидкостной смазке и малой высоте шероховатости ее направление не имеет значения. При большой высоте неровностей более выгодным является направление, параллельное скорости движения. При граничной смазке параллельное направление неровностей приводит к большей величине износа, чем перпендикулярное, в случае малой высоты неровностей. При большой высоте неровностей параллельное направление обеспечивает меньший износ. Шероховатость участка поверхности оценивается по неровностям профиля, получаемого методом сечения реальной поверхности геометрической плоскостью. Для отделения шероховатости неровностей поверхности от других рельефных участков с относительно крупным шагом, ее рассматривают в пределах отдельного сегмента, длину которого называют базовой длиной. Для оценки шероховатости поверхностей используется параметры измерения, которые указывают на стандартные величины находящиеся в пределах допустимых значений. Параметры «Ra», представляют собой среднюю высоту неровностей профиля, которая измеряется в микрометрах. При контроле и измерении величин шероховатости поверхностей используют метод визуальной оценки, контактным и бесконтактным способом. Измерения производятся методом светового сечения, теневой проекцией, интерференционным и растровым способом. В отдельных случаях, когда не представляется возможным напрямую измерить шероховатость поверхности, с выбранной поверхности снимают слепок и измеряют величину шероховатости по слепку. При визуальной оценке проверяемую поверхность сравнивают с образцами шероховатости поверхности, которые выпускают в виде специальных эталонов. Образцы шероховатости могут быть плоской или цилиндрической формы. На каждом образце изображают номинальное значение параметра «Ra» в микрометрах. По требованию заказчика рядом с параметром «Ra» может быть дополнительно нанесено значение параметра «Rz» как справочное. Образцы шероховатости укомплектовываются в наборы, а так же изготовляются отдельными образцами по способам обработки и материалам, из которых они изготовлены. Оценка шероховатости поверхностей детали, методом сравнения с образцом, дает удовлетворительные результаты, начиная примерно от Ra = 0,6 - 0,8 мкм и далее. Точность визуального измерения шероховатости может быть повышена в случае применения оптических средств увеличения. Измерение шероховатости не визуальным способом производится специальными приборами одним, из которых является профилометр. Эти приборы предназначены для фиксации параметров шероховатости участка детали. Профилометры измеряют состояние поверхности контактным методом с помощью специального алмазного щупа. В технике профилометры главным образом предназначены для измерений в условиях лабораторий, машиностроительных, приборостроительных и других Влияние шероховатости на усталостную прочность деталей. Шероховатость создает концентраторы напряжений, которые могут служить причиной образования усталостных трещин. С увеличением высоты шероховатости усталостная прочность снижается. Направление неровностей: при поперечном направлении рисок усталостная прочность снижается. Увеличение шага неровностей приводит к увеличению усталостной прочности. Приближённое определение параметров шероховатости поверхности деталей Внешние признаки поверхности Назначение поверхности Параметр Ra, мкм Поверхность не подвергалась механической обработке Наружные и внутренние несо- прикасающиеся поверхности корпусов, крышек, фланцев и т. п. Без параметров На поверхности заметны невооружённым глазом грубые следы режущего инструмента Несоприкасающиеся поверхности деталей, требующие механической обработки Менее 50 до 6,3 На поверхности слабо заметны следы режущего инструмента Соприкасающиеся поверхности зубчатых колёс, крепёжных резьб Менее 6,3 ДО 1,6 Следы обработки не заметны невооружённым глазом Сопрягаемые поверхности деталей (посадки). Рабочие поверхности ходовых резьб Менее 1,6 до 0,2 Поверхности зеркальные Рабочие поверхности деталей двигателей, приборов Влияние наклепа поверхностного слоя на износостойкость, усталостную прочность и коррозионную стойкость Наклеп (нагартовка) - изменение структуры и свойств металла, вызванное пластической деформацией поверхностного слоя металла. Приводит к повышению механических свойств поверхностного слоя с основным. Используется для поверхностного упрочнения деталей. Поверхностный наклеп вызывает сжимающие остаточные напряжения, что способствует повышению усталостной прочности деталей. Степень наклепа достигает 20 - 30%, глубина упрочненного слоя не превышает 10 мкм, а наибольшее упрочнение наблюдается в слое глубиной 2 - 3 мкм; Износостойкость. Предварительное упрочнение металла поверхностного слоя: • уменьшает износ при механическом и молекулярном взаимодействии; • способствует возникновению окислительного вида изнашивания, протекающего с минимальной интенсивностью; • снижает интенсивность изнашивания при усталостном износе. Однако при абразивном и эрозионном изнашивании наличие наклепа увеличивает износ. Глубина наклепанного слоя не влияет на износ. При очень большой степени наклепа возможно ускорение разрушения поверхностного слоя при трении, поэтому необходимо обеспечивать оптимальную для условий трения степень наклепа. Усталостная прочность. Упрочнение металла поверхностного слоя препятствует росту существующих и возникновению новых усталостных трещин. Наклеп может нейтрализовать отрицательное влияние наружных дефектов и шероховатости. Обеспечивает повышение усталостной прочности до 25 – 30 %. Коррозионная стойкость. В результате пластической деформации поверхностного слоя, происходящей при механической обработке, возникает неравномерное повышение энергии и различное изменение электродного потенциала в зернах металла. Более наклепанные зерна становятся анодами, менее наклепанные – катодами. Кроме этого, при пластической деформации поликристаллических металлов в них создаются микронеоднородности, способствующие проникновению большего количества коррозионных элементов. В результате данных процессов наклеп поверхностного слоя приводит к ускорению коррозионных процессов, поэтому целесообразно снимать наклеп отжигом. Влияние остаточных напряжений Влияние на износостойкость. Для большинства случаев изнашивания остаточные напряжения не влияют, однако, при усталостном изнашивании, при незначительных величинах начального износа сжимающие остаточные напряжения снижают износ. Глубина распространения остаточных напряжений на износ не влияет. Влияние на усталостную прочность. Остаточные напряжения оказывают большое влияние. Сжимающие остаточные напряжения повышают усталостную прочность до 50 %, а растягивающие - снижают до 30 %. У деталей, работающих при высоких температурах, остаточные напряжения на усталостную прочность влияния не оказывают. 4. 2. Влияние технологии изготовления и восстановления на повышение эксплуатационных свойств деталей На основании опыта машиностроительных и ремонтных предприятий при восстановлении деталей и сборочных единиц, можно рекомендовать следующие способы повышения эксплуатационных свойств отдельных деталей (табл. 4.1). Таблица 4.1 Наименование детали Основной вид повреждения при эксплуатации Способ повышения долговечности Болты и шпильки резьбовых соединений Усталостные изломы, деформации Повышение прочности стали. Уменьшение концентрации напряжений за счет более качественной обработки резьб. Уменьшение высоты шероховатости. Накатка резьбы роликами. Гайки и крепежные отверстия под болты и шпильки Срез резьбы Раскатывание резьб Зубчатые колеса Излом зуба. Износ и пластическое деформирование боковых поверхностей зубьев. Заедание зубьев. Изнашивание торцов зубьев Улучшение. Поверхностная или объемная закалка. Цементация. Азотирование. Нитроцементация. Накатывание боковых поверхностей зубьев. Электромеханическая обработка Червячные передачи Заедание, изнашивание рабочих поверхностей. Пластическое деформирование и излом зубьев Уменьшение шероховатости боковых поверхностей. Закалка или цементация. Накатывание. Электромеханическая обработка. Продолжение табл. 4.1 Наименование детали Основной вид повреждений при эксплуатации Способ повышения долговечности Валы и оси Усталостные изломы. Изнашивание и задиры. Заедание Увеличение радиусов галтелей. Шпоночные канавки с плавным выходом. Наклеп переходных поверхностей. Поверхностная закалка. Азотирование. Накатывание и вибронакатывание. Опора скольжения Изнашивание, заедание, усталостные разрушения поверхности Высокая точность изготовления и малая высота шероховатости. Нанесение специальных покрытий для приработки. Вибронакатывание Гильза цилиндра Изнашивание внутренней поверхности. Риски и задиры. Овальность при изнашивании. Трещины. Коррозия наружной поверхности. Поверхностная или объемная закалка. Пористое хромирование. Азотирование внутренней поверхности. Виброраскатывание. Освинцовывание, оцинковывание, покрытие лаком наружной поверхности Поршень Изнашивание цилиндрической поверхности. Изнашивание и пластическое деформирование кольцевых канавок. Изнашивание отверстий в бобышках. Прогар головки Покрытие боковой поверхности легкоплавкими металлами. Фосфатирование. Сульфидирование. Закалка с последующим старением Окончание табл. 4.1 Наименование детали Основной вид повреждений при эксплуатации Способ повышения долговечности Коленчатый вал Уменьшение диаметра. Овальность и конусность шеек в результате изнашивания. Прогиб или усталостныйизлом. Создание овальной формы шеек. Поверхностная закалка. Азотирование. Полирование шеек. Накатка роликами или наклеп переходных поверхностей Клапан ДВС Изнашивание и пригорание фаски тарелки. Изнашивание стержня. Деформация Наплавка фаски и головки твердым сплавом. Объемная закалка и отпуск Вкладыш подшипника Изнашивание. Усталостное выкрашивание или подплавление заливки Оптимизация формы. Покрытие рабочей поверхности. Виброраскатывание