Відновлення деталей — друге життя сільгосптехніки

Прогресуюче моральне старіння і скорочення машинно-тракторного парку господарств (забезпеченість машинами становить 40–63% норми) впливає на рівень використання виробничих потужностей ремонтно-обслуговуючих підприємств АПК України, який перебуває у межах 18–33%. Останнім часом спостерігають тенденцію до підвищення економічності роботи сервісних підприємств. Близько 25% із них навіть нарощують обсяги виконання сервісних робіт, у тому числі і відновлення спрацьованих та пошкоджених деталей.

С. Карабиньош, доцент,
А. Новицький, доцент,
І. Власой, магістр,
Національний університет біоресурсів і природокористування України

Відомо, що основні затрати на ремонт і технічне обслуговування техніки становлять до 17,2% усієї вартості валової продукції сільськогосподарського виробництва. У структурі цих витрат 71–74% припадає на закупівлю запасних частин та матеріалів і лише 7,2–10,1% — на відновлення і зміцнення спрацьованих. Разом із тим, граничні спрацювання 80% деталей не перевищують 0,32–0,41 мм, а більшість із них мають залишковий ресурс 58–63%. Аналіз літературних джерел та практичний досвід показують, що лише 18–21% деталей, які надходять на відновлення, мають бути вибракуваними, а решту можна відновити, причому собівартість відновлення становитиме 14–72% собівартості виготовлення нових. Слід також відмітити, що граничні зношення деталей грунтообробних машин, таких як лемеші, лапи культиваторів, зуби та диски борін, мають значно більші величини спрацювання, межі яких коливаються від 0,82 до 10,5 мм і більше.
Досвід повторного використання сільськогосподарської техніки свідчить, що відновлення працездатності деталей — це технічно й економічно обгрунтовані заходи, які дають можливість скоротити час простою, реально поліпшують показники надійності та використання машин. В економічно розвинених країнах на ринку запасних частин відновлені деталі переважають, оскільки вони в 1,5–2,5 раза дешевші за нові, а за ресурсом, як правило, їм не поступаються. Цього досягають, перш за все, завдяки участі в цьому ринку фірм, що виробляють машини, і спеціалізованих фірм із відновлення спрацьованих деталей.
Останнім часом розвивається тенденція до зниження якості деталей. Це пов’язано із тим, що за їхнє виготовлення і відновлення наразі взялися підприємства, які досі цим не займались. Тож часто технологія виробництва не відповідає встановленим нормативам, як наслідок — змінюються геометричні параметри деталей та їхні фізико-механічні властивості. Такі робочі органи не відповідають вимогам якості і не забезпечують номінального ресурсу роботи, отже, є ненадійними.
Науково-дослідні заклади розробили цілу гаму різноманітних за своєю фізичною природою способів та методів відновлення роботоздатності деталей сільськогосподарських машин та обладнання з переробки сільськогосподарської сировини. Деталі, які направляють на відновлення, рекомендують розподіляти на дев’ять груп:
   перша — чавунні корпусні деталі двигунів, шасі тракторів, сільськогосподарських машин та обладнання переробних підприємств;
   друга — корпусні деталі тракторів, автомобілів, сільськогосподарських машин із алюмінієвих сплавів (сюди також віднесено доїльні відра, кришки відер, алюмінієві труби та ін.);
   третя — шестерні, вали-шестерні, зубчасті колеса, зірочки, черв’яки, черв’ячні колеса;
   четверта — деталі типу вал та інші органи обертання: вали гладкі і шліцьові тракторів, автомобілів, сільськогосподарських машин; осі, вали шнеків тощо;
   п’ята — робочі органи переробних, грунтообробних та фермових машин (диски, лемеші, лапи культиваторів, ножі подрібнювачів, скребки тощо);
   шоста — деталі із тонколистової сталі, кожухи, шнеки, елеватори, підніжки, баки, корпуси повітряних балонів та інші деталі з тонколистової сталі, а також радіатори;
   сьома — фланці, кришки підшипників, стакани, гальмівні барабани, ступиці та диски варіаторів і коліс, шківи;
   восьма — некруглі і непрямолінійні стержні: кронштейни, вилки, важелі, шатуни, тяги, кулачки, стійки;
   дев’ята — вузли і складальні одиниці сільськогосподарських машин, елеватори, шнеки, транспортери, решета, решітні стани, підбарабання, ножі різального апарата та подрібнювальні барабани.
До способів і методів якісного й ефективного відновлення робочих деталей та органів сільгоспмашин відносять:
   наплавлювання електродугове і газове;
   електроконтактне приварювання металевого шару;
   напилювання газове, детонаційне та плазмове;
   пластичне деформування;
   гальванічні покриття;
   електрошлакове наплавлювання;
   покриття полімерами тощо.
Давайте розглянемо можливості, переваги та недоліки основних із них за відновлення деталей, від яких залежить ресурс машин.

Корпусні або
базові деталі шасі тракторів
Це вид деталей, що забезпечують задане конструкцією машини взаємне розміщення механізмів і деталей, відповідну координацію посадочних і привалкових поверхонь. Вони приймають на себе більшість внутрішніх і зовнішніх навантажень, що чинять вплив на трактор у процесі його експлуатації. Більшість цих деталей виготовляють тонкостінними і з великою різнотовщинністю. Матеріалом для їхнього виготовлення слугує чавун марок: СЧ-15; СЧ-18; СЧ-21; СЧ-24 середньої і підвищеної якості — під час виготовлення таких деталей складної конструкції, як правило, в них виникають високі внутрішні залишкові напруження, що діють незалежно від зовнішніх. Для запобігання деформації, коробленню стінок і як результату — виникненню у них тріщин вдаються до штучного і природного старіння, що значно знижує рівень залишкових напружень, або навіть проводять основну їхню релаксацію. Внутрішні напруження базових деталей, які були в експлуатації, мають значно нижчий рівень.
Процес відновлення роботоздатності корпусних деталей пов’язаний із значними труднощами. Це, насамперед, зумовлено особливостями матеріалу — чавуну, а також складністю форми, масивністю, значними габаритними розмірами цих деталей. Вихідні параметри для відновлених деталей, що відповідають нормам технічної документації, можна отримати тільки тоді, коли створено такі технологічні умови, за яких у деталях не буде допущено виникнення додаткових напружень і, відповідно, не появляться істотні деформації та короблення. Розроблено близько 30 різноманітних способів усунення дефектів чавунних корпусних деталей.
Практичний досвід показав, що тільки незначна їхня кількість може бути ефективно застосована, наприклад: холодне зварювання та наплавлювання самозахисним дротом ПАНЧ-11, напівавтоматичне зварювання дротом МИЖКТ-5-1-02-02, реалізація комбінованих способів, особливо клеєварного, застосування вставок-стяжок, а також розкочування закручених кілець та ін.
За наплавлювання в середовищі захисних газів дріт має містити розкислювачі (алюміній, марганець, кремній, титан). До таких дротів належать Св-08Г2С, Нп-30ХГСА, Св-18ХГСА та ін. Для проведення наплавлювання застосовують напівавтоматичні шлангові установки: А-825М, А-547У, А-1035, А-765 та ін. Дріт подають у пальник, який має спеціальні сопла для дроту і захисного газу. До недоліків цього способу слід віднести: значні втрати наплавленого металу (до 15%), поверхня наплавлювання менш гладка, ніж за наплавлення під шаром флюсу.
Наплавлювання порошковим дротом із внутрішнім захистом — найперспективніший спосіб, оскільки дає змогу отримувати наплавлений метал із легованими елементами хрому, нікелю, титану, молібдену, бору та ін. У порошковий дріт, крім легованих елементів, вводять газо- і шлакоутворювальні компоненти, розкислювачі та інші речовини. Найпоширенішими діаметрами порошкових дротів є 2, 2,6, і 3 мм, які застосовують для відновлення деталей обладнання підприємств із переробки сільськогосподарської сировини.
Для відновлення спрацьованих деталей з алюмінієвих бронз, а також нанесення бронзового шару на сталеві вироби (підшипники ковзання тощо) Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона розробив серію порошкових дротів із мідною оболонкою: ППБр АЖ9-4 (8–10% Al; 2–4% Fe; 0,2% Si; 2% добавки; залишок — мідь). Для відновлення деталей з алюмінієвих бронз шляхом наплавлення у захисному газі застосовують ППБр 8-21 (7–9% Sn; 19–23% Al; 1% добавки, залишок — мідь). Для наплавлювання бронзового шару на сталеві вироби, а також для відновлення спрацьованих деталей з олов’яно-свинцевої бронзи під флюсом використовують АН-60.
Способом електродугового наплавлення у середовищі захисних газів відновлюють тільки заокруглену частину зубів. Особливістю цього методу є те, що наплавлення ведуть без переривання дії дуги за малих коливань теплової потужності. Це забезпечує якісне наплавлення матеріалу, тобто у зоні термічного впливу відсутні пори, раковини, тріщини і спостерігається незначне збільшення зернистості металу. Глибина цієї зони (з урахуванням перехідних зон) дорівнює 4–6 мм. Після наплавлення деталі обробляють на токарному верстаті по торцях і діаметру виступів. Для цього застосовують різці зі вставками, що виготовлені із гексаніту-Р. Подальше заокруглення торцевих поверхонь зубів проводять електрохімічною обробкою.
Недолік цього способу — неможливість відновлення таких деталей із спрацюванням торцевої поверхні зубів, що перевищує 4 мм, тому що ця технологія не передбачає формування евольвентної поверхні. Нерівномірна твердість наплавленого матеріалу зуба і наявність гартівних структур у зоні наплавлення спричинюють зниження стійкості до ударних навантажень, які викликають його сколювання.
Перевагою таких способів відновлення є можливість застосування зносостійких матеріалів, що підвищує ресурс відновлених деталей. За відновлення деталей у середовищі вуглекислого газу (СО2) наплавлювання проводять за постійного струму оберненої полярності. Витрата СО2, достатня для захисту зони зварювання від повітря, становить 7–10 л/хв. Зі збільшенням щільності струму витрата газу збільшується.
Відновлення пластичною деформацією грунтується на перерозподілі металу з обода маточини зубчастого колеса в зону спрацювання. Відомий спосіб, який передбачає обжимання деталей у закритому штампі із попереднім нагріванням до температури 1200…1250°С. За необхідності компенсації спрацювання на неробочі ділянки зубів наплавлюють метал. Цей спосіб дає змогу відновлювати всі поверхні за спрацювання зубця по довжині до 12 мм.
Такий спосіб достатньо трудомісткий, тому що деталь відновлюють практично до вигляду заготовки з певним припуском на чистову обробку, і для цього виникає потреба застосовувати великовантажний прес (до 6,103 кН).
У такому разі наплавлений метал видавлюватиметься рівномірно в усіх напрямках, розтікаючись на неспрацьовані ділянки зубів у вигляді напливів. Застосування ефекту пластичної деформації дає змогу одержати високодисперсну структуру металу з відсутністю анізотропних властивостей. При цьому відновлені деталі практично не мають дефектів (тріщини, відшарування).
Загальним для способів відновлення пластичною деформацією є одночасне переміщення металу деталі в зону спрацювання, де накатуванням забезпечується формування зубів.

Наплавлення
Деталь за автоматичного електродугового наплавлення під шаром флюсу встановлюють у патроні або центрах спеціально переобладнаного токарного верстата, а наплавлювальний апарат типу А-580М або ПАУ-1 — на його супорті. Електродний дріт із касети роликами подавального механізму наплавлювального апарата спрямовується у зону горіння електричної дуги. Рух електрода вздовж зварювального шва досягається шляхом обертання деталі. Переміщення електрода вздовж наплавлюваної поверхні забезпечується поздовжнім рухом супорта верстата. Наплавлення проводять гвинтовими валиками із взаємним їхнім перекриттям приблизно на одну третину. Флюс у зону горіння дуги надходить із бункера.
Наплавлення металу під флюсом забезпечує найвищу якість наплавленого металу, оскільки зварювальна дуга і ванна рідкого металу повністю захищені від шкідливого впливу кисню й азоту повітря, а повільне охолоджування сприяє якнайповнішому видаленню з наплавленого металу газів і шлакових включень.
Плазмове наплавлення є новим, але вельми перспективним способом нанесення металевих покриттів на спрацьовані поверхні деталей за потреби їхнього відновлення. Як джерело теплової енергії за плазмового наплавлення використовують струмінь плазми. Плазма являє собою частково або повністю іонізований газ, нагрітий до дуже високої температури, і має властивість електропровідності. За плазмового наплавлення застосовують низькотемпературну плазму, температура якої становить 10…30 тис. °С. Плазмовий струмінь отримують у спеціальних пристроях, які називають плазмотронами, або плазмовими пальниками. Плазмотрон складається із двох основних частин: катодної та анодної. Катод плазмотрона являє собою стержень діаметром 6–8 мм, виготовлений із лантанованого вольфраму, який через водяну сорочку охолоджується проточною водою. Анодна частина (сопло) виготовлена з міді і також охолоджується водою.
Для того щоб отримати плазмовий струмінь між анодом і катодом, утворюють електричну дугу і в зону її горіння вводять плазмоутворювальний газ, який, проходячи через дуговий проміжок, нагрівається до високої температури й іонізується, тобто розпадається на позитивно і негативно заряджені іони.
Газополуменеве напилення здійснюють за допомогою спеціальних апаратів, у яких плавлення напилюваного металу проводять ацетиленокисневим полум’ям, а його напилення — струменем стисненого повітря. Дріт подається з постійною швидкістю роликами, що приводяться в рух вбудованою в апарат повітряною турбіною через черв’ячний редуктор.
Напилюваний матеріал у вигляді дроту подається через центральний отвір пальника і, потрапляючи в зону полум’я з найвищою температурою, розплавляється.
Розроблені технології представляють значний інтерес для виробничників, особливо ті, які дають змогу повертати в експлуатацію складні, масивні, виготовлені з високоякісних матеріалів деталі. У наведеній статті представлено тільки малу частину способів і методів для відновлення деталей, насправді їх значно більше.