Ремонт валов станка

При ремонте станков валы с наличием дефектов, в зависимости от ряда условии, приходиться или менять, или ремонтировать. При этом учитываются характер дефекта, конструктивные особенности вала, предъявляемые к нему требования в отношении точности и износоустойчивости, материал, из которого необходимо изготовить вал, и условия изготовления последнего. Также учитываются возможности ремонтного участка или цеха.

Среди деталей металлорежущих станков встречаются детали типа валов: валики, шпиндели, оси, штоки, пальцы, штыри и т. п. Валы могут быть цельными, пустотелыми, гладкими, ступенчатыми и т. д.

Ко всем валам, независимо от их формы и размеров, предъявляются следующие основные требования:

1) валы изготовляются с соблюдением прямолинейности их осей и не должны иметь биения;
2) шейки и цапфы валов должны быть цилиндрическими;
3) поверхности шеек и цапф валов должны быть совершенно гладкими, без вмятин, рисок и волнистости;
4) рабочая поверхность шпоночных канавок должна быть гладкой, без забоин и вмятин;
5) резьба на валу должна быть полной, без забитых и растянутых ниток.

В шлицевых валах, как правило, вырабатываются шейки, вращающиеся в подшипниках скольжения, или появляется люфт в посадке подшипников качения. Часто встречаются сорванная или изношенная внутренняя резьба в торцах вала или наружная резьба на его шейках. Наблюдаются также износ и повреждение шлиц, погнутость вала и другие дефекты.

Изготовление точных шлицевых валов при отсутствии шлице фрезерных станков исключительно сложно и дорого, поэтому такие валы всегда стараются ремонтировать.
При ремонте валов станка вначале необходимо проверить вал на биение, и если биение имеется, устранить его правкой.

Если подшипники скольжении, в которых вращается вал, меняются, то ремонт вала станка с изношенными шейками сводится к шлифованию их. Когда же требуется устранить люфт вала в подшипниках, диаметр шеек вала увеличивается путём хромирования, металлизации или, в крайнем случае (если позволяет конструкция), проточки шеек, напрессовывания втулок и последующего протачивания и шлифования их под размер.

Описанные способы увеличения диаметра шеек вала можно использовать и в случае ослабления посадки подшипников качения. Слабая посадка последних и люфт вала в подшипниках скольжения не допускаются. Большей частью стараются при подшипниках скольжении отремонтировать подшипники или сделать новые по размерам отремонтированного вала.

При порче или износе внутренней резьбы в торцевой части вала резьбу можно перерезать на следующий, больший стандартный размер или расточить отверстие, запрессовать пробку и в ней нарезать резьбу. В этом случае необходимо учесть допустимость ослабления вала в связи с его растачиванием.

При износе наружной резьбы протачивается шейка и нарезается новая резьба следующего, меньшего размера или протачивается шейка и напрессовывается втулка, на которой потом нарезается резьба прежнего размера.

При разбраковке длинных валов (например ходовых валов токарных станков) приходится учитывать возможности их изготовления. В некоторых случаях целесообразно оставлять старый вал, исправив его дефекты. Характерным недостатком таких валов является разработанность шпоночной канавки на небольшой длине. В таком случае допускается прорезание канавки по всей длине вала шириной, равной месту наибольшей выработки. Выработанные шейки ремонтируются ранее описанными способами. После устранения дефектов вал зачищается шкуркой на станке при вращении.

Нужно внимательно подходить к рассмотрению дефектов тяжело нагруженных валов, особенно работающих с большим числом оборотов на подшипниках скольжения. К этим валам предъявляются следующие требования.

1. Биение в любом месте при вращении вала длиной до 1000 мм не должно превышать 0,02—0,06 мм в зависимости от точности станка.
2. Рабочие шейки вала должны быть шлифованы и полированы. Не допускаются риски и раковины.
3. Твёрдость поверхности рабочих шеек должна быть в пределах 52—62 по Роквеллу (шкала С). Эта поверхность должна быть тем твёрже, чем менее качественен материал подшипников.
4. Для быстроходных и точных станков надо применять металл и режим обработки, допускающие наименьшие деформации. Лучше всего такие валы цементировать и закаливать.

Материалом для них может служить углеродистая качественная сталь марок 15 и 20 а для более нагруженных валов — легированная сталь марок 15Х, 20Х, 12ХН2 и 12НХЗ.

К валам, работающим в указанных условиях, но на подшипниках качения, предъявляются другие требования.

Как правило, для них необязательна высокая твёрдость после термообработки. Шейки для подшипников необходимо изготовлять в пределах допусков, указанных для выбранной посадки Условия на биение и деформацию — те же, что и для валов, работающих на подшипниках скольжения.

Для этих валов, в связи с понижением их твёрдости, применяется качественная углеродистая сталь марок 40, 45 и 50. Для более нагруженных валов используется легированная сталь марок 30Х, 35Х, 40Х, 45Х и 40ХН.

Режим термообработки валов — закалка, отпуск и старение. Твёрдость по Роквеллу — 40—52 (шкала С).

Необходимо отметить, что в станках имеются валы, которые изготовляются с такой же точностью, но термически не обрабатываются.

Ремонт валов с трещинами производится следующим образом. Трещины завариваются на всю глубину, для чего их предварительно разделывают по длине вала. Разделанное место при заварке прогревают по всей длине и глубине.

Заварка трещин только по периферии делает вал неполноценным — ослабленным.   Прочность   вала увеличивается, если место заварки после отжига проковывают. Валы с заваренными трещинами подвергаются механической обработке.

Ремонт поломанных валов может быть выполнен газовой, электрической или кузнечной сваркой. Подготовленные к сварке части вала лучше всего уложить на чугунные призмы или в кондуктор и тщательно выверить. Сварку начинают с наложения швов на соприкасающиеся части свариваемою пала. При электросварке валов остывающий наплавленный металл слегка проковывается затупленным зубилом. Подогрев валов до 300—400° С значительно уменьшает вероятность их коробления. Покоробленный при сварке вал выправляют одним из указанных ранее способов.

Валы могут быть отремонтированы также с помощью ремонтных надставок, которые применяются при замене отломанной части вала новой и для соединения между собой двух частей сломанного вала. Соединение сломанных валов при помощи ремонтных надставок можно выполнять несколькими способами. Если отломана значительная часть вала, то торцы ремонтной надставки и вала подрезают, высверливают в них отверстия и нарезают резьбу. Вал и надставку  собирают с помощью шпильки, затем сваривают в мосте соединения и наконец обтачивают, а если нужно, то и шлифуют.

Если обе части сломанного вала сохраняются, то с помощью ремонтной вставки соединяют части вала и тем самым восстанавливают первоначальную длину вала, сокращенную при подрезке торцов частей вала в местах излома. В торцах обеих частей вала высверливают после подрезки отверстия и нарезают резьбу. Ремонтная надставка имеет припуск на окончательную проточку собранного вала. Места соединения частей вала с надставкой сваривают. Собранный вал протачивают, а при необходимости — шлифуют.

Вал и ремонтную надставку можно соединить без резьбы, если ремонтная надставка будет иметь хвостовик, размеры которого обеспечивают нужную посадку его в отверстии вала. Хвостовик надставки вставляется в отверстие вала и соединение сваривается. Сваренный вал обтачивают, а иногда и шлифуют.

Цапфы и шейки валов изнашиваются и на их цилиндрической поверхности появляются надиры, риски и т. п. Ремонт изношенных поверхностей вала производится различными способами.

Изношенные поверхности шеек и цапф валов могут быть наплавлены кислородно-ацетиленовым пламенем и электрической сваркой. Поверхности шеек вала под наплавку обтачиваются так, чтобы наплавленный слой металла имел одинаковую толщину по всей длине шейки вала. Различная толщина наплавленного слоя приводит к отслаиванию наплавленного металла.

Наплавленный металл может быть по своим механическим свойствам и износоустойчивости таким же. как и металл вала, или же более износоустойчивым. Износоустойчивость шеек и цапф валов, наплавленных легированными сталями и твердыми сплавами, значительно повышается.

При наплавке необходимо принимать меры, исключающие возможность коробления вала.

Валы с наплавленными шейками и цапфами обтачивают, а если нужно, то и шлифуют.

Ремонт шеек и цапф вала при помощи наплавки слоя металла сваркой протекает в такой последовательности:
1) предварительно обтачивают изношенные поверхности;
2) наплавляют слой металла нужной толщины;
3) обтачивают наплавленные поверхности с припуском под шлифовку, если в этом встречается надобность;
4) шлифуют обточенные поверхности.

Если наплавленный слой металла оказывается твердым, то перед механической обработкой производится отжиг.

Изношенные шейки и цапфы валов могут быть восстановлены металлизацией, если толщина наносимого слоя не превосходит 10 мм.

Утраченные размеры изношенных шеек и цапф валов могут быть восстановлены железнением.

Шейки и цапфы валов восстанавливают хромированием, если износ их не превосходит 0,10—0,15 мм на сторону.

Изношенные шейки и цапфы валов обтачиваются или шлифуются при ремонте в тех случаях, когда допускается восстановление их за счет изменения размеров. Процесс начинают с проверки правильности и исправности центровых отверстий, являющихся базой при изготовлении и при ремонте валов станка. Поврежденные центровые отверстия исправляют на токарных или сверлильных станках центровочными сверлами или специальными шлифовальными карандашами.

Изношенные шейки и цапфы валов обтачиваются, если нужно снять слой толщиной более 0.4 мм Обточку ведут хорошо заточенным резцом с максимальными передним у1лоы и углом в плане и минимальным радиусом закругления. Таким резцом обеспечивается наименьшее радиальное усилие, а следовательно, и минимальный прогиб вала.

Обточка вала ведется в люнете со втулкой, если длина вала больше ею диаметра в 10 раз и более.

Закаленные шейки валов обычно шлифуются или обтачиваются резцами из твердых сплавов.

Шейки и цапфы валов можно шлифовать также на токарном станке, если на суппорте установить специальное шлифовальное приспособление и если нужно снять слой толщиной не более 0.4 мм.

Изношенные поверхности валов можно восстановить, насаживая на них ремонтные втулки. Ремонтные втулки изготовляются из стали цельными и сварными. Цельные втулки применяются при прессовой или горячей посадке их на вал с подогревом до 480 -500°С. Их приваривают также часто к валу электросваркой, сняв по окружности фаски под углом 45°.

Составные ремонтные втулки устанавливаются на шейки коленчатого вала. Их предварительно прикрепляют к валу электрозаклепками, затем обваривают в местах стыка и. наконец, приваривают к валу.

Посаженные на вал ремонтные втулки обтачиваются, шлифуются и т. д.

Разработанные шпоночные канавки увеличиваются слесарной обработкой или фрезерованием, если величина разработки не превышает 15% размером канавки. При большей разработке канавку заделывают и приготовляют новую в другом месте вала.

Забитую или сорванную резьбу на валах вновь прорезают на новый диаметр, а если это невозможно, то ее заваривают и нарезают снова.

Галтели и заплечики валов восстанавливают обтачиванием, добиваясь согласования величины радиусов закругления как валов, так и вкладышей.

Износоустойчивость шеек и цапф можно повысить нагартовкой их поверхности с помощью свободно вращающегося в оправке гладкого закаленного ролика. Оправку закрепляют в суппорте токарного станка и сильно прижимают ролик к поверхности шеек и цапф вала, вращающегося со скоростью 20—30 м/мин. Нагартовку ведут при усиленной смазке. Нагартованные поверхности редко получаются достаточно ровными.