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1、机械修复法本讲稿第一页，共十三页一、金属扣合法v定义：借助高强度合金材料制成的扣合连接件(波形键)，在槽内产生塑性变形来完成扣合作用，以使裂纹或断裂部位重新连接成一个整体。v适用范围：适于不易焊补的钢件和不允许有较大变形的铸件，以及有色金属件，尤其对大型铸件的裂纹或折断面的修复效果更为突出。v特点：修复后的零件具有足够的强度和良好的密封性，修复的整个过程在常温下进行，不会产生热变形；波形槽分散排列，波形键分层装入，逐片铆击，不产生应力集中，操作简便，使用的设备和工具简单，便于就地修理。v缺点：不适于修复厚8mm以下的铸件及振动剧烈的工件，此外，修复效率低。本讲稿第二页，共十三页(一)强固扣合法
2、v操作：先在垂直于裂纹方向或折断面的方面上，按要求加工出具有一定形状和尺寸的波形槽，然后将用高强度合金材料制成的其形状、尺寸与波形槽相吻合的波形键嵌人槽中，并在常温下铆击使之产生塑性变形而充满整个槽腔，这样，由于波形键的凸缘与槽的凹洼相互紧密的扣合，将开裂的两部分牢固地连接成一体。v适用范围：修复壁厚840mm的、一般强度要求的机件。本讲稿第三页，共十三页v1波形键形状和尺寸的确定:v波形键的形状如图所示。v颈宽b36mm,v按经验公式求其他尺寸vd(1.21.6)b vl=(22.2)b v tbv 波形健凸缘个数常取5、7、9。条件允许，尽量取较多的凸缘个数，使最大应力远离裂纹处。但凸缘过
3、多会增加波形键修整及镶配工作难度。v2波形键的材料v材料应具有足够的强度和良好的韧性，经热处理后质软，适于铆接；加工硬化性好，且不发脆，使铆击后抗拉强度有较大提高；用于高温工作条件下的波形键，还应考虑选用的材料是否与机件热膨胀系数一致，否则工作时出现脱落或胀裂机体现象。波形键的材料有1Cr18Ni9Ti1、1Cr18Ni9。与铸铁膨胀系数相近的有Ni36等高镍合金。波形键材料的力学性能见表53。本讲稿第四页，共十三页v3波形键的加工工艺v1)根据波形键外形下料。v2)在压力机上用模具将坯料两侧波形冷压成型。v3)根据厚度t刨平两平面。v4)按图样要求对凸缘进行钳工修整。v5)热处理。v4波形槽
4、的布置及加工工艺v1)波形槽与所选用的波形键相配合,留0.1-0.2mm间隙。波形槽的深度h根据修复区壁厚确定，常取h=(0708)。本讲稿第五页，共十三页v2)各波形槽之间的间距W根据被修复工件原有承载能力和波形健的强度等条件由下式求出：v式中：-修复区壁厚，单位为mm；v h-波形槽深度，单位为mm；v b-波形健颈宽，单位为mm；v R-波形键铆击后抗拉强度，单位为MPa，v通常取铆击前的抗拉强度的1.5-1.7倍；v G工件抗拉强度，单位为MPa。本讲稿第六页，共十三页v3)为使最大应力分布在较大范围内，以改善工件受力情况，各波形槽可布置成一前一后或一长一短的方式(图54a，b)，波形
5、槽应尽可能垂直于裂纹，并在裂纹两端各打一个止裂孔，以防止裂纹发展。通常将波形槽设计成单面布置的形式(图54c)。对厚壁工件，若结构允许，可将波形槽开成两面分布的形式(图5-4d)。对承受弯曲载荷的工件，因工件外层受有最大拉应力，故可将波形槽设计成阶梯形式(图54e)。本讲稿第七页，共十三页v4)波形槽可在镗床，铣床等设备上直接加工成型。也可用钻模，手电钻等简易工具就地加工。其加工工艺如下：首先，在垂直于裂纹或折断面的方向上画出波形槽的位置线，并在裂纹两端各钻一个止裂孔。用直径等于凸缘d的钻头在裂纹或折断面上钻出波形槽中间的凹洼孔d，深度比槽深略浅23mm。用定位销将钻模中间孔与裂纹上凹洼孔位置
6、固定，并使钻模对正在波形槽位置线上，按钻模一端的孔在工件上钻出第二个孔并插入第二只定位销，然后依次钻完各孔，用直径等于颈宽b的钻头沿钻模钻去颈部的金属；分别用直径等于d和b的平底钻锪平各孔至深度T;钳工修整使键与槽之间的配合间隙为0.10.2mm。v5波形键的铆击v首先清理波形槽，之后用手锤或小型铆钉枪对波形键进行铆击。其顺序为先铆波形键两端的凸缘，然后对称交错向中间铆击，最后铆击裂纹上的凸缘。铆击力量按顺序由强到弱。凸缘部分铆紧后铆颈部，并要在第一层铆紧后再铆第二层、第三层。v为了使波形键得到充分的冷加工硬化，提高抗拉强度，每个部位开始先用凸圆冲头铆击其中心，然后用平底冲头铆击边缘，直至铆紧
7、。但要注意不可铆得过紧，以免将裂纹再撑开，一般以每层波形键铆低0.5mm为宜。本讲稿第八页，共十三页(二)强密(缀缝栓一波形键)扣合法v对有密封要求的修复件，如高压气缸和高压容器等防渗漏零件，应采用强密扣合法进行修复。这种方法是先用强固扣合法将产生裂纹或折断面的零件联接成一个牢固的整体，然后按一定的顺序在断裂线的全长上加工出缀缝栓孔。注意应使相邻的两缀缝件相割，即后一个缀缝栓孔应略切入上一个已装好的波形键或缀缝栓，以保证裂纹全部由缀缝栓填充，以形成一条密封的金属隔离带，起到防渗漏作用，如图55所示。v对于承受较低压力的断裂件，采用螺栓形缀缝栓，其直径可参照波形键凸缘尺寸d选取M3M8，旋入深度
8、为波形槽深度T。旋入前将螺栓涂以环氧树脂或无机胶粘剂，逐件旋入并拧紧，之后将凸出部分铲掉打平。v对于承受较高压力，密封性要求较高的机件，采用圆柱形缀缝栓，其直径参照凸缘尺寸d选取38mm，其厚度为波形键厚度t。与机件的联接和波形键相同，分片装入逐片铆紧。v缀缝栓直径和个数选取时要考虑两波形键之间的距离，以保证缀缝栓能密布于裂纹全长上，且各缀缝栓之间要彼此重叠0515mm。v缀缝栓的材料与波形键相同。对要求不高的工件可用标准螺钉、低碳钢、纯铜等代替。本讲稿第九页，共十三页v(三)加强扣合法v对承受高载荷的机件，只采用波形键扣合而其修复质量得不到保证时，需采用加强扣合法。其方法是：在垂直于裂纹或折
9、断面的修复区上加工出一定形状的空穴，然后将形状尺寸与之相同的加强件嵌入其中。在机件与加强件的结合线上拧人缀缝栓，使加强件与机件得以牢固联接，以使载荷分布到更大的面积上。此法适用于承受高载荷且壁厚大于40mm的机件。缀缝栓中心布置在结合线上，使缀缝栓一半嵌入加强件，另一半嵌入机件，相邻两缀缝栓彼此重叠0515mm，如图56所示。缀缝栓材料与波形键相同，其尺寸可参照波形键凸缘d及波形键深了。加强块形状可根据载荷性质、大小、方向设计锲形、十字形、X形、长方形等。本讲稿第十页，共十三页v(四)热扣合法v利用金属热胀冷缩的原理，将一定形状的扣合件经加热后扣人已在机件裂纹处加工好的形状尺寸与扣合件相同的凹
10、槽中，扣合件冷却后收缩将裂纹箍紧，从而达到修复的目的。v二、镶补法v镶补法就是在零件磨损或断裂外补以加强板或镶装套等，使其恢复功能。一般中小型v零件断裂后，可在其裂v纹处镶加补强板，用螺v钉或铆钉等将补强板与v零件连接起来；对于脆v性材料应在裂纹端头钻v止裂孔。此法操作简单，v适用面广。如图57所示。本讲稿第十一页，共十三页v对齿类零件，尤其对精度不高的v大中型齿轮，若出现一个或几个v轮齿损坏或断裂，可先将坏齿切v割掉，然后在原处用机加工或钳v工方法加工出燕尾槽并镶配新的v轮齿，端面用紧定螺钉或点焊固v定，如图58所示。v若轮齿损坏较多，尤其是多联齿轮齿部损坏或结构复杂的齿圈损坏时，可将损坏的
11、齿圈退火车去，再配以新齿圈，联接可用键或过盈配合。新齿圈可预先加工也可装后再加工齿。v对损坏的圆孔、圆锥孔，可采取扩孔镶套的方法，即将损坏的孔镗大后镶入套，套与孔可采用过盈配合。所镗孔的尺寸应保证套有足够的刚度。套内径可预先按配合要求加工好，也可镶入孔后再加工至配合精度。v对损坏的螺孔，也可采用此法修复,即将损坏的螺孔扩大后，镶入螺塞，然后在螺塞上加工出螺孔(螺孔也可在螺塞上预先加工)。本讲稿第十二页，共十三页三、调头法v某些零件局部磨损后，可采用调头或转向的方法重新满足使用要求。如丝杆的螺纹局部磨损后，可调头重新使用，承受单向力的齿轮磨损后，可翻转重新安装，利用未磨损的面继续工作。调头转向重新使用的零件必须构造对称或经简单加工即可满足使用要求。v轴、孔中的键槽损坏后，可转位后重新加工键槽继续使用。本讲稿第十三页，共十三页