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2023-06-15
机械修复技术:钢板螺钉加固与金属扣合法
【摘要】：如图6.3所示为用钢板螺钉加固修复铸件裂纹的情形。图6.4局部修换法6.3.4金属扣合法金属扣合法是利用扣合件的塑性变形或热胀冷缩的性质将损坏的零件连接起来，达到修复零件裂纹或断裂的目的。
利用切削加工、机械连接和机械变形等使失效的机器零件得以恢复的方法，称为机械修复法。常用的机械修复技术有修理尺寸法、镶装零件法、局部换修法和金属扣合法。
6.3.1 修理尺寸法
相配合零件的配合表面磨损后，产生了尺寸误差及形状误差。对于相配合的主要零件，不再按原来的设计尺寸，而按新修改的尺寸，采用切削加工的方法恢复其形状和表面粗糙度的要求，与此件相配合的零件按新尺寸配作，保证原有配合性质不变，这种方法称为修理尺寸法。重新获得的尺寸，称为修理尺寸。
确定修理尺寸时，应先考虑零件结构可能性和零件强度是否足够，再考虑切削加工余量。对轴颈尺寸减少量，一般规定不超过原设计尺寸的10%。轴上的键槽磨损后，可根据实际情况放大一级尺寸。
使用机床加工零件磨损表面时，应先分析零件原始加工工艺，以便选择合理、可行的定位基准，还应注意选择刀具和切削用量，这样才能保证修理加工质量。
6.3.2 镶装零件法
配合零件磨损后，在结构和强度允许的条件下，镶加一个零件补偿磨损，恢复原有零件精度的方法，称为镶装零件法。常用的有扩孔镶套、加垫和机械夹固的方法。
箱体上的孔磨损后，可将孔镗大镶套，套与孔的配合应有适当过盈，也可再用螺钉固紧，如图6.2所示。套的内孔可事先按配合要求加工好，也可留有加工余量，镶入后再镗削加工到要求尺寸。
较大的铸件发生裂纹后，可采用补强板加固修理。修理时，注意在裂纹末端钻止裂孔，防止因应力集中而使裂纹继续发展，止裂孔为φ3～6 mm的小孔。如图6.3所示为用钢板螺钉加固修复铸件裂纹的情形。
图6.2 扩孔镶套并用螺钉紧固1—待修孔；2—镶套；3—紧固螺钉
图6.3 补强板加固修复裂纹
1—裂纹；2—螺钉；3—补强板；4—止裂孔
6.3.3 局部修换法
有些零件在使用过程中只有某个部位磨损严重，而其他部位尚好，这种情况下，可将磨损严重的部位切除，将这部分重制零件，用机械连接、焊接或黏结的方法固定在原来的零件上，使零件得以修复的方法，称为局部修换法。如图6.4所示是将双联齿轮中磨损严重的小齿轮轮齿切去，重制一个小齿轮，用键连接，并用骑缝螺钉固定的局部修换。
图6.4 局部修换法
6.3.4 金属扣合法
金属扣合法是利用扣合件的塑性变形或热胀冷缩的性质将损坏的零件连接起来，达到修复零件裂纹或断裂的目的。这种方法主要适用于大型铸件裂纹或折断部位的修复，还可用于修复不易焊修的钢件、有色金属件。按照金属扣合的性质及特点，金属扣合法主要有以下四种方法：
（1）强固扣合法
强固扣合法是先在垂直于零件裂纹或折断面的方向上，加工出一定形状和尺寸的波形槽，然后将形状与波形槽相吻合的键镶入槽中，在常温下铆击键部，使键产生塑性变形而充满槽腔，利用波形键的凸缘与波形槽的凹部相互扣合，使损坏的零件重新连接成一体，如图6.5所示。强固扣合法用于修复壁厚为8～40 mm的一般强度要求的薄壁机件。
图6.5 强固扣合
1—波形键；2—波形槽；3—裂纹
图6.6 波形键
1）波形键的设计和制作
波形键的形状如图6.6所示。它的主要尺寸有凸缘直径d、颈部宽度b、间距L和厚度δ。通常以尺寸b作为基本尺寸来确定其他尺寸。一般取b=3～6 mm，其他尺寸按下列经验公式计算，即
波形键的凸缘数目根据受力情况确定，通常选用的是5、7、9个。
一般波形键材料常采用1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti奥氏体镍铬钢，对于高温工作的波形键，对采用热膨胀系数与机件相同或相近的Ni36或Ni42等高镍合金钢制造。
波形键的制造可在锻压机床上用模具冷挤压成形，然后机械加工上下两平面和修整凸缘圆弧，最后进行热处理。
2）波形槽设计和制作
波形槽尺寸除槽深T大于波形键厚度δ外，其余尺寸与波形键尺寸相同，而且它们之间配合的间隙可达0.1～0.2 mm。槽深T可根据机件壁厚H而定，一般取T=（0. 7～0. 8）H。
波形槽可以布置成一前一后或一长一短的方式，如图6.7所示。波形槽的间距W可按下式计算，即
式中 σP——波形键铆击后的抗拉强度，Pa；
σG——工件的抗拉强度，Pa。
图6.7 波形槽的尺寸与布置方式
小型波形槽可以使用铣床、钻床加工成形，大型机件波形槽可以使用手电钻或钻模在现场加工成形。现场加工的简要过程如下：
①划线。
②借助于钻模加工波形槽各凸缘孔及凸缘间孔，锻孔至深度T。
③钳工修整宽度b和两平面，保证槽与键之间的配合间隙。
3）波形键的扣合与铆击
先使用压缩空气将波形槽清理干净，将波形键镶入槽中，再用铆钉枪铆击波形键。铆时由两端向中间轮换对称铆击，最后铆击裂纹上凸缘时不宜过紧，以免撑开裂纹。操作时先用圆弧冲头垂直冲击中心部，再用平底冲头铆击边缘，直至铆紧为止。注意，铆时正确掌握铆紧程度，一般控制每层波形键铆低0.5 mm左右为宜。
（2）强密扣合法
修复有裂纹的高压密封机件应使用强密扣合法。它是在强固扣合法的基础上，再在裂纹或折断面的结合线上拧入涂有胶黏剂的螺钉，形成缀缝栓，达到密封的效果，如图6.8所示。
缀缝螺钉的直径一般取3 mm，螺钉间距尽可能小。螺钉材料与波形键材料相同，也可用低碳钢或纯铜等软质材料。胶黏剂一般为环氧树脂或氧化铜-磷酸无机胶。
（3）优级扣合法
修复承受高载荷的厚壁机件（例如水压机横梁产钢机轧辊支架等），为了保证修复质量，应使用优级扣合法。它是在使用波形键、缀缝栓的基础上，再镶入加强件，使载荷分布到更多面积上，满足机件承受高载荷的要求，如图6.9所示。
图6.8 强密扣合
图6.9 优级扣合法
1—加强件；2—缀缝栓；3—波形键
加强件的镶法是在垂直于裂纹或断裂面的修复区域加工出形状、尺寸和加强件一样的空穴，再将加强件镶入其中，然后在结合处加工缀缝栓。
加强件的形状除了砖形之外，还可以设计成其他形状，如图6.10所示。图6.10（a）为楔形加强件，用于修复钢件，便于拉紧。图6.10（b）为矩形加强件，用于承受冲击载荷处，靠近裂纹处不加缀缝栓固定，以保持一定的弹性。图6.10（c）为“X”形加强件，它有利于扣合时拉紧裂纹。图6.10（d）为“十”字形加强件，用于承受多方向载荷。
（4）热扣合法
修复大型飞轮、齿轮和重型设备机身的裂纹及折断面，可使用热扣合法。它是利用加热的扣合件在冷却过程中产生收缩而将开裂的机件扣紧。根据零件损坏的具体情况，热扣合件可设计成不同的形状，如图6.11所示。图6.11（a）为圆环状热扣合件，适用于轮廓部分有损坏的零件。图6.11（b）为“工”字形热扣合件，适用于机件壁部的裂纹或断裂。热扣合件加热温度和过盈量由力学计算得到。
由上述可知，金属扣合法的优点是：保证修复的机件具有足够的强度和良好的密封性，可以现场施工；施工中零件不会产生热变形和热应力。其缺点是：波形键与波形槽制造较麻烦，壁厚小于8 mm的薄壁机件不宜采用。
图6.10 加强件
1—加强件；2—裂纹；3—缀缝栓
图6.11 热扣合件
1—机件；2—裂纹；3—扣合件
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