Як відновити зламаний зуб шестерні

У механізмах минулих років випуску (верстати, редуктори, приводу) зубчасті колеса і шестерні часто виготовлялися з сірого чавуну, які при малих і середніх навантаженнях не поступалися сталевим аналогам, а процес чавунного лиття був простіше і дешевше сталевого.
Але чавун крихкий, і в зубчастих колесах і шестернях при різкій зміні навантаження або її зростанні ламалися зуби, і весь механізм виходив з ладу. Звичайно, краще було б замінити зубчасте колесо або шестерню з відсутнім зубом на новий виріб, що не завжди можливо. Тоді залишається спробувати відновити зуб іншим способом.
Один з варіантів пов'язаний з механічною підготовкою місця зламаного зуба, наплавленням відповідного по міцності і іншим характеристикам матеріалу і обробкою наплавлення до отримання точного по геометрії нового зуба.

Необхідне обладнання, пристосування і матеріали

Для роботи нам знадобитися:

• болгарка і міні-дриль (бормашина);
• киснево-ацетиленовий зварювальний пальник;
• кліщі;
• Биттєміри (вимірювальна головка);
• токарний верстат;
• наждачний папір;
• вал з гайкою і трубчастим упором для блоку зубчастого колеса і шестерні;
• фреза для формування профілю западини між зубами;
• вісь фрези із захопленням під ключ;
• фрезерний верстат з ділильної головкою;
• вимірювальний інструмент (штангенциркуль, мікрометр) і т. д.

Для заповнення проміжку між двома суміжними цілими зубами по відношенню до зламаного зуба нам знадобитися:

• кремнистий (силіконовий) бронзовий стрижень;
• флюс (основна частина: бура з невеликою домішкою магнію);
• зварювальне ковдру зі скловолокна;
• ганчір'я, тканинні серветки та ін.

Процес відновлення зламаного зуба

Він складається з трьох етапів:

1. Підготовка місця і заповнення (запаювання) проміжку між двома суміжними цілими зубами по відношенню до відсутнім.
2. Виготовлення державки для зуборізної фрези і осі для закріплення блоку зубчастого колеса і шестерні на верстаті в процесі обробки.
3. Формування профілю зуба шляхом вибірки наплавленого матеріалу спеціальною фрезою з двох сторін.

Підготовка місця пайки

Оскільки сірий чавун механічно важко обробляється, зробити це за допомогою міні-дрилі практично неможливо. Краще і швидше шліфування зламаного зуба зробити із застосуванням болгарки.
В кінці можна для додання шорсткості основи підробити місце пайки бормашиною. Це забезпечить більш міцне з'єднання наплавляється з чавуном.

Процес термічної пайки

Він починається з грунтовного і рівномірного прогріву за допомогою газо-ацетиленового пальника, як місця пайки, так і прилеглих частин шестерні. Інакше збільшується ймовірність утворення тріщин в чавунної деталі.
Потім до червоного прогрівається місце пайки і злегка кремнистий (силіконовий) бронзовий стрижень, який після розігріву опускається в ємність з флюсом, що складається в основному з бури з додаванням невеликої кількості магнію.
Далі силіконовий бронзовий стрижень, покритий флюсом, поміщається над западиною і плавиться за допомогою полум'я газо-ацетиленового пальника. Ця операція триває до тих пір, поки кремнистий бронзовий припій не заповнить весь об'єм западини між суміжними цілими зубами.
В кінці цього етапу, щоб від швидкого охолодження напайку не потріскається, накриваємо відновлювану деталь зварювальним ковдрою зі скловолокна і залишаємо до повільного остигання протягом необхідного часу.

Процес обробки торців шестерні з напайкою

Затискаємо зубчасте колесо в патрон токарного верстата і за допомогою вимірювальної головки виставляємо блок з мінімально допустимим биттям, підбиваючи при необхідності шестерню з тієї чи іншої сторони киянкою.
Потім за допомогою різців знімаємо напливи напайки, що виступають за торці шестерні. В кінці обточування наждачним папером виробляємо шліфування місць обробки.

Підготовка блоку і фрези до роботи

Блок зубчастого колеса і шестерні насаджує на токарному верстаті на заздалегідь заготовлену вісь за допомогою закручування гайки і циліндричного упору.
Для виготовлення державки для фрези беремо сталевий стрижень певної довжини і за діаметром трохи більше посадкового отвору в інструменті. Затискаємо його в патроні токарного верстата і з одного торця свердлимо спочатку центрувальні свердлом невеликий отвір, яке потім розширюємо спіральним свердлом до необхідного розміру.
Далі в задній бабці верстата закріплюємо мітчик і вводимо його в отвір на торці стрижня. Відводимо бабку назад і нарізаємо різьблення вручну, обертаючи мітчик воротком. В утворену різьблення вкручувати саморобний болт з плоскою циліндричною головкою і двома симетрично розташованими прямокутними вирізами щодо центру стрижня для захоплення спеціальним ключем.
Потім торцуем стрижень з іншого боку і проточуємо на необхідну довжину під діаметр шпинделя фрезерного верстата. Обточування ведемо з періодичної перевіркою діаметра, щоб не прослабит розмір. В кінці шліфуємо місце обточування стрічкою з наждачного паперу і протираємо тканинною серветкою.

Формування профілю зуба

Закріплюємо державка фрези в шпинделі фрезерного верстата і проточуємо стрижень під розмір отвору в фрезі, періодично вимірюючи діаметр мікрометрів. В кінці шліфуємо місце проточки наждачним папером і протираємо ганчіркою.
Надягаємо на державка фрезу і закріплюємо на торці кріпильних болтом спочатку від руки, а в кінці спеціальним ключем з воротком. Встановлюємо на робочий стіл фрезерного верстата делительную головку і задню бабку. Затискаючи між ними ідеально рівний сталевий стрижень, виставляємо ці вузли для забезпечення максимальної співвісності в вертикальній і горизонтальній площинах. Для цього використовуємо вимірювальні головки і регулюємо положення задньої бабки відносно ділильної головки. Після виставлення, дані вузли надійно закріплюємо на столі фрезерного верстата.
Найважливіша операція - це точне виставлення фрези щодо відновлюваної шестерні. Для цього використовуємо штангенциркуль, мікрометр, металеву лінійку.
Ділимо характеристику головки на число зубів і отримуємо кількість обертів рукоятки на 1 зуб. Зазвичай виходить дробове число. Потім це значення знаходиться на колі подільника.
Тепер можна включити шпиндель фрезерного верстата і приступити до формування однієї з западин відновлюваного зуба. Це краще зробити за 2-3 проходу, щоб не пошкодити наплавку. При формуванні зуба необхідно видаляти з фрези частки зрізаного матеріалу і змащувати інструмент. Далі відводимо фрезу і повертаємо шестерню строго на крок делительной головкою та ще раз підкреслюємо попередню операцію.

Одне зауваження

Навіщо брати кременисту бронзу для формування зуба на чавунної шестерні? Чи не надійніше чи заварити западину між зубами чавунним електродом і потім обробити зуборізної фрезою?
Якщо так вчинити, то через високу температуру чавун "отбеливается" і створюються ділянки, які практично не піддаються механічній обробці. Силіконова ж бронза аналогічна по міцності сірому чавуну, а по міцності на розтягнення навіть вище. При цьому, її обробка, як ми переконалися, зовсім неважка.