《機電設備故障診斷與維修》（王仲）527-2 教案 第6課 認識機械修復技術

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課題認識機械修復技術課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）理解機械修復技術的選擇因素（2）掌握金屬扣合法、修理尺寸法、鑲裝零件法、局部換修法等機械修復技術（3）能夠用金屬扣合法修復破損零件素質目標：感受機械修復技術的實用性，培養(yǎng)學生勤于思考的習慣，幫助學生樹立創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)精益求精的工匠精神教學重難點教學重點：機械修復技術的選用，金屬扣合法機械修復技術教學難點：金屬扣合法機械修復技術教學方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設計第1節(jié)課：→→→傳授新知（33min）第2節(jié)課：→任務實施（20min）→實操練習（15min）→課堂小結（3min）→作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖第一節(jié)課課前任務【教師】布置課前任務，和學生負責人取得聯(lián)系，讓其提醒同學通過文旌課堂APP或其他學習軟件，完成課前任務請大家了解機械修復技術的種類。【學生】完成課前任務通過課前任務，使學生了解本次課的主要內(nèi)容，增加學生的學習興趣考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】班干部報請假人員及原因培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況問題導入（10min）【教師】介紹機械零件修復技術，并提出相關問題大部分失效機械零件是可以被修復的，零件修復是機電設備維修的一個重要組成部分，也是維修工作的基礎。修復技術的實施不僅可使失效的機械零件重新使用、基本恢復其性能，還可延長設備整體的使用壽命。利用機械連接、切削加工和機械變形等使失效的機械零件恢復原有功能的技術，稱為機械修復技術。常見的修復技術都有哪些？【學生】聆聽、思考、回答通過問題導入的方法，引導學生主動思考，激發(fā)學生的學習興趣傳授新知

（33min）【教師】講解修復技術的概述、金屬扣合法、修理尺寸法、鑲裝零件法、局部換修法等相關內(nèi)容一、修復技術的概述在維修設備時，對于磨損失效的零件，可以采用機械修復技術、電鍍修復技術、焊接修復技術，以及其他常見的修復技術等進行修復。充分利用修復技術，選擇合理的修復工藝，可以縮短修理時間，節(jié)省修理費用，提高經(jīng)濟效益。1．修復技術的選擇因素在修復機械零件的損傷缺陷時，可能有幾種修復方法和技術，但究竟選擇哪一種修復技術更好，應考慮以下因素。①該修復技術對材質的適應性。②該修復技術所能提供的最大修補厚度。③修補層的力學性能。④機械零件的工作狀況和要求。⑤經(jīng)濟性和可行性。2．機械零件修復時的注意事項?【教師】開展主題討論：結合教材，請同學們討論機械零件修復時需要考慮哪些問題？有哪些注意事項？（可利用PPT展示機械零件不同的故障現(xiàn)象和應用場景，供學生思考）?【學生】結合教材及課程資源，分組討論?【教師】巡回指導，查看各小組討論情況【教師】總結機械零件修復時的注意事項【學生】聆聽、思考、記錄機械零件修復時的注意事項包括以下幾個方面。①在考慮怎樣修復表面時，應注意保護不修理表面的精度，以及避免影響材料的力學性能。②注意有些修復技術（如堆焊）會造成零件的變形。安排工序時應將這些會產(chǎn)生較大變形的工序安排在前面，將精度要求高、表面粗糙度值要求小的工序安排在后面。③機械零件維修加工時應先恢復定位基準或新設定位基準。④有些修復技術可能導致機械零件產(chǎn)生微細裂紋，應注意安排提高疲勞強度的工藝措施和采取必要的探傷檢驗等手段。⑤在修復高速運動的機械零件時，應考慮安排平衡工序。二、金屬扣合法金屬扣合法借助高強度合金材料制成的扣合連接件（波形鍵），在槽內(nèi)產(chǎn)生塑性變形或膨脹冷縮來完成扣合作用，以使裂紋或斷裂部位重新連為一體。金屬扣合法適用于不易焊補的鋼件、不允許有較大變形的鑄件或有色金屬件，尤其對大型鑄件的裂紋或折斷面的修復效果顯著。按照金屬扣合的性質和特點，金屬扣合法可分為強固扣合法、強密扣合法、優(yōu)級扣合法和熱扣合法。?【多媒體】PPT圖片展示幾種金屬扣合法修復方式，詳見教材，并講解不同形式的金屬扣合法修復機械故障的方法【教師】對比講解幾種金屬扣合法修復方式【學生】觀看、聆聽、思考1．強固扣合法強固扣合法是在零件上裂紋的垂直方向加工出波形槽，將與波形槽形狀、尺寸相吻合的波形鍵嵌入槽內(nèi)，并在常溫下鉚擊，使波形鍵產(chǎn)生塑性變形而充滿波形槽，甚至部分嵌入基體內(nèi)，達到相互扣合的目的。在機電設備使用時，由波形鍵承受外力。強固扣合法適用于一般強度要求的薄壁零件。波形鍵的形狀的具體尺寸根據(jù)零件壁厚及受力大小而定，一般用韌性好、較軟、冷硬性大的材料制造，常用材料為1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti奧氏體鎳鉻鋼。波形鍵最好先用模具在壓力機上冷沖壓成形，再對鍵的兩平面進行機械加工。波形槽的外廓形狀和尺寸與波形鍵相吻合，并留有0.1～0.2mm的間隙，槽深取零件壁厚的0.7～0.8倍，一般用手電鉆配以模具手工加工。這種方法尤其適用于大型零件現(xiàn)場施工?！举Y料卡】波形鍵的數(shù)量視零件的裂紋長度及強度要求而定，其布置采用長短相間或上下錯開的方式，這樣有利于應力分散在較大范圍內(nèi)。2．強密扣合法強固扣合法可保證一定強度條件，但是對于有密封要求的機件（如承受高壓的氣缸），應采用強密扣合法。強密扣合法是在強固扣合法的基礎上，在兩波形鍵之間、裂紋或折斷面的結合線上加工綴縫栓孔，并使后鉆的綴縫栓孔稍微切入已裝好的波形鍵和綴縫栓，形成一條密封的“金屬紐帶”，以達到阻止流體受壓滲漏的目的。綴縫栓材料可與波形鍵相同，也可用直徑為5～8mm的低碳鋼或純銅等軟質材料，以便于鉚緊。綴縫栓與機件的連接與波形鍵相同。3．優(yōu)級扣合法優(yōu)級扣合法主要用于修復在工作過程中要求承受高載荷的厚壁機件。為了使載荷分布到更多的面積和遠離裂紋或折斷處，須在垂直于裂紋或折斷面的方向上加工出一定形狀的空穴，然后將形狀、尺寸相同的鋼制加強件鑲入空穴中，并用綴縫栓連接，有時還可用波形鍵加強。加強件可根據(jù)需要設計成十字形、楔形、矩形或X形等。4．熱扣合法熱扣合法利用扣合件與零件配合面間的過盈量，使扣合件產(chǎn)生壓應力，將零件的損壞部位扣緊，并可正常承受工作載荷。施工時把扣合件加熱到一定溫度，使其配合尺寸熱脹增大，便可方便地將綴縫栓裝到零件的配合面上。這種方法多用于修復機電設備的基礎件、大型齒輪或皮帶輪等，可利用兩個圓環(huán)扣合在輪轂上，來修復輪轂的強度；也可用工字形鍵嵌入基體槽內(nèi)，將基體上的裂紋扣緊?？酆霞a(chǎn)生的壓應力減去工作時零件承受的載荷后，應保證有足夠的剩余壓應力來扣緊零件的損壞部位。因此，扣合件配合面的過盈量必須經(jīng)計算確定。此外，兩配合面必須精加工，以保證尺寸精度和幾何精度。?【頭腦風暴】展開“你問我答“頭腦風暴活動：教師說出某種金屬扣合法，學生搶答其適用場合及使用方法；教師說具體故障現(xiàn)象，學生搶答具體修復方法，并進行排名，選出”學習之星“【教師】展開“你問我答“【學生】思考、搶答三、修理尺寸法零件的配合表面磨損后，會產(chǎn)生尺寸誤差和形狀誤差。修理尺寸法即按新確定的尺寸，采用切削加工的方法，恢復零件的形狀和表面粗糙度，而與此件相配合的零件按新尺寸配作，保證原有配合性質不變。重新確定的尺寸稱為修理尺寸。確定修理尺寸時，應先考慮零件結構的可能性和零件強度是否足夠，再考慮切削加工余量。例如，對軸頸尺寸減小量，一般規(guī)定不超過原設計尺寸的10%；軸上的鍵槽磨損后，可根據(jù)實際情況放大一級。【資料卡】使用機床加工零件的磨損表面時，首先，應分析零件的原始加工工藝，選擇合理、可行的定位基準；其次，應注意選擇刀具和切削用量，這樣才能保證修理加工質量。四、鑲裝零件法?【多媒體】PPT圖片展示鑲裝零件法，詳見教材，并講解鑲裝零件法的應用條件若相配合的零件產(chǎn)生磨損，可在結構和強度允許的條件下，鑲加一個零件補償磨損，恢復原有零件精度，該修復方法稱為鑲裝零件法。鑲裝零件法可分為擴孔鑲套、補強板加固等方法?！窘處煛颗e例說明鑲裝零件法運用【學生】聆聽、思考、記錄例如，零件上的孔磨損后，可將孔鏜大安裝鑲套，鑲套與孔的配合適當過盈，再用螺釘緊固。鑲套的內(nèi)孔可按配合要求先加工好，也可鑲入后再鏜削加工。若較大的鑄件發(fā)生裂紋，則可采用補強板加固維修。維修時，首先在裂紋末端鉆止裂孔（直徑為3～6mm），防止因應力集中導致裂紋擴大，然后用鋼板螺釘加固鑄件。五、局部換修法?【多媒體】PPT圖片展示局部換修法，詳見教材，并講解局部換修法的應用條件在機電設備的運行過程中，有些零件只有部分部位有磨損，而其他部位正常。在這種情況下，可將磨損嚴重的部位切除，將這部分重制零件，用機械連接、焊接或粘接的方法固定在原來的零件上，使零件得以修復，這種方法稱為局部修換法?！窘處煛颗e例說明局部換修法運用【學生】聆聽、思考、記錄采用局部換修法維修一小齒輪輪齒磨損嚴重的雙聯(lián)齒輪，可將磨損嚴重的小齒輪輪齒切去，重制一個小齒輪，用鍵連接，并用騎縫螺釘加以固定。【學生】聆聽、思考、理解、記錄通過主題討論，加深學生對機械零件修復注意事項的印象，便于學生掌握通過對比法講解，增加趣味性，學生容易理解掌握通過“你問我答”趣味活動，幫助學生掌握相關知識，同時活躍課堂氣氛圖片展示更為直觀，學生易于接受理解舉例說明，能夠讓學生進一步了解修復方法的具體使用場合第二節(jié)課任務導入（5min）【教師】現(xiàn)場展示銑床、鉆床、破損零件、鉗工工具，并對其進行簡單介紹，然后布置任務“采用金屬扣合法修復破損零件”請同學們運用所學知識，在實訓室利用相關設備完成金屬扣合法修復破損零件任務?！緦W生】聆聽、記錄使用任務驅動法教學，通過展示實訓平臺，讓學生對實訓設備有所了解任務實施（20min）【教師】介紹金屬扣合法修復破損零件的步驟一、實施方案1．組織形式每6～8位同學組成一組，以組為單位采用金屬扣合法修復破損零件。破損零件可以是不易焊接的鋼件或有色金屬件。2．作業(yè)準備銑床、鉆床、破損零件、鉗工工具等。二、操作步驟【示范】教師邊講實操步驟，邊示范1．前處理1）加工波形鍵按照規(guī)定的結構尺寸（詳見教材）加工波形鍵，其中，頸部寬度b取3～6

mm，其他參數(shù)按照公式計算選取，凸緣數(shù)目根據(jù)零件受力情況而定，通常選用5、7、9個。波形鍵的具體加工過程為：首先選擇1Cr18Ni9鎳鉻鋼或Ni36高鎳合金鋼作為原料；其次經(jīng)過冷沖壓形成波形鍵兩側的波形；其次利用機電設備完成上、下平面的加工和凸緣圓弧的修整；最后進行熱處理，直到波形鍵的硬度達到140

HBW左右。2）加工波形槽波形槽槽深T為零件壁厚的0.7～0.8倍，其余尺寸與波形鍵相同，波形槽間距為。波形槽的具體加工過程為：首先畫出波形槽的位置線；其次利用鉆床加工波形槽各凸緣孔及凸緣間孔，锪孔至要求深度；最后用鉗工工具修整寬度和側平面，注意應保證波形槽和波形鍵之間的配合間隙?！举Y料卡】锪孔，是一種金屬加工方法，即用專門的刀具對零件上已有的孔進行加工，如刮平端面，或切出錐形、圓柱形凹坑等。2．扣合與鉚擊1）強固扣合首先，用大約0.3

MPa的壓縮空氣把波形槽清理干凈，并將波形鍵鑲入波形槽中；其次，用鉚釘槍擊打波形鍵，應由兩端向中間依次對稱擊打，使波形鍵在槽中完全充滿；最后，擊打裂紋上的凸緣，注意擊打力不要過大，避免使裂紋擴展。2）強密扣合在強固扣合的基礎上，再在波形鍵之間、裂紋或折斷面的結合線上，加工出緊密排列的綴縫栓孔，并栽入涂有無機膠的綴縫栓，形成一條密封的綴縫栓金屬帶，以防流體受壓滲漏。3．后處理將修復后的零件放在光整設備上進行修整，直至零件尺寸達到原設計圖紙要求?！緦W生】學習相關操作步驟，如遇問題可詢問老師【教師】巡堂輔導，及時解決學生遇到的問題通過教師示范操作，讓學生了解實操過程及實操過程中的注意事項，將所學知識與實踐相結合，培養(yǎng)學生的實操能力實操練習（15min）【教師】展示“金屬扣合法修復破損零件”的效果，介紹實操應注意事項，并要求學生以小組為單位進行實操觀看效果、聆聽要求、實操金屬扣合法修復破損零件【教師】安排每組做得最快、最好的學生輔導其他學生進行操作，并解答學生遇到的問題?【任務評價】開展任務評價活動，并將評價結果填入任務評價表，詳表見教材?【教師】點評各組實操情況，并打分?【學生】組間互評、組內(nèi)自評，并打分通過實操練習，使學生鞏固所學知識，并以學生為主體，針對學生接受能力的差異性，讓優(yōu)秀學生帶動其他學生掌握知識課堂小結

（3min）【教師】簡要總結本節(jié)課的要點本節(jié)課學習了修復技術的分類，金屬扣合法等修復破損零件的機械修復方法，并且實操采用金屬扣合法進行破損零件修復，很