RU2319592C2

RU2319592C2 - Способ восстановления вала

Info

Publication number: RU2319592C2
Application number: RU2005134458/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Алексеевич Зуев (RU); Анатолий Алексеевич Зуев; Николай Михайлович Ожегов (RU); Николай Михайлович Ожегов; Владимир Георгиевич Цыплаков (RU); Владимир Георгиевич Цыплаков; Андрей Владимирович Иванов (RU); Андрей Владимирович Иванов; Алексей Владимирович Арсентьев (RU); Алексей Владимирович Арсентьев
Original assignee: Анатолий Алексеевич Зуев; Николай Михайлович Ожегов
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2008-03-20
Also published as: RU2005134458A

Abstract

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при восстановлении валов. Осуществляют механическую обработку шеек вала с технологическим заглублением в тело вала на всей ширине восстанавливаемой поверхности. Устанавливают с предварительным натягом компенсирующие износ металла тонкостенные накладки в виде разрезного кольца или полуколец. При этом используют тонкостенные накладки, ширину b, длину L и толщину δ_л которых определяют из приведенного выражения. Закрепляют накладки на обработанных шейках путем сварки их стыков и проваривания их с шейкой вала. При этом получают стыковый сварной шов. Устанавливают электрозаклепки на поверхности накладок по обе стороны от стыкового сварного шва. Ближайшие от стыкового сварного шва электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм. Приваривание тонкостенных накладок к шейкам вала осуществляют кольцевыми сварными швами сверху края накладок по кромке их рабочих поверхностей с обеспечением натяга между шейками и накладками, величина которого составляет 0,05-0,1 мм. Шлифуют шейки в номинальный или ремонтный размер. В результате обеспечивается повышение качества восстановленных валов. 2 ил.

Description

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов, заключающийся в том, что на изношенную поверхность детали наносят клей, затем устанавливают разрезное кольцо и поджимают его к детали в процессе отвердевания клея (пат. США №3419949, кл. 29-401, опуб. 1969 г.).

Недостатком данного способа является низкое качество восстановленных деталей, т.к. в процессе их дальнейшей обработки и эксплуатации возможно отслаивание поверхности разрезного кольца из-за разрушения клеевого слоя.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов, при котором на изношенную поверхность детали наносят клей, устанавливают на него разрезное упругое кольцо, поджимают его к детали и механически обрабатывают после затвердевания клея, при этом в зоне стыка поджима кольца к детали его стыки сваривают между собой (а.с. 3742095, В23Р 7/00).

Недостатком данного способа является нарушение точности формы восстановленной шейки из-за отсутствия жесткой связи ленты с телом вала и разрушения клеевого слоя.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ восстановления коленчатого вала, включающий механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности на всей ширине между щеками шейки с образованием галтелей, закрепление с натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла накладок в виде разрезного кольца или полуколец и последующее их шлифование в номинальный размер, при этом после механической обработки коленчатый вал подвергают высокому отпуску, для чего помещают в холодную печь, нагревают в течение 3-4 ч до t=500-600°С, выдерживают при этой температуре в течение 4-6 часов, а затем охлаждают вместе с печью. При этом на разрезных кольцах выполняют сквозные отверстия диаметром 5-7 мм и закрепляют кольца на обработанных шейках путем сварки их стыков, проваривая их с шейкой вала, сварной шов располагают в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, охлаждают сварной шов до температуры окружающей среды с обеспечением натяга разрезного кольца 0.1...0.15 мм, а затем первым проваривают отверстие разрезного кольца с шейкой вала, которое расположено напротив сварного шва, а остальные отверстия проваривают, симметрично приближаясь к сварному шву, причем используют разрезные кольца шириной b, длиной L и толщиной δ:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

L=πd_b+(2-4) мм,

δ_л=δ_л.ост+δ_л.р.р+δ_{л.изн.р.р}+δ_л.шл,

где L_ш - ширина шейки вала между щеками;

r - радиус галтели;

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки:

δ_л - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δ_л.р.р - величина, компенсирующая все ремонтные размеры;

δ_{л.изн.р.р} - величина, компенсирующая предельный износ шейки вала после последнего ремонтного размера вала;

δ_л.ост - остаточная величина толщины разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца после последнего ремонтного размера;

δ_л.шл - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер, а полукольца закрепляют на обработанных шейках путем сварки стыков, проваривая их с шейкой вала, и располагают первый сварной шов расположенным в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, а второй шов - относительно первого с поворотом на 180° (пат. РФ №2235009, В23Р 6/00, F16С 3/6).

Недостатком данного способа является следующее.

В начальный период работы сопряжения накладка-шейка вала (при диаметре вала более 80 мм) из-за трения в сопряжении, нагрева смазочного масла, при быстром нагреве накладки происходит медленный нагрев вала из-за его большой массы и низкой теплопередачи от накладки к телу вала, что приводит к удлинению накладки и снижению натяга в сопряжении с возможностью появления зазора. При возникновении знакопеременных нагрузок происходит разрыв накладки восстановленной шейки.

Задача изобретения - повышение качества восстановленных валов больших диаметров за счет выравнивания температуры нагревания накладки и шейки вала при неустановившихся тепловых режимах работы двигателя в его начальный период работы.

Поставленная задача решается за счет того, что способ восстановления вала, включающий механическую обработку шеек вала с технологическим заглублением в тело вала на всей ширине восстанавливаемой поверхности, установку с предварительным натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла тонкостенных накладок в виде разрезного кольца или полуколец, закрепление накладок на обработанных шейках путем сварки их стыков и проваривания их с шейкой вала с получением стыкового сварного шва, установку на поверхности накладок по обе стороны от стыкового сварного шва электрозаклепок и последующее шлифование шеек в номинальный или ремонтный размер, при этом используют тонкостенные накладки шириной b, длиной L и толщиной δ_л, которые определяют из следующего математического выражения:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

L=πd_b+(2-4) мм,

δ_л=δ_л.ост+δ_л.р.р+δ_{л.изн.р.р}+δ_л.шл,

где L_ш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

d_b - расчетный диаметр механически обработанной восстанавливаемой шейки;

δ_л.р.р - величина, компенсирующая все ремонтные размеры шейки;

δ_{л.изн.р.р} - величина, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере вала;

δ_л.ост - остаточная величина толщины разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала.

δ_л.шл - припуск на шлифование в окончательный размер, при этом ближайшие от стыкового сварного шва и размещенные по обе стороны от него электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм, а после установки электрозаклепок осуществляют приваривание тонкостенных накладок к шейкам вала кольцевыми сварными швами сверху края накладок по кромке их рабочих поверхностей с обеспечением натяга между шейками и накладками, величина которого составляет 0.05-0.1 мм.

Новые существенные признаки:

1. Ближайшие от стыкового сварного шва и размещенные по обе стороны от него электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм.

2. После установки электрозаклепок осуществляют приваривание тонкостенной накладки к шейке вала кольцевыми сварными швами сверху края накладки по кромке ее рабочей поверхности с обеспечением натяга между шейкой и накладкой.

3. Величина натяга составляет 0.05-0.1 мм.

Перечисленные новые существенные признаки необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат, заключающийся в создании условий выравнивания нагрева сопряжения накладка-шейка вала в начальный период работы сопряжения до выхода на нормальный тепловой режим (80-100°С) и в неустановившихся тепловых режимах работы двигателя достигается за счет стыкового осевого, кольцевых сварных швов и электрозаклепок, которые создают также жесткое соединение накладки с шейкой вала с натягом. При этом достигается максимальная теплопередача в сопряжении накладка-шейка вала с обеспечением равномерности нагрева - охлаждения накладки-шейки вала.

Создание натяга накладок 0.05÷0.1 мм обеспечивает надежную посадку с гарантированным натягом в сопряжении накладка-шейка вала. Это позволяет на операции шлифования обеспечивать жесткий (0.01÷0.02 мм) допуск на заданные размеры шейки вала. Создание натяга в сопряжении увеличивает теплопередачу в зоне контакта накладка-шейка вала и предотвращает проворачивание и смещение накладки относительно шейки вала при минимальном нагреве вала от сварных швов. На неустановившихся тепловых режимах и в начальный период работы двигателя сохраняется постоянный натяг в сопряжении накладка-шейка вала.

Кольцевые сварные швы, приваривая сверху края по кромке рабочей поверхности накладок, обеспечивают минимальное проплавление шейки вала и минимально необходимую теплопередачу от накладки в тело шейки вала по образующей поверхности накладок, что приводит к выравниванию нагрева накладок и шеек вала в начальный период работы сопряжения и на неустановившихся режимах. Кольцевые и осевые сварные швы по контуру накладки повышают механическую прочность соединения накладки с поверхностью вала в процессе работы восстановленного вала.

На фиг.1 схематично изображена шейка вала с накладкой.

Фиг.2 - развертка накладки.

Шейка вала содержит цилиндрическую часть 1 и охватывающую накладку 2, в которой могут быть выполнены отверстия 3 диаметром 5÷7 мм для электрозаклепок, отверстие 4 для подвода смазочного масла, галтели 5, кольцевые сварные швы 6, приваренные сверху края по кромке рабочей поверхности 7, накладки 2. Сварной шов 8 соединяет стыки накладки 2.

Накладка 2 может быть выполнена в виде разрезного кольца или полукольца, как с отверстиями 3 под электрозаклепки, так и без них, если используется электороконтактная сварка. В этом случае центр отверстия 3 является также центром электроконтактной сварки.

При ширине разрезного кольца до 50 мм устанавливают электрозаклепки в один ряд по линии симметрии. При ширине более 50 мм - в два ряда или в шахматном порядке, т.е. со смещением одного ряда относительного другого. При этом расстояние от центра отверстий 3 до края разрезного кольца 2 составляет a=15-20 мм, а расстояние от стыка разрезного кольца 2 до центра ближайшего отверстия 3 не менее 15 мм. Ширина разрезного кольца рассчитывается по формуле:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

где L_ш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

(1-2) мм - технологический зазор между разрезным кольцом и галтелью.

Длина ленты L

L=πd_b,

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки вала.

Толщина разрезного кольца δ_л для восстановления шейки в номинальный размер включает в себя величину, компенсирующую все ремонтные размеры δ_л.р.р (0.5 мм), величину, компенсирующую предельный износ шейки вала после последнего ремонтного размера δ_{л.изн.р.р} (0.1-0.15) мм, остаточную величину толщины разрезного кольца, необходимую для обеспечения механической прочности самого разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала δ_л.ост (0.5-1.0) мм и припуск на шлифование в окончательный размер (0.25-0.50) мм.

Для типового расчета толщины разрезного кольца, обеспечивающего восстановление шейки вала в номинальный размер,

δ_л=0.5+0.5+0.1=1.6 мм

Для определения толщины разрезного кольца, обеспечивающего восстановление шейки вала в ремонтный размер, ее толщина уменьшается на соответствующий ремонтный размер:

δ_л.р=δ_л.р.р-Δ_ш/2,

где Δ_ш - уменьшение диаметра шейки вала для соответствующего ремонтного размера.

Остаточная толщина разрезного кольца δ_л.оствключает в себя и дефектный слой поверхности шейки с трещинами, прижогами и т.п.

Если дефектный слой превышает установленную толщину δ_л.ост, то дефекты устраняют сваркой либо вал выбраковывают.

Перед восстановлением валов проводят подготовительные операции: разборку и мойку, определение технического состояния вала после эксплуатации: наличие трещин, контроль твердости шеек, правку.

Правку вала осуществляют путем внесения сжимающих напряжений в галтели 5 шеек со стороны вогнутой центральной оси. Затем проводят шлифование и полирование шеек и галтелей 5 в расчетный размер (обычно меньше 0.5-1.5 мм последнего ремонтного размера, снимая тем самым слой металла с расположенными в нем трещинами).

Изготавливают из стальной ленты толщиной δ_л<2 мм разрезные кольца 2 или при больших толщинах ленты (более 2 мм) полукольца. Для чего нарезают полосы в расчетные размеры.

Ширина разрезного кольца

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

где L_ш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

Длина ленты для разрезного кольца

L=πd_b,

где d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки вала.

Длина ленты для двух полуколец

L=πd_b.

Сгибают полосу в разрезное кольцо 2.

Затем на свернутых кольцах 2 сверлят отверстия 4 под смазочный канал и электрозаклепки 3, диаметр последних 5-7 мм. При ширине b разрезного кольца 2 до 50 мм устанавливают электрозаклепки в один ряд по линии симметрии шейки. При ширине ленты более 50 мм - в два ряда симметрично или в шахматном порядке, т.е. со смещением одного ряда относительно другого. При этом расстояние от центра отверстий 3 до краев разрезного кольца должно составлять 15-20 мм, а расстояние от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия должно быть не менее 15 мм. Затем, используя упругие свойства разрезного кольца 2, его разжимают и надевают на шейку вала с предварительным натягом за счет того, что внутренний диаметр наружного кольца 2 меньше наружного диаметра восстанавливаемой шейки, при этом получают зазор в стыке 4-5 мм. Если используют полукольца, то в обоих стыках зазор составит 4-5 мм каждый.

Совмещают смазочные отверстия 4 в шейке вала и разрезного кольца 2 и производят предварительную фиксацию. После чего сваривают стыки разрезного кольца 2, например, плазменной сваркой, проваривая их с шейкой вала осевым, стыковым сварным швом 8.

Заваривают отверстия 3 в разрезном кольце 2, приваривая его к шейке вала, создавая, таким образом, электрозаклепки, дополнительно фиксирующие разрезное кольцо 2 на шейке вала. При этом первую электрозаклепку ставят, например, в отверстие 3, в обе стороны от осевого сварного шва 8 на расстоянии не менее 15 мм. Последующие электрозаклепки устанавливаются с шагом 20-30 мм. После чего приваривают кольцевыми сварными швами 6 сверху края рабочей поверхности 7 тонкостенных накладок 2 к телу шейки вала 1. Затем проводят зачистку сварных швов и шлифованием и полированием шеек в заданный размер. После чего методом дефектоскопии убеждаются в отсутствии сварочных трещин.

Claims

Способ восстановления вала, включающий механическую обработку шеек вала с технологическим заглублением в тело вала на всей ширине восстанавливаемой поверхности, установку с предварительным натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла тонкостенных накладок в виде разрезного кольца или полуколец, закрепление накладок на обработанных шейках путем сварки их стыков и проваривания их с шейкой вала с получением стыкового сварного шва, установку на поверхности накладок по обе стороны от стыкового сварного шва электрозаклепок и последующее шлифование шеек в номинальный или ремонтный размер, при этом используют тонкостенные накладки, ширину b, длину L и толщину δ_л которых определяют из следующего математического выражения

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

L=πd_b+(2-4) мм,

δ_л=δ_л.ост+δ_л.р.р.+δ_{л.изн.р.р.}+δ_л.шл,

где L_ш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

d_b - расчетный диаметр механически обработанной восстанавливаемой шейки;

δ_л - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δ_л.р.р. - величина, компенсирующая все ремонтные размеры шейки;

δ_{л.изн.р.р.} - величина, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере;

δ_л.ост - остаточная величина толщины разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала;

δ_л.шл - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер, отличающийся тем, что ближайшие от стыкового сварного шва и размещенные по обе стороны от него электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм, а после установки электрозаклепок осуществляют приваривание тонкостенных накладок к шейкам вала кольцевыми сварными швами сверху края накладок по кромке их рабочих поверхностей с обеспечением натяга между шейками и накладками, величина которого составляет 0,05-0,1 мм.