UA122619C2 - Спосіб відновлення шийок колінчастих валів - Google Patents

Abstract

Винахід належить до технології ремонтного виробництва, зокрема до технології відновлення важко навантажених колінчастих валів двигунів внутрішнього згоряння. Спосіб включає шліфування зношеної поверхні шийки, підготовку поверхні шийки до нанесення покриття, нанесення покриття і наступну механічну обробку покриття. Підготовку поверхні шийки для нанесення покриття виконують абразивно-струменевою обробкою поверхні шийки корундовим абразивом з подальшою обробкою хімічним реактивом. Покриття виконують одношаровим і наносять методом електродугової металізації з використанням як електродів дроту з нержавіючої хромомарганценікелевої сталі та порошкового дроту з шихтою на основі суміші порошків хрому, нікелю та кремнію з присадками бору, марганцю та цинку, при наступному співвідношенні компонентів шихти, мас. % : хром - 20-35; нікель - 20-25; кремній - 25-30; присадки - решта. Винахід забезпечує підвищення твердості покриття і міцності зчеплення покриття з основним металом, що покращує експлуатаційні характеристики відновленого колінчастого валу.

Description

Ме технопогічної. | й ' "Вхідний контроль колінчастого вала для

Е визначення ступеня зносу корінних і. шатунних шийок, радіального биття по корінним шийок, механічних дефектів на о о Шліфування зношених шийок для усунення й механічних дефектів, надання шийкам нн ПРАВИЛЬНОЇ ФОРМИ. 3000

Підготовка поверхні шийок до нанесення а | покриття шляхом 0 абразиво-струменевої й "обробки корундовим абразивом з подальшою ши | обробкою хімічним реактивом. що шу

Нанесення на поверхні шийок покриттів 4 методом електродугової металізації з і і : : і "використанням в якості електродів проволоки з нержавіючої сталі Ї порошкової проволоки з. о Шлюрування покриттів шийок до отримання номінальних розмірів і відновлення геометрії нн о « Х ОлЛіНчастого вала до нульової градації. "Вихідний контроль вала вна відповідність в о параметрів відновленого вала заданим

Галузь техніки, до якої належить винахід

Винахід відноситься до технології ремонтного виробництва, зокрема, до технології відновлення важко навантажених колінчастих валів двигунів внутрішнього згоряння.

Рівень техніки

Загальновідомі способи відновлення колінчастих валів двигунів внутрішнього згоряння шляхом нанесення на зношені шийки валів металевих покриттів і подальшої механічної обробки покриттів з отриманням необхідних розмірів і експлуатаційних характеристик шийок (пору/Ллумлу леппар.ги/40-дагоїептіснпевКое-па, РОрулимли леппар. ги/ стапкопай.піті, пору/Лимли теппар.гиЛесп/Пате-з5ргауіпа/, АНрв/Лумли. сПпіртакКег. "иЛоріс/ 35911/, пИрз/Лимли. уошибре.сот/лмаїсп?м-Іг(ОПоКавта и др.).

Для нанесення покриттів широко застосовуються методи напилювання. Напилювання - технологічний процес утворення покриттів за допомогою розпилення рідких диспергованих частинок, що осідають при ударному зіткненні з поверхнею оброблюваної деталі. Висока швидкість охолодження частинок і швидка кристалізація напилюваного покриття забезпечують низьку температуру нагрівання деталі. Широке поширення знайшли способи газополуменевого напилювання і електродугової металізації (електродугове напилювання).

При газополуменевому напилюванні напилюваний матеріал розплавляється в полум'ї газового пальника при спалюванні горючого газу (як правило, ацетиленокиснева суміш) і переноситься на поверхню деталі струменем стисненого повітря. Температура плавлення напилюваного матеріалу повинна бути нижче температури полум'я горючої суміші Перевагами даного способу є низькі витрати на обладнання і його експлуатацію.

При електродуговій металізації напилюваний матеріал розплавляється в зоні електричної дуги. В електрометалізатор подають два дроти (два безперервних електрода), один з яких служить анодом, а другий - катодом. Між ними виникає електрична дуга і електроди плавляться.

Розпилення і перенесення розплавлених частинок електродів на поверхню деталі здійснюється за допомогою подачі стисненого повітря. Перевагами даного способу є висока продуктивність, більш висока міцність покриття з високою адгезією в порівнянні з газополуменевим способом (пер//еІесікісаІ5споо1. іпто/таїп/ еіесіоїенпоіод/1354-5розобу-паруїепізіа-рокгуйі). піті).

Для напилювання покриттів широко застосовуються порошкові дроти, а також гнучкі шнурові

Зо порошкові матеріали. Порошковий дріт являє собою трубчастий металевий дріт, заповнений технологічної шихтою у вигляді суміші металевих порошків з відповідними присадками. Гнучкий шнурової порошковий матеріал складається з виготовленої з органічного матеріалу оболонки, заповненої технологічної шихтою. Міцність і еластичність гнучких шнурів дозволяє користуватися ними так само, як і дротом, і наносити покриття за допомогою апаратів дротового типу.

Все, зазначене вище, є загальновідомим.

Відомий, як аналог, спосіб відновлення шийок сталевих колінчастих валів (патент Російської

Федерації Мо 2652609, МПК В2ЗР 6/00, С23С 4/129, С23С 4/18, дата подання заявки 23.05.2017), що включає демонтаж, мийку, дефектоскопію, шліфування зношених поверхонь вала, підготовку поверхні шийок шляхом зачистки від корозії і дробоструминної обробки, газополуменеве напилювання покриття. Одночасно з газополуменевим напилюванням покриття здійснюють його ущільнення диском з твердосплавного матеріалу шляхом його обертання по гвинтовий лінії в напрямку, що збігається з напрямком обертання колінчастого вала. Після нанесення покриття виконують обробку шийки з покриттям шліфуванням. Після зазначеного шліфування виконують фінішну антифрикційну без абразивну обробку диском з мідь утримуючого матеріалу шляхом його обертання в напрямку, протилежному напрямку обертання колінчастого вала.

Ущільнення покриття диском з твердосплавного матеріалу призводить до виникнення в поверхневому шарі металу залишкових напруг, що визначають зносостійкість колінчастого вала, а виконання фінішної без абразивної обробки диском з мідь утримуючого матеріалу забезпечує зниження шорсткості поверхні, зниження зносу, усунення схильності до схоплювання поверхонь, зменшення часу приробки.

Спільними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб відновлення шийок колінчастих валів, що включає шліфування зношеної поверхні шийки, підготовку поверхні шийки до нанесення покриття, нанесення покриття і наступну механічну обробку покриття.

Ущільнення покриттів диском з твердосплавного матеріалу, а також фінішна антифрикційна обробка шийок диском з мідь утримуючого матеріалу істотно ускладнюють технологію, вимагають застосування спеціального обладнання та інструментів.

Як прототип вибрано спосіб відновлення шийок сталевих колінчастих валів, відомий за патентом Російської Федерації Мо 2385211, МПК: В23Р 6/00, 8220 19/10, С23С 4/04, дата подання заявки 29.04.2008.

Спосіб включає підготовку колінчастого вала до відновлення, нанесення покриття і механічну обробку покриття.

Підготовка колінчастого вала до відновлення включає в себе мийку, дефектоскопію, шліфування зношених шийок, контроль зношеної поверхні після шліфування, зачищення поверхневого шару від корозії, дробоструминну обробку і підігрів поверхневого шару. Для визначення наявності тріщин і інших дефектів, що виключають подальшу експлуатацію колінчастого вала, виконують магнітопорошкову дефектоскопію. Для визначення величини зносу корінних і шатунних шийок проводять їх обмір мікрометрами. Для визначення правильності геометричних розмірів і форми колінчастого вала виконують перевірку биття корінних шийок. Для усунення наявних на поверхні шийок рисок, тріщин, задирів, видалення азотованого шару, надання шийці правильної циліндричної форми, а також забезпечення необхідної товщини покриття здійснюють шліфування зношених шийок, дефектів. Після шліфування шийок виконують їх візуальний огляд, використовують магнітопорошкову і цвітну капілярну дефектоскопію на наявність залишкових дефектів. Виявлені дефекти видаляють шліфуванням до мінімально допустимого діаметра шийок. При наявності залишкових дефектів колінчастий вал відновленню не підлягає. Для надання необхідної шорсткості поверхні відновлювані шийки піддають струменеві абразивній обробці.

Нанесення покриття здійснюють за допомогою газополуменевого напилювання, заснованого на розігріві гнучкого шнурового матеріалу в газовому (ацетилено- або пропано-кисневому) струмені полум'я до температури плавлення напилюваного матеріалу і перенесення його потоком газу на підготовлену поверхню вала.

Спочатку на підготовлену поверхню напилюють підшар з матеріалу, що поліпшує адгезійні властивості оброблюваної поверхні вала (використовують шнуровий матеріал марки "НІАЛІД").

Далі наносять тепловідвідний демпфуючий шар, призначений для гасіння пікових значень тиску при роботі вала і відведення тепла з покриття в основний метал валу (шнур марки

СФЕКОРД-ЕКЗО Мо 10/40).

Зо Далі, з використанням шнура марки СФЕКОРД-ЕКЗО Мо 40, напилюють робочий шар, який забезпечує експлуатаційні характеристики вала, з контролем геометричних параметрів шийки за допомогою мікрометра і температури поверхні нанесеного шару за допомогою інфрачервоного пірометра.

Висока швидкість польоту розплавлених частинок шнура при напилюванні дозволяє отримувати покриття з міцністю зчеплення не менше 3,0 кгс/мм".

Механічну обробку покриття виконують після природного охолодження вала за допомогою шліфування з застосуванням шліфувальних кругів відповідних марок і відповідних режимів охолодження.

В результаті напилювання і подальшої механічної обробки шліфуванням відновлені шийки колінчастого вала набувають номінальні розміри і необхідні експлуатаційні властивості.

Спільними ознаками прототипу і рішення, що заявляється є: спосіб відновлення шийок колінчастих валів, що включає шліфування зношеної поверхні шийки, підготовку поверхні шийки до нанесення покриття, нанесення покриття і наступну механічну обробку покриття.

При нанесенні робочого покриття за допомогою газополуменевого напилювання із застосуванням гнучкого шнурового порошкового матеріалу, наприклад, марки СФЕКОРД-ЕКЗО

Мо 40 твердість одержуваного покриття не перевищує 42 НКС (перли. ідеазапатопеу.ги/Міг/Оеїаїйв/127261), а міцність зчеплення покриття з основним металом не перевищує 55 МПа на дозвуковому режимі і 65 МПа на надзвуковому режимі напилювання (пер. 7/еїїр.анетш .ги/Лоигпа!5/Ріез/ра2007 1 2/ра/140 ригепом.ра). Товщина покриття до 1,5 мм (пнр/лумм. ідеазапатопеу. ги/МЕт/Оєїаїйв/ 127261). Зазначене вище обмежує можливості поліпшення експлуатаційних характеристик відновлених колінчастих валів.

Розкриття сутності винаходу

В основу винаходу поставлена задача підвищення твердості покриття і міцності зчеплення покриття з основним металом, що покращує експлуатаційні характеристики відновленого колінчастого валу.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі відновлення шийок колінчастих валів, що включає шліфування зношеної поверхні шийки, підготовку поверхні шийки до нанесення покриття, нанесення покриття і наступну механічну обробку покриття, відповідно до винаходу, підготовку поверхні шийки для нанесення покриття виконують абразиво-струменевою обробкою бо поверхні шийки корундовим абразивом з подальшою обробкою хімічним реактивом, покриття виконують одношаровим і наносять методом електродугової металізації з використанням в якості електродів дроту з нержавіючої хромомарганцевонікелевої сталі і порошкового дроту з шихтою на основі суміші порошків хрому, нікелю, кремнію з присадками бору, марганцю, цинку при наступному співвідношенні компонентів шихти: хром - 20-35 мас. 90; нікель - 20-25 маб. 9о; кремній - 25-30 мас. 90; присадки - решта.

Зазначені ознаки є суттєвими ознаками винаходу, так як є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату - підвищення твердості покриття і міцності зчеплення покриття з основним металом.

Нанесення одношарового покриття методом електродугової металізації з використанням в якості електродів проволоки з нержавіючої хромомарганцевонікелевої сталі і порошкової проволоки з шихтою зазначеного складу на поверхню шийки вала, підготовлену абразиво- струменевою обробкою корундовим абразивом і обробкою хімічним реактивом, дозволяє отримати твердість покриття до 70 НКС, тобто досягає рівня твердості металокерамічних покриттів, міцність зчеплення покриття з основним металом не менше 65 МПа. Взаємозв'язок зазначених ознак з технічним результатом доведено експериментально.

Доцільно зернистість корундового абразиву для підготовки поверхні шийки до нанесення покриття вибрати в межах 1,6-2,0 мм, а в якості хімічного реактиву застосовувати ортофосфорну кислоту. В результаті отримують очищені від забруднень шийки з необхідною шорсткістю поверхні, що забезпечують міцність зчеплення даного покриття з основним металом вала.

Електродугову металізацію доцільно виконувати з роздільним регулюванням швидкості подачі електродів в зону електричної дуги, що дозволяє регулювати твердість нанесеного шару.

Шліфування зношеної поверхні шийки доцільно виконувати грубозернистим шліфувальним кругом при швидкості шліфування не менше 35 м/сек.

Механічну обробку покриття доцільно виконувати шляхом шліфування дрібнозернистим шліфувальним кругом при швидкості шліфування не менше 45 м/сек.

Короткий опис креслень

На прикладеному кресленні показана технологічна схема способу відновлення шийок колінчастих валів, що заявляється.

Здійснення винаходу

Заявляється спосіб відновлення шийок колінчастих валів включає наступні технологічні операції, що виконуються у зазначеній послідовності: 1. Вхідний контроль зношеного вала. При вхідному контролі виконують: вимір діаметрів корінних і шатунних шийок для оцінки ступеня їх зносу; вимір радіального биття по корінним шийкам для визначення правильності геометричних розмірів і форми колінчастого вала; виявлення поверхневих тріщин, механічних пошкоджень (задирок, вибоїн, подряпин і інших дефектів) на шийках.

Величину зносу шийок, радіальне биття по корінним шийкам визначають за допомогою мікрометрів. Наявність тріщин і інших дефектів визначають магнітопорошковою дефектоскопією.

Ремонту підлягають вали, в яких: пошкоджена робоча поверхня шийки глибиною до 1,5 мм у вигляді зносу, термічних тріщин азотованого шару, забоїн і корозії; сумарне радіальне биття корінних шийок не перевищує 1,5 мм на всій довжині вала; биття кінців вала на довжині 1 м від базових корінних шийок не перевищує 0,8 мм. Загальна кількість корінних і шатунних шийок, що підлягає ремонту не обмовляється. Допускається відновлювати усі шийки вала. 2. Шліфування зношених шийок для усунення дефектів на поверхні шийок, надання шийкам правильної циліндричної форми. Шліфування виконують на шліфувальному станку, наприклад, на станку ХШ2-31м9 для корінних шийок, ЗМС428-М-11 для шатунних шийок, крупнозернистим шліфувальним кругом зі швидкістю шліфування не менше 35 м/сек. Шліфування здійснюють до повного видалення дефектів на поверхні шийок. Після шліфування шийок проводять їх дефектоскопію методом магнітопорошкової дефектоскопії на наявність залишкових дефектів.

Виявлені дефекти видаляють подальшим шліфуванням до мінімально допустимого діаметра шийок. При неможливості видалення залишкових дефектів колінчастий вал відновленню не підлягає.

З. Підготовка поверхні шийок до нанесення покриття. Підготовку виконують абразиво- струменевою обробкою поверхні шийок корундовим абразивом із зернистістю 1,6-2,0 мм з подальшою обробкою хімічним реактивом - ортофосфорною кислотою. В результаті отримують очищені від забруднень шийки з шорсткістю поверхні від 100 мкм до 80 мкм.

4. Нанесення покриттів на підготовлені поверхні шийок. Покриття виконують одношаровим методом електродугової металізації з використанням в якості електродів дроту з нержавіючої хромомарганцевонікелевої сталі і порошкового дроту з шихтою на основі суміші порошків хрому, нікелю, кремнію, з присадками бору, марганцю, цинку при наступному співвідношенні компонентів шихти: хром - 20-35 мас. 95; нікель - 20-25 мас. 90; кремній - 25-30 мас. 95; присадки - решта. Електродугову металізацію виконують з роздільним регулюванням швидкості подачі електродів в зону електричної дуги, яка становить 0,4-0,6 м/хв. Процес протікає на постійному струмі. В процесі нанесення покриття контролюють діаметр шийки з покриттям. Товщина одношарового покриття від 0,5 до 4 мм в залежності від ступеня зносу шийки. 5. Механічна обробка покриттів шийок. Механічну обробку виконують шляхом шліфування дрібнозернистим шліфувальним кругом, наприклад ПІП1400 х 90 х 305 24а 40П см1-см2 бк5, при швидкості шліфування не менше 45 м/сек до отримання номінальних розмірів відновлених шийок. Охолодження виконують водомасляною емульсією. У процесі шліфування покриттів відновлюють геометрію колінчастого вала до нульової градації. 6. Вихідний контроль вала на відповідність параметрів відновленого вала заданим експлуатаційним вимогам. Контроль виконують за допомогою відповідних вимірювальних засобів. У разі невідповідності відновленого вала заданим вимогам його направляють на доробку, якщо виявлені невідповідності можуть бути усуненими.

В результаті застосування заявляється способу шийки колінчастого вала здобувають номінальні розміри і необхідні властивості нанесеного покриття. Твердість покриття - до 70

НЕКС. Міцність зчеплення покриття з основним металом не менше 65 МПа.

Нижче наводиться практичний приклад реалізації способу для відновлення зношеного вала двигуна 5Д49.

В результаті вхідного контролю виявлено: тріщини і задираки на всіх шийках колінчастого вала.

Шліфування зношених шийок виконували на шліфувальному станку ХШ2-31м9 крупнозернистим шліфувальним кругом зі швидкістю шліфування 35-40 м/с. Результати дефектоскопії після шліфування: тріщини видалені після заниження всіх шийок до крайньої ремонтної градації і повного видалення азотованого шару.

Зо Підготовку поверхні шийок до нанесення покриття виконували абразиво-струменевою обробкою корундовим абразивом із зернистістю 1,6-2,0 мм з подальшою обробкою хімічним реактивом - ортгофосфорною кислотою - методом занурення. В результаті отримали очищені від забруднень шийки вала з шорсткістю поверхні від 100 мкм до 80 мкм.

Нанесли одношарові покриття на підготовлені поверхні шийок методом електродугової металізації з використанням в якості електродів дроту з нержавіючої хромомарганцевонікелевої сталі і порошкового дроту власної розробки з шихтою зазначеного вище складу. Електродугову металізацію виконували з роздільним регулюванням швидкості подачі електродів в зону електричної дуги межах 0.4-0,6 м/хв. Процес виконували на постійному струмі. В ході нанесення покриття контролювали діаметри шийок з покриттями. Товщина одношарових покриттів шийок склала від 0,5 до 1,25 мм.

Покриття шийок шліфували дрібнозернистим шліфувальним кругом, наприклад

ПП1400х90х305 24а 40П см1-см2 бк5, зі швидкістю шліфування не менше 45 м/сек до отримання номінальних розмірів відновлених шийок і відновлення геометрії колінчастого вала до нульової градації. Охолодження виконували водомасляною емульсією марки 5рігй Ме 5000

ІБО-І-МАЕ.

За результатами вихідного контролю отримали наступні експлуатаційні характеристики відновленого колінчастого валу: твердість покриття - 56,8-65,4 НАС; міцність зчеплення покриття з основним металом - 65-67 МПа;

БО биття по корінним шийка - не більше 0.02 мм; шорсткість відновлених шийок відповідає класу 8: 0.63-0.32 мкм; діаметр і конусність відновлених шийок відповідають креслярським параметрами.

Claims (5)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб відновлення шийок колінчастих валів, що включає шліфування зношеної поверхні шийки, підготовку поверхні шийки до нанесення покриття, нанесення покриття і наступну механічну обробку покриття, який відрізняється тим, що підготовку поверхні шийки до нанесення покриття виконують абразивно-струменевою обробкою корундовим абразивом з 60 подальшою обробкою хімічним реактивом, а покриття виконують одношаровим і наносять методом електродугової металізації з використанням як електродів дроту з нержавіючої хромомарганценікелевої сталі і порошкового дроту з шихтою на основі суміші порошків хрому, нікелю та кремнію з присадками бору, марганцю та цинку, при наступному співвідношенні компонентів шихти, мас. Фо: хром 20-35 нікель 20-25 кремній 25-30 присадки решта.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зернистість корундового абразиву для підготовки поверхні шийки до нанесення покриття вибирають в межах 1,6-2,0 мм, а як хімічний реактив застосовують ортофосфорну кислоту.

З. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електродугову металізацію виконують з роздільним регулюванням швидкості подачі електродів в зону електричної дуги.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що шліфування зношеної поверхні шийки виконують грубозернистим шліфувальним кругом при швидкості шліфування не менше 35 м/сек.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що механічну обробку покриття виконують шляхом шліфування дрібнозернистим шліфувальним кругом при швидкості шліфування не менше 45 м/сек.

БожМетехнологічної 0000000 операції Характеристикатехнологічної операції Вхідний контроль колінчастого вала для! : 4 визначення ступеня зносу окорнних |. : шатунних шийок, радіального биття по: корінним шийок механічних дефектів на) шви: ио ЩШикбування зношених шийок для усунення у о механічних дефектів, надання /шийкам Кн ВИНО БО ЮМИ. нн Підготовка поверхні шийок до нанесення я покриття шляхом 0 абразиво-струменевої т "обробки корундовим абразивом з подальшою с « ,« ОробКкою хімічним реактивом, Нанесення на поверхні шийок покриттів. 4 методом електродугової металізаці з о використанням з якості алектродів проволоки ! з нержавіючої сталі Її лорошкової проволоки з ! "Шліфування покриттів шийок до отримання ! 5 "номінальних розмірів | відновлення гесметорії со... Колюєчастого вала до нульової градації. 0 ння 7 ПОМ Пн І "Вихідний контроль вала на відповідність в о параметрів відновленого вала заданим!