Ремонт коленчатых валов двигателя ТТМ.

Основными дефектами коленчатого вала являются износы шатунных и коренных шеек - уменьшение диаметра, отклонения геометрической формы, (конусность и бочкообразность), трещины, задиры и другие механические повреждения.

При ремонте и восстановлении коленвалов наиболее важной и ответственной операцией является дефектовка, т.к. от правильного и своевременного выявления дефекта зависит качество Р. Коленвалы имеют следующие износы и дефекты: -износы и задиры коренных и шатунных шеек; -прогибы; -трещины на шейках вала (чаще в районах галтелей или отверстий для смазки); -износ шейки под распределительную шестерню, стенок шпоночных канавок, а также упорного установочного буртика шейки; -радиальное и торцевое биение фланца маховика; -износ посадочных отверстий под подшипник первичного вала; -грязевые отложения в полостях шатунных шеек; -износ посадочных отверстий под сальник; -образование канавки на шейке. Не подлежат Р коленвалы, имеющие трещины на галтелях длиной более 5 мм и трещины, расположенные под углом 35 градусов к оси больше 5мм. количество микротрещин более 10 длиной менее 5мм. При КР стальных коленвалов чаще всего используются 3 технологии восстановления: 1. разработанная НИИАТ, 2. Саратовским Политехническим институтом, 3. НПО Казавтотранстехника. Все три метода различаются применением различной проволки для наплавки, величиной подачи, составом флюса. При КР чугунных валов используют два метода: 1. вибродуговой наплавкой в потоке воздуха, 2. плазменное напыление. Механические повреждения устраняют заваркой. В процессе шлифования геометрические размеры шеек исправляют на ремонтный размер подшипников. Технологический процесс ремонта коленчатого вала зависит от конструктивных особенностей и имеющихся дефектов. Обычно шейки шлифуют под один ремонтный размер, но в случаи необходимости шатунные и коренные шейки могут быть отшлифованы под разные ремонтные размеры. При обработке шеек одновременно шлифуют и галтели, а также заплечики, удерживающие коленчатый вал от осевых перемещений. Шлифуют валы на круглошлифовалъных станках. Выходы фасок масляных каналов шатунных и коренных шеек скругляют пневматической шлифовальной машиной, а затем полируют полировальной шкуркой при помощи специальной конической оправки. Суперфинишную обработку коренных и шатунных шеек (с галтелями) проводят на полуавтомате для суперфиниширования, либо на станке СШ 301. Размеры коренных и шатунных шеек проверяют скобами, настроенными по концевым мерам. Взаимное расположение шеек, а также радиус кривошипа определяют контрольными приспособлениями, шероховатость поверхностей шеек - профиломером. Радиальное биение не должно превышать: для средних коренных шеек и шеек под распределительную шестерню 0,03 мм; для фланца маховика и шейки под уплотнение (сальник) заднего коренного подшипника 0,05мм. Непараллельность осей шатунных шеек относительно оси вала на длине 100 мм не должна превышать 0,02 мм. Отклонения от цилиндрической формы шейки допускаются не более 0,015 мм. Твердость шеек должна быть не ниже HRC48. Перед шлифованием шеек уже на третий ремонтный размер целесообразно производить их закалку ТВЧ при вертикальном положении вала.

Основными дефектами коленчатого вала являются износы шатунных и коренных шеек - уменьшение диаметра, отклонения геометрической формы, (конусность и бочкообразность), трещины, задиры и другие механические повреждения.

Механические повреждения и большой износ устраняют заваркой и наплавкой. В процессе шлифования геометрические размеры шеек исправляют на ремонтный размер подшипников.

Технологический процесс ремонта коленчатого вала зависит от конструктивных особенностей материала, имеющихся дефектов.

Обычно шейки шлифуют под один ремонтный размер, но в случае необходимости шатунные и коренные шейки могут быть отшлифованы под разные ремонтные размеры. При обработке шеек одновременно шлифуют и галтели, а также заплечники, удерживающие коленчатый вал от осевых перемещений. Шлифуют валы на круглошлифовальных станках. Отремонтированные коленчатые валы должны соответствовать ТУ.

Выход фасок масляных каналов шатунных и коренных шеек скругляют пневматической шлифовальной машиной, а затем полируют полировальной шкурой при помощи специальной конической оправки. Для получения шероховатости шейки в пределах Ra = 0,16…0,32 мкм каждую шейку отдельно полируют абразивной или алмазной лентой вместе с галтелями.

Суперфинишную обработку коренных и шатунный шеек (с галтелями проводят на полуавтомате для суперфиниширования, либо на станке СШ –301. Размеры коренных и шатунных шеек проверяют скобами, настроенными по концевым мерам.

Взаимное расположение шеек, а также радиус кривошипа определяют контрольными приспособлениями, шероховатость поверхностей шеек – профиломером. Радиальное биение не должно превышать: для средних коренных шеек под распределительную шестерню 0,03; для фланца маховика и шейки под уплотнение (сальник) заднего коренного подшипника 0,05мм. Непараллельность осей шатунных шеек относительно оси вала на длине 100ммне должна превышать 0,02 мм. Отклонения от цилиндрической формы шейки допускаются не более 0,015мм. Твердость шеек должна быть не ниже НRС 48.

Перед шлифованием шеек уже на третий ремонтный размер целесообразно производить их закалку ТВЧ при вертикальном положении вала.Наплавкой под флюсам восстанавливаются коленчатые валы, цапфы картера заднего моста, полуось заднего моста и многие другие детали автотракторной техники.

Восстановление наплавкой стальных коленчатых валов

Основные дефекты: износ коренных и шатунных шеек, шпоночных канавок, отверстий под штифты крепления маховика резьбовых соединений, посадочных мест распределительной шестерни, шкива, наружного кольца шарикоподшипника в заднем торце вала. Местные дефекты – износ шпоночных канавок, отверстий под штифты – восстанавливаются наплавкой вручную. Другие дефекты, связанные и износом, устраняются автоматической сваркой под флюсом.

Коленчатый вал перед ремонтом необходимо разобрать – удалить шпонки, извлечь из масляных канавок заглушки и пробки, выпрессовать подшипник первичного вала коробки передач, снять противовесы. Разобранный коленчатый вал очистить от асфальто-смолистых, масляных и других загрязнений. После этого установить коленчатые валы, подлежащие наплавке (если размеры вала вышли за пределы, предусмотренные для восстановления методом ремонтных размеров) на наплавочной станок.

При капитальном ремонте автомобилей применяются в основном три способа восстановления коленчатых валов: технология, разработанная НИИТ и ГосНИТИ, технология Саратовского политехнического института (СПИ) и технология НПО Казавтотранс –техника. В первом случае наплавка осуществляется пружиной проволокой второго класса Нп-80 или Нп-65Г, под флюсом АН-348А с добавлением 2,5 % феррохрома и 2% графита с последующим черновым и чистовым шлифованием шеек до исходного размера, суперфинишированием и полированием. Режимы наплавки: сила тока 190…200А; напряжение дуги 22…24В; частота вращения вала 3 мин^-1; продольная подача наплавочной головки 4 мм/оборот; скорость подачи электродной проволоки 2,4м/мин; диаметр проволоки 1,6…1,8 мм.

Недостатки:

1. Появление трещин при правке вала вследствии низкой пластичности наплавленного слоя;

2. Образование микротрещин на поверхности шеек при шлифовании;

3. Нестабильность свойств наплавленного металла из-за изменения компонентов флюса.

По технологии СПИ наплавка шеек коленчатого вала производится проволокой Нп-ЗОХГСА под слоем флюса АН-348А или проволокой Нп-40Х2Г2М под флюсом ПН – 15М. Режимы наплавки: сила 180…220А; напряжение дуги 25…30В; продольная подача 4…6мм/оборот; скорость подачи проволоки 1,6…2,1м/мин; частота вращения вала при наплавке коренных шеек 2…2,5мин^-1, шатунных 2,5…3 мин^-1. Технология СПИ предусматривает также одновременную наплавку шеек коленчатого вала четырьмя электродами диаметром 1,6мм силе тока 300…320А, напряжении 26…28В, скорости подачи проволоки 58…59м/ч, частоте вращения вала 0,65 мин^-1. после наплавки коленчатый вал нормализуют, правят, обрабатывают точением с последующим полированием до исходного размера. Завершающими операциями являются закалка т.в.ч. и чистовая обработка поверхности шеек. Достоинствами технологии СИП являются: исключение образования трещин при правке и механической обработке, поскольку после нормализации вал приобретает высокую пластичность; возможность применения для наплавки проволоки с высокими механическими свойствами, обеспечивающими необходимую износостойкость шеек. Недостатки этой технологии – снижение качества коленчатого вала, достигнутого при термической обработке на заводе-изготовителе, и повышенные затраты на изготовление и эксплуатацию оборудования для нормализации.Технология НПО Казавтотранстехника предусматривает наплавку пружинной проволокой второго класса под слоем флюса АН-348А с последующим высоким отпуском, что позволяет сохранить исходное улучшение коленчатого вала и снижает затраты на термическую обработку. Наплавка коленчатых валов двигателей ЗИЛ – 130 и других автомобилей ведут при режимах: сила тока 180…250А; напряжение дуги 26…30В; частота вращения вала 2,5…3,0мин^-1; шаг наплавки 4…5мм; скорость подачи проволоки 1,8…3,0мин^-14 смещение электрода с зенита 10 мм; вылет электрода 15…20мм; диаметр электродной проволоки 1,6…1,8 мм. Наплавка ведется постоянным током обратной полярности, например на установке У – 652. Для наплавки шатунных шеек коленчатый вал устанавливают в центросместители наплавочного станка, закрепляют в положении для наплавки шатунных шеек, в бункер подают флюс, устанавливают режим наплавки, переведенный выше, наплавляют сначала галтельный кольцевой валик, а затем включают продольную подачу и наплавляют шейку по всей длине. Аналогичным способом наплавляют все другие шатунные шейки, после чего вал подвергают контролю на прямолинейность оси коренных шеек и при прогибе более допустимого правят. При наращивании коренных шеек коленчатый вал устанавливают в центросместители станка, закрепляют в положении для наплавки коренных шеек и наплавляют по такой же технологии, которая предусмотрена для шатунных шеек. Удлинение вала может быть компенсировано наплавкой бурта опорной коренной шейки с последующей механической обработкой.

Окалину, образовавшуюся на поверхности вала при нагреве в печи, снимают в ванне с раствором 20% серной кислоты и 3% поваренной соли (остальное вода) при 50˚С. После выдержки в кислотной ванне в течении 25мин поверхность коленчатого вала нейтрализуется в 5…10%-ом щелочном растворе и промывается чистой водой при 60˚С. Очищенный от окалины коленчатый вал контролируют на прямолинейность оси коренных шеек, смещение противовесов, биение носка, фланца и маховика, установив его шейками под распределительную шестерню и задний сальник на контрольные призмы.

Наплавка производится с предварительным нагревом. Температуру подогрева шлиц полуоси диаметром 70мм, изготовленной, например, из стали 40ХНМА, можно определить расчетным путем.

Восстановление наплавкой чугунных коленчатых валов.

а) Двухслойная наплавка по технологии НИИА.

Первый слой наплавляется малоуглеродистой стальной проволокой Св –08 диаметром 1,6 мм под флюсом АН-348А с введением во флюс 2,5 части графита, 2 частей феррохрома №6 и 0,25 части жидкого стекла. Первый слой дает металл шва с твердостью НКСэ 35…38, второй слой обеспечивает твердость НКСэ 52…62 с небольшой пористостью. В поверхностном слое возможно появление большого количества трещин, что снижает усталостную прочность коленчатого вала 26..28%.

б) Наплавка шеек коленчатого вала из высокопрочного чугуна с защитной металлической оболочкой под слоем флюса.

В этом случае шейка чугунного коленчатого вала обвертывается низкоуглеродистой сталью толщиной 0,8…1,0 мм, прижимающейся к поверхности шейки при помощи специального приспособления. После сварки по такой оболочке на поверхности чугунной шейки образуется слой металла с малым содержанием углерода.

Далее наплавкой к этому получают на поверхности шейки слой заданного качества. При однослойной наплавке необходимый состав наплавленного металла получается за счет легирования его углеродом чугуна и компонентами флюса.

Технологический процесс ремонта чугунных коленчатых валов состоит из следующих операций: очистки и обезжиривания используемого листа; разрезания его на полосы и вырубка (штамповки) из него заготовок для обволакивания шеек; установки оболочки на шейку коленчатого вала и прижатия ее к шейке с усилием 5кН при помощи клещей или струбцин; прихватывания стыка оболочки электрической дугой; сварки галтельной части шейки по краям оболочки; наплавки шеек под легирующим флюсом. Оболочка должна плотно прижиматься к шейке. Прихватка стальной оболочки производится в двух точках на расстоянии 5 мм от галтелей в атмосфере углеродистого газа. Плотность прилегания оболочки проверяется по звуку при простукивании по ней легкими металлическим стержнем длиной 150…200 мм и диаметром 12…15 мм. После прихватки по стыку конца оболочки привариваются в трех местах к галтели шейки в среде углекислого газа. Это предупреждает обгорание концов оболочки и образование свищей и раковин. В местах расположения отверстий масляных каналов оболочку пробивают бородком и полученные отверстия закрывают пастой, огнеупорной глиной, стержнями из графита или асбеста.

В справочной литературе приведены данные по наплавке чугунных коленчатых валов по оболочке из низкоуглеродистой стали. При этом используется следующий материал: электродной проволоки для прихватки оболочек Св-08, Св-08А, Св-0,8ГС, Св-Г2С; проволока для наплавки галтелей и шеек под легирующим флюсом – Св-0,8, Св-0,8А диаметром 1,6 мм; листовой стали для оболочек - стали 0,8 толщиной 0,8…0,9мм; флюса АН-348А; легирующих компонентов – графита, феррохрома №6; углеродистый газ – сварочный или пищевой.

в) Наплавка шеек коленчатого вала порошковой проволокой в два слоя.

Первый слой наплавляют малоуглеродистой проволокой с внутренней защитой, обеспечивающей газо-шлакообразующие компоненты при наплавке. Для второго слоя применяют легированную порошковую проволоку, обеспечивающую получение износостойкого слоя.

Рекомендуемый режим наплавки первого слоя: напряжение холостого хода 34…35В, напряжение сварочной дуги 20…22В, сила тока 150…180А, полярность обратная, частота вращения вала 2,0…2,5мин^-1, скорость подачи проволоки 77м/ч, шаг наплавки 7 мм/об, диаметр проволоки 1,95мм, вылет электрода 15мм.

Режим наплавки второго слоя: напряжение холостого хода 31…32В, напряжение сварочной дуги 20…21В, сила тока 150…180А, полярность обратная, частота вращения вала 2,0…2,5 мин^-1, скорость подачи проволоки 88м/ч, шаг наплавки 5мм/об, диаметр проволоки 1,95мм, вылет электрода 15мм. Общая толщина наплавленного слоя 2,8…3,0 мм. При наплавке по данному способу получается стабильный состав наплавленного металла, соответствующий составу среднеуглеродистой стали. В целом по рассмотренной технологии можно получить довольно высокое качество восстановленных валов при условии тщательной подготовки шеек к наплавке, заключающейся в горячей мойке в 10%-ом растворе каустической соды в течении 30 мин, нагреве в термической печи до 300˚С с выдержкой в течении 1 ч, очистке от копоти, нагара и ржавчины на полировальном станке. Себестоимость коленчатых валов, восстановленных двухслойной наплавкой порошковыми проволоками, ниже себестоимости новых валов.