CC BY
339
МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Бондарев Сергей Александрович, магистрант (e-mail: bondarev172@rambler.ru) Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
В статье рассмотрены основные характеристики коленчатых валов автомобильных двигателей, исследованы причины поломок, а также представлены методы восстановления.
Ключевые слова: коленчатый вал, восстановление, метод, двигатель.
Для современной техники характерна дальнейшая интенсификация режимов работы машин, что приводит к значительному увеличению нагрузок на рабочую поверхность деталей, узлов и, особенно, подвижных сопряжений (узлов трения).
Основной причиной отказов в работе машин является не их поломка, а износ рабочих поверхностей, что обусловливает актуальность проблемы надежности и увеличения ресурса деталей [1].
В связи с истощением природных минеральных ресурсов проблема переработки и дальнейшего использования отходов автомобильного производства, а также восстановления изношенных деталей становится все более актуальной [2-5].
Применительно к автомобильным деталям коленчатый вал является самой дорогостоящей либо второй по величине стоимости деталью. На ремонт автомобильной и сельскохозяйственной техники приходится до 70% затрат. Предельные износы 85% деталей не превышают 0,3 мм, причем многие из них имеют остаточные ресурсы 60% и более и только 20% деталей автомобилей и тракторов, поступающих в ремонт, подлежат окончательной выбраковке. Остальные можно восстановить, причем себестоимость восстановления составит 15...70% от себестоимости изготовления [1,6].
Как показывает практика, малогабаритные коленчатые валы, дешевле заменить на новые, а крупногабаритные экономичней восстанавливать. в этом случае восстановление позволяет получить значительную экономию материальных, производственных и трудовых ресурсов. В связи с этим повышение технологического обеспечения качества восстановления коленчатого вала на основе комплексного изучения базовой операции металлопокрытия, служащей для формирования вторичной заготовки восстанавливаемой детали, и дальнейшей механической обработки явилось актуальной задачей [1].
Коленчатые валы автомобильных двигателей изготавливают из углеродистых и легированных сталей или из высокопрочного магниевого чугуна. Коренные и шатунные шейки подвергаются закалке ТВЧ на глубину 1,5 3 мм, твердость шеек HR£ 50 62 [7].
СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ, №2 (5), 2016 43 Таблица 1 - Основные характеристики коленчатых валов_
Модель двигателя Материал коленчатого вала Термообработка Твердость шеек НЯС Твердость заготовки НВ
ЗИЛ-130 Сталь 45 селект. Закалка ТВЧ 56 - 62 170-207
ЗМЗ-53 Магниевый чугун Тоже 40-55 207-255
ЯМЗ-236 Сталь 50Г Тоже 52-62 229-270
ВАЗ-2108 Высокопрочный чугун Тоже 50-55 235-265
КамАЗ-740 Сталь 42 ХМФА4Н Тоже 56-62 167-212
В процессе работы на коленчатый вал воздействуют силы трения, вибрации, знакопеременные нагрузки, среда и др. Это вызывает (см. рис. 1) износ шатунных и коренных шеек ( Дизн до 0,1 мм), они изнашиваются неравномерно: по длине принимают форму конуса, по диаметру овала ( Днецил до 0,08 мм); нарушение качества поверхности шеек (задиры, риски, коррозия); механические повреждения (трещины, дефекты резьб); прогиб коленчатого в-ала (Дбиения до 0,150 мм); износ отверстий во фланце под подшипник ведущего в-ала коробки передач. Прогиб коленчатого вал а приводит к нарушению перпендикулярности оси в-ал а к оси цилиндра, вследствие чего условия смазки сопряженных поверхностей ухудшаются, масляная пленка на трущихся поверхностях разрушается, появляется граничное или сухое трение [8].
Изучение причин поломок коленчатых валов показывает, что в большинстве случаев они являются следствиями усталости материала детали или наличия в ней внутренних напряжений. Внутренние напряжения могут возникнуть из-за контраста температур при наплавочной операции технологического процесса восстановления крупногабаритного коленчатого вала дизельного двигателя или из-за высоких температур, воздействующих на металлопокрытие коленчатого вала при его черновой обработке шлифованием [8].
Возникающие дефекты устраняют обработкой шеек под ремонтный размер (РР) шлифованием с последующим полированием, различными видами наплавок или плазменным напылением. Прогиб вала устраняют пластическим деформированием (правкой).
Основные методы восстановления валов, применяемые в авторемонтном производстве можно условно разделить на методы позволяющие восстановить номинальный размер и исходную геометрию вала и методы, использующие восстановление под «ремонтный размер», то есть под размер, для которого существует возможность применения «ремонтных» деталей [9].
Рис. 1. Основные дефекты коленчатого вала на примере двигателя
ЗИЛ-130:
1 - изгиб вала; 2 - износ наружной поверхности фланца; 3 - биение торцевой поверхности фланца; 4 - износ маслосгонных канавок: 5 - износ отверстия под подшипник; 6 - износ отверстий под болты крепления маховика; 7 - износ коренных и шатунных шеек; 8 - износ шейки под шестерню и ступицу шкива;9 - износ шпоночной канавки по ширине;
10 - увеличение длины передней коренной шейки;
11 - увеличение длины шатунных шеек
Восстановление посадочных поверхностей валов под номинальный размер может осуществляться следующими методами [7-9]:
1. Напыление представляет собой нанесение под высоким давлением воздуха расплавленного металла на поверхность вала. По способу расплавления металла различают электродуговое, газопламенное, высокочастотное, плазменное и детонационное напыление. Наполненное таким образом покрытие имеет низкую прочность сцепления с основой, но при этом не происходит высокого нагрева поверхности, изменения структуры материала детали, не возникает коробление, не снижается усталостная прочность.
Нанесение покрытий методом плазменного напыления является разновидностью газотермических покрытий (детонационное, газоплазменное, электродуговая металлизация, плазменное напыление / наплавка).
2. Наплавка. В отличие от напыления наплавка осуществляется путем формирования слоя металла, расплавляемого непосредственно на поверхности вала или оси. Различают наплавку под слоем флюса, в среде защитных газов, газовую, вибродуговую и электродуговую. Можно наносить слои металла практически любой толщины, нанесенный слой отличается высокой твердостью, но при этом происходит сильный нагрев вала, вызывающий коробление и изменение структуры поверхностного слоя металла, появляются затруднения в последующей механической обработке осажденного слоя ввиду его высокой твёрдости.
3. Термопластическое деформирование представляет собой изменение геометрических размеров оказывая механическое воздействие (осадка, вытяжка, высадка, протяжка, правка и так далее) на предварительно разогретую деталь. Таким методом можно проводить правку осевых деформаций валов, а также устранять некоторые погрешности формы поверхностей.
Способ весьма ограничен в применении из-за его технологического несовершенства и трудностями в обеспечении требуемых результатов.
4. Гальваническое осаждение представляет собой формирование слоя металла на восстанавливаемой поверхности путем электрохимического осаждения из электролита. Способ обладает рядом преимуществ, такими как отсутствие нагрева детали, возможность нанесения слоя любого металла или их комбинации с заданными свойствами и требуемой толщины, возможность нанесения слоев металла с различными свойствами.
5. Полимерно-композитными материалами - формируется на предварительно подготовленной восстанавливаемой поверхности слой полимерной композиции с последующим ее отверждением.
Отремонтированные коленчатые валы должны отвечать техническим условиям [9]:
- овальность и конусность коренных и шатунных шеек не должна превышать по длине шейки 0,02 мм (ЗИЛ 130) и 0,01 мм (КамАЗ 740, ВАЗ);
- биение вала по средней шейке должно быть не более 0,05 мм (ЗИЛ 130) и 0,03 мм (КамАЗ 740, ВАЗ);
- шероховатость поверхностей шеек должна Яа = 32 мкм (ЗИЛ 130) или Яа = 0,16 мкм (КамАЗ 740);
- одноименные шейки должны быть прошлифованы под один ремонтный размер;
- радиус кривошипа должен быть в пределах 47,5±0,08 мм (ЗИЛ 130) и 60,0±0,05 мм (КамАЗ 740).
Таким образом можно сделать вывод, что малогабаритные коленчатые валы, дешевле заменить на новые, а крупногабаритные экономичней восстанавливать. этом случае восстановление позволяет получить значительную экономию материальных, производственных и трудовых ресурсов. Себестоимость восстановления составит 15...70% от себестоимости изготовления. Также исследованы технические условия, которым должны соответствовать отремонтированные коленчатые валы.
Список литературы
1. Технологическое обеспечение качества восстановленных коленчатых валов дизельных двигателей / А.С.Денисов, В.В. Погораздов, Б.Ф. Тугушев, Е.Ю. Горшенина // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. № 4 (49). С. 49-54.
2. Новиков Е.П. Методы переработки алюминиевых отходов автомобильного производства [Текст] / Е.П. Новиков //Будущее науки - 2015 : сб. науч. статей 3-й Межд. науч.-практ. конф. в 2 томах (Том 2). - Курск: ЮЗГУ - 2015 - С. 287-293.
3. Новиков Е.П. К вопросу о переработке алюминиевых отходов электроэрозионным диспергированием [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Д. Сытченко //Современные материалы, техника и технологии : науч.- практ. журнал №1. - Курск: ЮЗГУ - 2015 - С. 168-173.
4. Новиков Е.П. Изучение формы и морфологии порошка, полученного из отходов алюминия методом электроэрозионного диспергирования [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеева, Д. А. Чумак-Жунь// Известия ЮЗГУ. Серия: техника и технологии. - 2015. - №4 (17).
5. Новиков Е.П. Технология переработки алюминиевых деталей автомобилей до микро и нанофракций [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе : сб. науч. трудов по материалам ежегод. конф. Выпуск 2 - Воронеж - 2015 - С. 328-333.
6. Агеева, Е.В. Повышение качества ремонта и восстановления деталей современных транспортных систем / Е. В. Агеева, Е. В. Агеев // Известия ТулГУ. Серия: Технические науки. - 2011. - Вып. № 3. - С. 503-509.
7. Горшенина, Е.Ю. Двухпроволочная наплавка коленчатых валов / Е. Ю. Горшени-на, Б. Ф. Тугушев // Молодые ученые - науке и производству: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 34-38.
8. Коршунов, В.Я. Оценка энергетической эффективности способов восстановления шеек коленчатых валов при ремонте двигателей [Текст] / В. Я. Коршунов, Д. А. Новиков // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2015. - № 1. -С. 25-27.
9. Новиков, А.Н. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей: учебное пособие / А.Н. Новиков, М.П. Стратулат, А.Л. Севостьянов.- Орловский государственный технический университет.- Орел, 2006. - 336 с.
10. Технология технического обслуживания и ремонта автомобилей/ Агеев Е.В.//учебное пособие для студентов вузов / Е. В. Агеев ; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Курский гос. технический ун-т". Курск, 2008.
11. Теоретические и нормативные основы технической эксплуатации автомобилей/ Агеев Е.В.// Курск, 2008.
12. Теоретические аспекты технической эксплуатации автомобилей/ Агеев Е.В., Агеева Е.В.//Курск, 2013.
13. Особые условия технической эксплуатации и экологическая безопасность автомобилей/ Агеев Е.В.// учебное пособие для студентов вузов / Е. В. Агеев ; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Курский гос. технический ун-т". Курск, 2008.
14. Применение вариаторов в современном автомобилестроении/ Кретов Р.А., Горохов А. А.// В сборнике: Юность и знания - гарантия успеха Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор Разумов М.С.. Курск, 2014. С. 192-196.
15. Горохов А. А., Павлов И. А., Реконструкция перекрестка проспекта В.Клыкова и улицы сумской города Курска, Будущее науки-2013: материалы Международной молодежной научной конференции (23-25 апреля 2013 года), в 3-х томах, Том 3, Юго-Зап. гос. ун-т., Курск, 2013, 119-122 с.
Bondarev Sergey Aleksandrovich, undergraduate (e-mail: bondarev172@rambler.ru) Southwest state university, Kursk, Russia
METHODS OF RESTORATION OF CRANKED SHAFT OF AUTOMOBILE
ENGINES
In article the main characteristics of cranked shaft of automobile engines are considered, the reasons of breakages are investigated, and also restoration methods are presented. Keywords: cranked shaft, restoration, method, engine.
