CC BY
161
УДК 621.791.927.55.034
Е.В. Агеева, канд. техн. наук, (4712) 58-71-03, [email protected].
Е.В. Агеев, канд. техн. наук, доц., 8-904-526-55-07, ааееу [email protected] (Россия, Курск, ЮЗГУ)
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ СОВРЕМЕННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
Представлен перспективный технологический процесс восстановления коленчатого вала двигателя КамАЗ-740 с использованием порошков, полученных методом электроэрозионного диспергирования отходов спеченных твердых сплавов.
Ключевые слова: отходы твердых сплавов, электроэрозионное диспергирование, порошок, плазменно-порошковая наплавка, коленчатый вал.
Организация восстановления изношенных деталей автомобилей является не только важным резервом снабжения народного хозяйства запасными частями, но и существенным резервом повышения качества ремонта, а также снижения расходов материальных и трудовых ресурсов.
Применение для восстановления изношенных деталей автомобилей современных методов нанесения покрытий и, в первую очередь, с использованием порошковых твердых сплавов способствует значительному повышению их долговечности.
Одним из наиболее сложных в изготовлении и ремонте деталей автомобилей семейства КамАЗ является коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания (ДВС), основной дефект которого - износ коренных и шатунных шеек. Процесс изнашивания коренных и шатунных шеек коленчатого вала ДВС является нежелательным, но неизбежным.
Типовой технологический процесс восстановления коленчатых валов ДВС КамАЗ-740 включает следующие операции [1]: мойку, разборку и дефектацию коленчатого вала; проверку биения по средней шейке; правку коленчатого вала на прессе (при необходимости); установку пробок в отверстия масляных каналов вместо заглушек; шлифование коренных и шатунных шеек; контроль размеров коренных, шатунных шеек и радиуса кривошипа; полирование коренных и шатунных шеек; сборку коленчатого вала.
Разборка коленчатого вала включает следующие операции: снятие шестерни привода масляного насоса, переднего и заднего выносных противовесов; изъятие заглушек и втулок центробежной очистки масла и внутренних полостей масляных каналов коленчатого вала. Правка коленчатого вала производится на прессе при наличии изгиба вала более 0,05 мм.
Шейки коленчатого вала шлифуются на круглошлифовальных станках ЗА432. В первую очередь шлифуются коренные шейки после установки коленчатого вала в центрах станка. Во вторую очередь шлифуют-
208
ся шатунные шейки. Для шлифования шатунных шеек коленчатый вал на станке устанавливается в центросместителях, обеспечивающих смещение оси вала на величину радиуса кривошипа, который имеет размер (60 ±
0,5) мм и совмещение оси шатунных шеек с осью шпинделя станка. Шлифование начинается с первой шатунной шейки, для шлифования следующей шейки вал поворачивается на угол 90 °. Все коренные и шатунные шейки шлифуются под один ремонтный размер.
После шлифования шейки подвергают полировке в течение одной минуты на полировальных станках полировальной лентой ЭБ 220 или пастой ГОИ № 10.
Таким образом, на сегодняшний день коленчатые валы двигателя КамАЗ-740 успешно ремонтируются в пределах своих ремонтных размеров путем шлифования. Когда размеры вала выходят за пределы ремонтных, появляются трудности с наращиванием и упрочнением поверхностей.
Изношенные валы с коренными и шатунными шейками, перешлифованные на все ремонтные размеры, но пригодные для восстановления путем нанесения покрытий до номинальных размеров, составляют 65...75 %.
В настоящее время на ремонтных предприятиях для восстановления коленчатых валов ДВС используют, главным образом, разновидности дугового способа наплавки под слоем флюса.
Одним из наиболее универсальных методов и гибких технологических приемов воздействия на свойства обрабатываемых поверхностей как метод упрочнения вновь изготавливаемых деталей машин и восстановления деталей с большой степенью износа (0,5 мм и более), работающих в условиях интенсивного изнашивания, является плазменно-порошковая наплавка (ППН).
В качестве материала при ППН коленчатых валов, работающих в условиях абразивного изнашивания, используются износостойкие порошковые наплавочные материалы, в структуре которых содержатся высокотвёрдые (карбиды, бориды и т. д.) фазы и относительно пластичная матрица. Среди порошковых наплавочных материалов, обладающих твердостью выше твердости абразива и стойкостью к абразивному износу, одними из наиболее перспективных являются порошки на основе систем WC-Co и WC-TiC-Co, являющиеся основой твердых сплавов, переработка отходов и дальнейшее использование которых является актуальной проблемой.
Одним из наиболее перспективных методов получения порошка практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, отличающимся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрози-онного диспергирования (ЭЭД) - локальное воздействие кратковременных электрических разрядов между электродами [2, 3, 4].
Основными регулируемыми (изменяемыми) параметрами экспери-
ментальной установки ЭЭД, разработанной авторами, непосредственно влияющими на процесс порошкообразования, являются:
- напряжение на электродах и,
- частота следования импульсов £,
- емкость рабочего накопителя С,
- расстояние между электродами 1.
При проведении экспериментов по диспергированию отходов спеченных твердых сплавов расстояние между электродами в реакторе оставалось постоянным и составляло 100 мм, напряжение на электродах изменяли от 0 до 200 В, частоту следования импульсов - от 0 до 1000 Гц, емкость рабочего накопителя - от 2,5 до 40 мкФ.
В качестве рабочей жидкости использовалась вода дистиллированная ГОСТ 6709-72. В качестве исходного (диспергируемого) материала использовались изношенные, некондиционные и новые многогранные не-перетачиваемые пластины, предназначенные для припаивания и механического крепления на режущий инструмент, из среднезернистых спеченных твердых сплавов марки ВК8, состоящих из карбида вольфрама (92 %) и кобальта (8 %), и марки Т15К6, состоящих из карбида вольфрама (79 %), карбида титана (15 %) и кобальта (6 %). Физико-механические свойства спеченных твердых сплавов (по ГОСТ 3882-74) представлены в таблице.
В качестве электродов также использовали отработавшие многогранные неперетачиваемые пластины из соответствующих марок спеченных твердых сплавов.
Конечный результат диспергирования твердых сплавов представлен на рис. 1 и 2.
При постановке экспериментов по ППН наплавке коленчатых валов ДВС КамАЗ-740 использовалась установка УД-209 на основе переделанного токарного станка для наплавки, выпрямитель сварочный ВДУ-506. В качестве плазмообразующего, транспортирующего и защитного газа использовался аргон по ГОСТ 10157-79. Плазменная головка охлаждалась магистральной водой по ГОСТ 2844-82.
Физико-механические свойства твердых сплавов марок ВК8
и Т15К6 (ГОСТ 3882-74)
Физико-механические свойства Марка твердого сплава
ВК8 Т15К6
Предел прочности при изгибе, 2 2 Н/мм (кге/мм ), не менее 1666(170) 1176(120)
Плотность, X 103 кг/м3 14,5-14,8 11,1-11,6
Твердость НЯА, не менее 88,0 90,0
Рис. 1. Порошок сплава ВК8
Проведенные ранее исследования, а именно анализ твердости и относительной износостойкости плазменных покрытий, а также геометрических параметров наплавочных валиков, показал, что покрытия, полученные с добавлением твердосплавных порошков из ВК8, являются более приемлемым вариантом для восстановления и упрочнения коленчатых валов ДВС по сравнению с порошками из Т15К6. Основными служебными свойствами коренных и шатунных шеек коленчатых валов, определяющими их ресурс, являются твердость и износостойкость, которые, как показали результаты экспериментов, коррелируют между собой. Из перечисленных свойств наиболее просто и достоверно определяется твердость. Поэтому оптимизацию состава наплавляемых порошковых композиций с целью улучшения качества плазменных покрытий коленчатых валов для 1111Н проводили по твердости покрытий, полученных с использованием порошков ВК8.
Рис. 2. Порошок сплава Т15К6 211
При промышленном опробовании твердосплавных порошков использовалась технология плазменной твердосплавной порошковой наплавки для шеек коленчатых валов ДВС КамАЗ-740, вышедших из последних ремонтных размеров, представленная на рис. 3.
Рис. 3. Технологический процесс восстановления коленчатых
валов плазменной твердосплавной порошковой наплавкой
Для достижения максимальной твердости плазменных покрытий была выполнена постановка полного факторного эксперимента. В результате было установлено, что оптимальной порошковой композицией для ППН шеек коленчатых валов является порошковая композиция производства Тульского завода «Полема», содержащая в своем составе промышленные порошки, изготовленные по ТУ 14-22-26-90 с добавлением 15,0 % (масс.) порошка, полученного из отходов твердого сплава ВК8 методом ЭЭД в воде, со средним размером частиц 30...35 мкм.
Выводы
1. Процесс изнашивания коренных и шатунных шеек коленчатого вала ДВС является нежелательным, но неизбежным. Основной дефект коленчатых валов ДВС КамАЗ-740 - износ коренных и шатунных шеек. В настоящее время коленчатые валы успешно ремонтируются в пределах своих ремонтных размеров путем шлифования.
2. Среди порошковых наплавочных материалов для плазменнопорошковой наплавки одними из наиболее перспективных являются порошки на основе \YC-Co и WC-TiC-Co, являющиеся основой твердых сплавов, переработка отходов и дальнейшее использование которых является актуальной проблемой.
2. Методом ЭЭД получены пригодные для промышленного исполь-
зования наплавочные порошки из отходов твердых сплавов марок ВК-8 и Т15К6. Одновременно решается проблема утилизации отходов.
3. Разработана технология плазменно-порошковой наплавки с добавлением твердосплавных порошков коленчатых валов ДВС КамАЗ-740. Технология опробована в условиях ремонтных баз автотранспортного предприятия и сельхозтехники и обеспечила повышение ресурса восстановленных деталей в среднем на 20 %.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, государственный контракт № 14.740.11.0983 от 05.05.2010 г.
Список литературы
1. Титунин Б.А., Старостин Н.Г., Мушниченко В.М. Ремонт автомобилей КамАЗ. Л.: Изд-во Агропромиздат, 1987. 288 с.
2. Агеев Е.В., Семенихин Б.А. Выбор метода получения порошковых материалов из отходов спеченных твердых сплавов // Известия Самарского научного центра РАН. Актуальные проблемы машиностроения. 2009. С. 12-15.
3. Разработка установки для получения порошков из токопроводящих материалов / Е.В. Агеев и [др.] // Известия Самарского научного центра РАН. Т. 11(31), №5(2). 2009. С. 234-237.
4. Агеев Е.В., Сальков М.Е. Особенности технологии получения порошковых наплавочных материалов методом электроэрозионного диспергирования отходов твердых сплавов для наплавки шеек коленчатых валов // Технология металлов. № 5. 2008. С. 34 - 37.
Е. V. Ageeva, Е. V. Ageev
IMPROVING THE QUALITY OF REPAIR AND RESTORATION OF DETAILS OF MODERN РАНСПОРТНЫХ SYSTEMS
The promising technological process of reconstruction of a cranked shaft of the engine Kamaz-740 with the use of powders, obtained by the method of electro-erosion dispersion of waste of hard alloys, is presented.
Key words: waste of hard alloys, edm-machines , electroerosive dispersion, powder, plasma-powder cladding, the crankshaft.
Получено 17.08.11
