CC BY
113
Применение ресурсосберегающей технологии
«ЫЕШАУ» при ремонте головок блоков
автомобильных двигателей внутреннего сгорания
В.Е. Рогов, к.тех.н., доцент, В.П. Чернышев, к.тех.н., профессор, Оренбургский ГАУ
В процессе работы автомобильных двигателей вероятность появления отказов деталей подвижных сопряжений головки блока в 2—3 раза выше, в сравнении с блоком цилиндров. Это связано с тем, что ресурс деталей газораспределения меньше ресурса базовой детали в четыре раза. Отсюда достаточно часто возникает необходимость в восстановлении работоспособности основных подвижных сопряжений головки блока — «стебель клапана — втулка», «клапан — седло клапана» без разборки двигателя, с минимальными затратами энергии и времени. Наиболее полно этим требованиям соответствует энергосберегающая технология ремонта ГБЦ «NEWAY», применяемая на некоторых автосервисных предприятиях Оренбурга и в лабораториях кафедры «Ремонт машин» ОГАУ.
Технология «NEWAY» предполагает использование трех комплектов инструмента для восстановления направляющей втулки клапана без ее выпрессовки, запорной фаски тарелки клапана и седла клапана в головке блока.
В комплект инструмента для восстановления направляющей втулки клапана без ее выпрес-совки входят:
— проходные стержни (рис. 1) различных диаметров (06,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10,0; 10,5; 11,0; 12,0 мм) с роликами (№№ 155, 165, 175, 185, 195);
— кондуктор (рис. 2) со сверлом и ограничителем для засверливания входного отверстия (по диаметрам проходного стержня);
— два шестигранных ключа, круглая щетка и смазка для роликов.
Направляющая втулка является базой, основой восстановления ресурса работы пары «клапан
— седло клапана».
Если головка блока цилиндров изготовлена из чугуна, то зачастую седла клапанов и направляющие втулки составляют единое целое с головкой (фирмы OPEL, FORD, ЯМЗ и др.). Но технологический процесс производства чугунных головок сложен, требует дорогостоящего оборудования, поэтому большинство головок блоков производят из алюминиевых сплавов (КамАЗ, ЗМЗ), направляющие втулки и седла изготавливают отдельно, а затем запрессовывают в свои посадочные места в головке блока [1]. Направляющие втулки изготавливают из износостойких материалов с достаточно хорошей теплопроводностью — специальный чугун, металлокерамика, бронза, латунь (AUDI, BMW и др.).
Основной дефект направляющей втулки — повышенный износ внутренней поверхности. Увеличенный зазор в паре «стебель клапана — втулка» вызывает повышенный расход масла и увеличение нагарообразования с одновременным повышением токсичности отработавших газов.
При восстановления посадки «стебель клапана
— втулка» с использованием клапанов ремонтных размеров (OPEL, FORD и др.) направляющая втулка развертывается под ремонтный диаметр стебля с учетом необходимого зазора. Другим вариантом восстановления направляющих втулок с износом до 0,5 мм является использование пластического деформирования — выдавливания. Ручным проворачиванием проходного стержня с ножом-роликом и перемещением его вдоль оси втулки выдавливают по спирали металл по внутренней поверхности с определенным шагом, уменьшая соответственно диаметр втулки. Осевое
№155; №165; №175; №185; №195 Ролики
перемещение проходного стержня обеспечивается тем, что ось ножа-ролика, установленного на периферии стержня, располагается под углом к его оси. Такая конструкция стержня не требует приложения осевых усилий в процессе выдавливания. Для обеспечения захода ножа-ролика на внутреннюю поверхность втулки сверлом 4,0—4,6 мм при помощи кондуктора с ограничителем (рис. 2) производится засверливание заходного отверстия на торцевой плоскости втулки (со стороны камеры сгорания) на глубину 2,0—2,5 мм. Подъем материала происходит при последовательной прокатке роликом с меньшим номером до ролика с большим номером. Критерием достаточности подъема является непрохождение клапана во втулке.
Финишная операция при восстановлении втулки, обеспечивающая необходимый зазор (0,03—0,05мм) и точность рабочей поверхности — развертывание цилиндрической размерной разверткой под размер стебля клапана. Оставшаяся после обработки спиральная канавка увеличивает маслоемкость поверхности, тем самым улучшая условия смазки пары трения «стебель клапана — втулка». При действующих зазорах получается газолабиринтное уплотнение по всей длине втулки, что уменьшает расход масла на угар и снижает токсичность отработавших газов.
В комплект инструмента для восстановления седла клапана (рис. 3) входят:
— цанговый пилот (рис. 4) с диаметрами цанг 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10,0; 10,5; 11,0; 12,0 мм и диаметрами стержня 6,4; 9,5 мм;
— фрезы (рис. 5) с твердосплавными ножами (длиной от 9,5 до 19,0 мм), установленными под углами 15°, 20° (для верхней вспомогательной фаски), 30°, 45°(для рабочей фаски) и 60°, 75° (для нижней вспомогательной фаски);
— ключ для вращения фрезы (рис. 6);
— спецключ 5/64'', шестигранный ключ 3/32'', щетка для удаления загрязнений с поверхностей фрезы, смазка «POLYTRON».
От сопряжения «клапан — седло клапана» требуется обеспечение герметичности в течение
всего срока службы двигателя, для чего на седле выполняется специальная фаска, называемая рабочей (рис. 3). Для нормального функционирования рабочей фаски необходимо иметь минимальную ширину. С другой стороны, по этой фаске отводится значительная часть тепла от самого клапана, а значит она должна быть как можно шире. Вспомогательные фаски на седле и обеспечивают требуемые диаметр и ширину рабочей фаски.
Рабочая поверхность седел клапанов после длительной эксплуатации изнашивается, и их форма становится отличной от конуса. При перегреве двигателя на седле могут возникнуть раковины, прогары.
Качественно можно восстановить седло только методом фрезерования, при котором базирование фрезы происходит по оси втулки. Соосность втулки и фрезы достигается тем, что в нее вставляется цанговый пилот (рис. 4) таким образом, чтобы верхний конец цанги был полностью утоплен во втулку. Подбирается фреза
Рис. 3 - Схема соединения «клапан-седло клапана»:
А - верхняя вспомогательная фаска;
И - рабочая фаска;
С - нижняя вспомогательная фаска;
Э - диаметр тарелки клапана;
<1 - диаметр стебля клапана
Шестигранный ключ 5/64..
Нож Втулка
Винт
Клиновая шайба ■ Установочный винт Шестигранный
ключ 3/
-Ф
\
Г т * -<ч.
гг
\ ЧІ /
$ /
Головка
огг
Ключ
С
V
і
Внутренний шестигранник N513 - 3/8..
N502 - 1/2..
N501 - переходник 1/ 3/8.
I этап
Нижнее ограничение
5Ї
Верхнее ограничение
IV этап
Фаска
клапана
III этап
Верхнее ограничение
Рабочая фаска
Нижнее
ограничение
Рукоять для вращения ножей вокруг клапана /
Ножи 451
Клапан
Рукоять
осевой
подачи
ножей
закрепленная во фрезе
Рис. 6 - Фрезы и ключ для их вращения
нужного размера с соответствующим углом для верхней вспомогательной фаски, которая устанавливается на стержень пилота, и ключем (рис.
6) делают несколько оборотов фрезой по часовой стрелке (с небольшим усилием). После чего оценивают качество полученной поверхности, т.е. она должна быть чистой, и обработанный поясок должен быть замкнутым.
Далее обрабатывается нижняя вспомогательная фаска (рис. 7) до замыкания обработанного пояска. Фрезой с углом, соответствующим углу рабочей фаски седла, режут до тех пор, пока вся поверхность рабочей фаски не будет обработана.
Оптимальные геометрические параметры рабочей фаски (диаметр и ширина) достигаются последовательным использованием фрезы для обработки всех трех фасок.
Для восстановления рабочей фаски клапана (под углом 30° и 45°) используется комплект инструмента, включающий приспособление <^ИМАТ1С» с микролифтом (рис. 8), шестигранный ключ
Ножи 30°
Призматический зажим Рис. 8
Тиски
Схема работы приспособления «017МАТ1С» при восстановлении фаски клапана
3/32'', смазку «POLYTRON» и щетку.
Основные части клапана — «стебель», перемещающийся в направляющей втулке, и «тарелка» с рабочей фаской и цилиндрическим пояском шириной до 2 мм. Поясок необходим для увеличения жесткости тарелки и защиты ее кромок от обгорания и коробления, а также для сохранения основных геометрических размеров тарелки в случае перешлифовки рабочей фаски.
Для форсированных двигателей клапаны делают составными: стебель — из износостойкого металла, тарелка — из жаропрочного. Соединение производится сваркой трением. С целью повышения износостойкости стебель (для некоторых двигателей) хромируется, а его торец упрочняется на глубину до 1 мм.
При дефектации клапана контролируются состояние рабочих поверхностей, износ и изгиб стеблей, износ фаски тарелки. При износе торца стебля на величину 0,2—0,3 мм его можно вывести на шлифовальном станке типа СШК. Цилиндрическая поверхность стебля может быть прошлифована или восстановлена хромированием. Незначительные износы фаски тарелки клапана в виде точечной эрозии можно устранить притиркой, а при наличии значительной выработки, раковин, небольших участков прогара требуется механическая обработка.
Механическая обработка рабочей фаски клапана с использованием приспособления «^КМАТЮ» производится в следующей последовательности.
После восстановления цилиндрической поверхности клапана он устанавливается с помощью призматических зажимов в слесарные тисы таким образом, чтобы фаска клапана плотно касалась ножей гизматика и произошло самоцентрирование подвижной части с ножами относительно клапана. Ножи уже настроены так, чтобы формируемый угол рабочей фаски клапана составлял 45° 30'' или 30° 30''. Проворачиванием фрезы с ножами относительно неподвижно закрепленного клапана на 2—3 оборота с одновременной точной вертикальной подачей микролифтом режущей головки к клапану обеспечивается сре-
зание части металла с фаски до получения чистой ровной поверхности. При этом на поверхности фаски образуется особый микрорельеф, благодаря которому приработка клапана происходит быстро и эффективно. Этому также способствует угол интерференции £, при котором углы клапана и седла разные, а отличие углов составляет до одного градуса, т.е. £ ~ 1°. Интерференция (рис.
7) приводит к тому, что после обработки клапан первоначально соприкасается с седлом по очень узкому пояску (практически по линии) [2]. По мере работы двигателя (первые секунды), клапан «прибивается» к седлу с увеличением площади рабочей поверхности и 100%-ным прилеганием, что исключает необходимость выполнения при-
тирки клапана к седлу с использованием станков ОПР-1841А, приспособлений ОПР-1334А, 2213, специальных паст и т.д. [3].
Применение технологии «NEWAY» позволяет полностью восстанавливать межремонтный ресурс головки блока с одновременным снижением себестоимости ремонта на 40—50%.
Литература
1. Карагодин, В.И. Ремонт автомобилей и двигателей / В.И. Ка-рагодин, Н.Н. Митрохин. 2-е изд., стер. М.: Академия, 2002. 496 с.
2. Кривенко, П.М. Ремонт дизелей сельхозназначения. М.: Агро-промиздат, 1990. 271 с.
3. Черноиванов, В.И. Техническое обслуживание и ремонт
машин в сельском хозяйстве: учебное пособие / В.И. Черноиванов, В.В. Бледных, А.Э. Северный и др. / Под ред. В.И. Черноиванова. Москва-Челябинск: ГОСНиТи, ЧГАУ, 2003. 992 с.
