Способ восстановления коленчатых валов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 1737147 Союз СоветскииСоциалистическниРеспубликОпубликовано 30.05.80. Бюллетень 20 ао делам изобретений и атирытийДата опубликования описания 05.06.80(72) Автор изобретения А. А. Беркман Казахский научно-исследовательский и проектный институт автомобильного транспорта(54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ Изобретение относится к ремонту, а именно к восстановлению деталей машин и можетбыть использовано при восстановлении изношенных коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.Известен способ восстановления коленчатых валов, у которых в процессе их эксплуатации использованы все ремонтные размеры диаметров шеек.Этот способ включает мойку, контроль,правку до биения 0,2 мм, шлифовку на 1 ммниже последнего ремонтного размера вначале шатунных, а затем коренных шеек, наплавку коренных и шатунных шеек, их последующую механическую обработку на номинальный размер 1,Однако при восстановлении коленчатыхвалов по данному способу требуется значительный расход сварочной проволоки.Это объясняется тем, что у большинстваколенчатых валов требующих восстановление, наряду с износом шеек имеют место повышенные по сравнению с допуском значения биения и смещений кривошипов относительно шпоночного паза,При известном способе восстановленияколенчатые валы перед шлифовкой шеек 2под наплавку должны иметь биение не более 0,2 мм, что достигается правкой валов под прессом. В то же время допуск на биение для автомобильных коленчатых валов равен 0,02 мм. Остаточное биение коленчатых валов в пределах 0,02 - 0,2 мм устраняют, в данном случае, при шлифовке под наплавку коренных шеек на 1 мм ниже последнего ремонтного размера. В то же время в результате шлифовки коренных шеек у коленчатых валов, имеющих остаточное биение 1, изменяется положение продольной оси,Изменение положения продольной осиколенчатого вала приводит к нарушению размеров радиусов кривошипов на величину, равную половине остаточного биения вала (0,51), Кроме того, поскольку шатунные шейки шлифуют под наплавку без учета смещений кривошипов и перед шлифовкой коренных, то коленчатые валы перед наплавкой шеек, наряду с нарушенными радиусами кривошипов, имеют заниженный размер диаметров шеек и смещение кривошипов относительно шпоночного паза.Восстановление радиусов кривошипов и углового смещения их относительно шпоноч" жнеек при их последующей механической обработке на номинальный размер. Для этого шатунные шейки наплавляют до высоты слоя, достаточной не только для получения" йомияальйогоразмера диаметров шеек, нои для того, чтобы устранить смещение кривошипов относительно шпоночного паза, а " также восстановить размеры радиусов кривошипов. Для выполнения этих требованийувеличйваютвысоту слоя наплавленного металла у шатунных шеек, что и приводит кпбвышению расхода сварочной проволоки.Другим недостатком данного способа восстановления является большой разброс значений твердости по окружности рабочих поверхностей шатунных шеек. При наплавке электродный металл сварочной проволоки и основной металл коленчатого вала; кото." рые находятся в расплавленном состоянии,перемешиваются. В результате остывший наплавленный металл состоит из основного- и наплавленного металлов. Доля участиякаждой составляющей, а также структура" "йаплавленного металла изменяются по высоте слоя наплавленного металла. Эти фак торы определяют механические свойства ихимический состав наплавленного слоя. С другой стороны, в результате устранения смещений кривошипов и восстановления радиу сов кривошипов после наплавки шеек, приих последующей механической обработке, счем слоя наплавленного металла по окружности шеек неравномерный. Следовательно, большой разброс значений твердостипо окружности рабочих поверхностей шатунных- шеек возникает в результате неравномерно"го съемаслоя наплавленного металла, который, в свою очередь, обусловлен необходимостью устранения смещений кривошипов от носительно шпоночного паза и восстановлення радиусов кривошипов, нарушенных при шлифовке коренных шеек под наплавку. Кроме того, наиболее дефектный слой, которыйпри наплавке располагается в зоне оплавле"."Кйя основного и наплавленного металлов,при последующей механической обработкешеек в результате неравномерного съемаслоя наплавленного металла выходит на рабочую поверхность, Это служит причиной от"слаивания и выкрашивания наплавленного металла. Все перечисленные недостатки снижают качество восстановления коленчатых валов.Цель изобретения- -сокращенйе расхода сварочной проволоки, и повышение ка - чества восстановления коленчатых валов путем обеспечения минимального разброса значений твердости по поверхности шеек.Поставленная цель достигается тем, чтовиачале производят предварительную шлифовку коренных шеек с восстановлением ба.зовой оси, а затем производят шлифовку ша "тунных шеек с устранением, смещения криво" шийов относительно шпоночного лаза и с45 При такой последовательности шлифовки шеек под наплавку, коленчатые валы перед наплавкой шеек не имеют биения исмещения кривошипов относительно шпоночного паза. Высота слоя наплавленного металла у шатунных шеек при предлагаемом способе восстановления значительно меньше, чем при известнбм, так как в данном случае, одновременно с занижением размера диамет-, ров шатунных шеек на 1 мм ниже послед- него ремонтного размера, при их шлифовке под наплавку одновременно устраняют смещение кривошипов и восстанавливают радиусы кривошипов.Поскольку у коленчатых валов перед наплавкой шеек нет смещений кривошипов относительно шпоночного паза и радиусыкривошипов имеют требуемый размер, то после последующей механической обработки наплавленных шеек, высота слоя наплавленного металла у шатунных шеек остается равномерно распределенной по окружности. Поэтому и твердость рабочих поверхностей вразличных точках по окружности шеек распределена более равномерно по сравнению с известным способом восстановления, Возможность выхода зоны оплавления ос- новного металла с наплавленным на рабочую поверхность шеек в результате последующей механической обработки при предлагаемом способе отсутствует. восстановлением их радиусов относительно базовой оси,На чертеже показана схема шлифовкивала перед наплавкой по предлагаемому способу (вторая и четвертая шатунные шейки не показаны), где Й - диаметр шатунной шейки перед ремонтом; д- диаметр шатунной шейки перед наплавкой; да - диаметр коренной шейки перед наплавкой;5 -угловое смещение кривошипов; Ь 8 -линейное смещение кривошипов; 1 - биение 10 коренной шейки; К - радиус кривошипа.Схема содержит первую шатунную шейку 1, третью шатунную шейку 2, первую и пятую коренные шейки 3, третью коренную шейку 4, шпоночный паз 5.При применении предлагаемого способав результате шлифовки коренных шеек под наплавку устраняют остаточное биение коленчатого вала, Но при этом, в результате изменения положения и формы продольнойоси коленчатого вала нарушаются размеры 2 в радиусов кривошипов, причем радиусь 1 кривошипов изменяются на величину равную половине остаточного биения коленчатого вала (0,5 1). Поэтому при шлифовке шатунных шеек под наплавку наряду с устранением смещений кривошипов относительно шпоночно го паза восстанавливают радиусы кривошипов, Для этого шатунные шейки шлифуют с диаметра йна диаметр д. При этом центр шатунных шеек после их шлифовки перемещается на величинуэо а = ЬЮ+ 051Экспериментальную проверку предлагаемого способа проводят на коленчатых валах двигателей ГАЗпоступающих в капитальный ремонт. Для этого полости коренных и шатунных,шеек коленчатого вала очищают от продуктов износа и нагрева, после чего вал промывают в горячем растворе каустической соды. После очистки и промывки вала проводят измерение его геометрических размеров и устанавливают их соответствие требованиям чертежа и технических условий на ремонт.Биение коленчатого вала определяли на проверочной плите с призмами при помощи индикатора И. Для этого крайние коренные шейки коленчатого вала укладывают в призмы, а к средней подводят ножку индикатора, закрепленного на стойке. После соприкосновения конца ножки с шейкой на уровне продольной оси коленчатого вала, стрелку индикатора устанавливают по шкале в положение ноль. Затем, при медленном вращении вала в призмах, па максимальному оуйлонению стрелки индикатора находят величину биения.Для определения линейного и углового смещения кривошипов относительно шпоночного паза коленчатый вал, установленный в призмы на две крайние коренные шейки, располагают так, .тобы шпоночный паз находился в плоскости, параллельной поверхности проверочной плиты, Контроль за положением вала осуществляют с помощью пластины размером 6 Х 25 Х 100 мм, вставленной в шпоночный паз, и штангенрейсмасса 30 - 300 мм. После проверки положения коленчатого вала находят расстояние от поверхности проверочной плиты до середины контрольной пластины, а также до середины первой и четвертой шатунных шеек, Линейное смещение кривошипов определяют по выражениюгдето - расстояние от плиты до серединыконтрольной пластины;4 и, - расстояние от плиты до серединыконтролируемой шейки.Линейное смешение кривошипов переводят в угловое по формуле% =10,25 МПри измерении смешений кривошипов второй и третьей шатунных шеек, коленчатый вал поворачивают в призмах на 90. Погрешность измерений во всех случаях не превышает 20 - 40% от поля допускана контролируемый параметр.Результаты микрометража представлены в таблице, из которой видно, что коленчатый вал нельзя ремонтировать перешлифовкой шеек на последующие ремонтные размеры, несмотря на то, что шейки вала соответствуют только четвертому ремонтному размеру. Для устранения смещений кривошипов и остаточного прогиба припуск на шлифовку шатунных шеек у данного коленчато го вала должен быть 0,46 мм + 0,09 мм == 0,55 мм. Но при шлифовке шатунных шеек на такую глубину, их диаметры станутменьше последнего ремонтного размера, таккак сумма оставшихся ремонтных интервалов (пятого и шестого ремонтных размеров)составляет всего 0,25 мм + 0,25 мм= 0,50 мм. Следовательно, коленчатый валнеобходимо восстанавливать,После проведения микрометража проводят шлифовку вначале коренных, а затем1 о шатунных шеек на круглошлифовальномстанке,Геометрические размеры коленчатого вала, а также данные для номинального и последнего ремонтного, размеров сведены в таблицу.По окончанию шлифовки, шейки коленчатого вала наплавляют. Требуемую высоту слоя наплавленного металла для коренных и шатунных шеек определяют как разность значений номинального диаметра и20 диаметра последнего ремонтного размера.Для коренных шеек эта высота составляет70-6 Я об 1 25 ммР. 3а для шатунных шеекьо:Ь 6 = ф 6 = 1 25 мм,ЯЕсли же восстанавливать коленчатые валы по известному способу, то высота слоянаплавленного металла у шатунных шеек,зависящая от их смещений, для каждой шейки будет различной: ЗО С учетом неровностей поверхности слоя наплавленного металла и погрешности установки коленчатого вала, при последующей механической обработке шеек, шатун- ные шейки наплавляют до высоты слоя 1,5 - 1,7 мм. А при известном способе восстановления высота слоя наплавленного металла у шатунных шеек, с учетом всех факторов, должна быть не менее 1,8 - 2,0 мм, Следовательно, расход сварочной проволоки при наплавке шатунных шеек по предлагаемому способу в 1,2 - 1,5 раза меньше чем по известному.После наплавки шеек проводят их последующую механическую обработку на номинальный размер, после чего измеряют твердость рабочих поверхностей шеек. Замеры твердости проводят на шатунных шейках в 12 точках, равномерно расположенных по окружности и лежащих в,одной плоскости. Величину твердости в каждой точке определяют по методу Роквелла с помощью прибора ТК. Разница в максимальном и миао 45 505 вой .ЖФ)+0 ф-оа = йХ=155 мм вто ой ЗЮ М+ О,об М 7= 1 481 мм для третьей -- о ф = а = - р3 для четвертой - = -- = = 1,54 ин737147 Исходноесостояние вела 68,96 68,98 68,92 68,95 68,98 58,97 58,98 58,97 58,98 0,18 0,09 0,51 0,38 0,85 0,89 Номинельный 70 70 70 60 60 60 0,02 - Не более 0,15 70 70 60 ПоследнийРемонтный 68,5 68,5 68,5 68,5 68,5 5 8,5 58,5 68,5 68,5 0,02 - Не более 0,15 После шлифовки шеекпод непдевку по кредпегеемомуспособу 67,5 67,5 67,5 67,5 67,557,5 Нет Нет Нет Нет Нет 57,5 57,5 57,5 Нет Формула изобретения 7нимальном значениях твердости рабочей поверхности шеек в точках, лежащих в различных местах окружности, составляет у всех шатунных шеек 4 - 6 ед. НРС. С целью проведения сравнительного анализа,отбирают еце один вал с близкими к первому геометрическими размерами, который затем восстанавливают по известному способу. Измерения твердости рабочей поверхности шатунных шеек этого вала показывают, что разница между максимальным и минимальным значениями твердости при известном способе восстановления составляет 10 -к/Способ восстановления коленчатых валов, содержащих шпоночный паз,на конце вала, коренные шейки и кривошипы с шатунными шейками, при котором осуществляют предварительную шлифовку шеек, затем производят их наплавку и окончательную шлифовку, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода сварочной проволоки и повышения качества восстановления валов путем обеспечения минимального разброса значений твердости по поверхнос 15 ед. НРС. Методика определения твердости в обоих случаях одинакова. Использование предлагаемого способавосстановления коленчатых валов позволяет сократить расход сварочной проволоки, получить более равномерное распределение твердости по окружности шеек, обеспечить отеутствие выхода на рабочую поверхность шеек восстановленных коленчатых валов зоны сплавления основного металла с на плавленным, что значительно повышает качество восстановления коленчатых валов. Зд ти шеек, вначале производят предварительную шлифовку коренных шеек с восстановлением базовой оси, а затем производят шлифовку шатуниых шеек с устранением смещения кривошипов относительно шпоночного паза и восстановлением их радиусов относительно базовой оси. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Доценко Г, Н. Восстановление чугунных коленчатых валов автоматической наплавкой. М., Транснорт, 1970, с. 19 - 20.737147 Составитель В. Гордохред К.Шуфрич Корректор Н. Стец раж 1160 Подписное Т ошенк ЦНИИПИ Государспо делам изо 113035, Москва, Ж - илиал ППП Патент,твенно го коми ретеиий и от 35, Раушская г. Ужгород, у Редактор Е. ДЗаказ 2529/2 тета СССРкрытийнаб., д. 4/5л. Проектная,