Способ ремонта упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к ремонтному производству и может быть использовано при ремонте коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, например, автомобилей КАМАЗ. Коленчатые валы подвергают отпуску для обеспечения перехода материала упрочненного индукционной закалкой слоя в состояние основной структуры и снятия остаточных внутренних напряжений. Затем шейки валов шлифуют на ремонтные размеры, после чего валы упрочняют азотированием или карбонитрированием. После упрочнения шейки валов подвергают финишной обработке. В результате обеспечивается возможность продлить срок службы коленчатых валов при обеспечении высокой надежности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при ремонте упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В частности, предлагаемый способ ремонта может быть использован при ремонте коленчатых валов двигателей КАМАЗ.

Известна конструкция коленчатого вала, у которого на шейке по всей ее длине выполнен паз, в который уложена вставка, имеющая форму полуцилиндра. При этом шейка коленчатого вала и вставка по всей их длине охвачены разрезной втулкой, концы которой соединены со вставкой и между собой посредством сварных швов. При ремонте коленчатых валов замене подлежат только разрезные втулки и вставки.

Недостатком такого решения является высокая трудоемкость, вызванная необходимостью изготовления разрезных втулок, выполнением паза на шейке вала, а также высокая концентрация напряжений и местах изменения сечений и в сварных швах, приводящая к снижению прочности коленчатого вала (SU 1812353 A1, 30.04.1993, F 16 С 3/06).

Известен также способ ремонта шеек коленчатого вала, заключающийся в том, что производят исправление геометрии изношенной шейки путем ее механической обработки до выведения следов износа. Затем на подготовленную поверхность шейки устанавливают кольцевую ленточную накладку, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой пастообразного припоя. Накладка фиксируется с помощью контактно-точечной импульсной пайки. Затем на поверхность накладки, которую предварительно обрабатывают для снятия неровностей, устанавливают дополнительную кольцевую ленточную накладку с пастообразным припоем на внутренней поверхности. После установки этой накладки ее фиксируют контактно- точечной импульсной пайкой. При необходимости может быть использовано несколько дополнительных кольцевых ленточных накладок, причем суммарную толщину основной и дополнительной накладок выбирают из условия доведения диаметра изношенной шейки до номинального размера (RU 2074802 С1, 10.03.1997, B 23 P 6/00).

Недостатками такого способа ремонта являются высокая трудоемкость, вызванная необходимостью изготовления нескольких ленточных накладок со слоем припоя, их неоднократной пайкой и механической обработкой, а также высокая концентрация напряжений в местах изменения сечений и в местах пайки, приводящая к снижению прочности коленчатого вала. Кроме того, пайка не является надежным способом фиксации и для высокофорсированных дизельных двигателей не обеспечивает необходимой надежности и долговечности.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ ремонта упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, включающий шлифовку шеек на установленные ремонтные размеры с последующей финишной обработкой, например суперфинишированием или полировкой и др. (см. Ремонт двигателей ЯМЗ, Москва, Транспорт, 1974, с. 21,30).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа ремонта коленчатых валов ДВС, принятого за прототип, относится то, что при ремонте известным способом максимальный перепад по диаметру шеек номинального и ремонтного размера не превышает 2 мм из-за резкого уменьшения износостойкости и прочности коленчатых валов, что не позволяет значительную часть коленчатых валов восстановить перешлифовкой, и они отправляются в металлолом.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи продления срока службы коленчатых валов при обеспечении высокой надежности.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе ремонта упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, включающем шлифовку шеек на ремонтные размеры с последующей финишной обработкой, перед шлифовкой шеек коленчатые валы подвергают отпуску для обеспечения перехода материала оставшегося упрочненного индукционной закалкой слоя в состояние основной структуры и снятия остаточных внутренних напряжений, а после шлифовки шеек валы упрочняют азотированием или карбонитрированием.

Отпуск коленчатых валов перед шлифовкой шеек обеспечивает исключение появления на коленчатых валах трещин и установленные допуски на размеры.

Максимальный перепад номинального и ремонтного размера по диаметру шеек увеличивается, как минимум, в два раза за счет упрочнения коленчатого вала после перешлифовки шеек на установленный размер азотированием или карбонитрированием. Прочность коленчатых валов повышается, как минимум, на 50%.

Способ ремонта упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов осуществляют следующим образом: коленчатый вал, подлежащий восстановлению, сначала подвергают отпуску, обеспечивающему переход оставшегося упрочненного индукционной закалкой слоя в состояние основной структуры и снятие остаточных внутренних напряжений, затем шейки вала шлифуют на установленные ремонтные размеры, после чего вал упрочняют азотированием или карбонитрированием и подвергают финишной обработке (суперфинишированием, полировкой и др.).

Пример конкретного выполнения способа.

Были проведены работы по восстановлению коленчатого вала автомобиля КАМАЗ, имеющего повышенный износ шеек, повышенную деформацию, натиры и задиры по шейкам. Коленчатый вал изготовлен из стали 42 ХМФА следующего химического состава, %: углерод 0,40 - 0,45; ванадий 0,08 - 0,12; марганец 0,50 - 0,80; кремний 0,17 - 0,37; хром 1,0 - 1,3; молибден 0,35 - 0,45; глубина упрочненного индукционной закалкой слоя составляет 2-4 мм.

Сначала коленчатый вал подвергают отпуску, обеспечивающему переход оставшегося упрочненного индукционной закалкой слоя в состояние основной структуры и снятие внутренних напряжений, затем шлифуют на установленные ремонтные размеры. После шлифовки коленчатый вал упрочняют азотированием или карбонитрированием на глубину 0,25 - 0,7 мм с твердостью HV ≥ 600 и затем подвергают финишной обработке суперфинишированием и полированием.

На автомобили КАМАЗ такие коленчатые валы устанавливают в комплекте с ремонтными вкладышами. Коленчатые валы с максимальным перепадом между номинальным и ремонтным размером имеют износостойкость и прочность на уровне, обеспечивающем надежную работу двигателей.

Заявляемый способ можно реализовать в условиях современного производства с использованием стандартного оборудования.

Формула изобретения

Способ ремонта упрочненных индукционной закалкой коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, включающий шлифовку шеек на ремонтные размеры с последующей финишной обработкой, отличающийся тем, что перед шлифовкой шеек коленчатые валы подвергают отпуску для обеспечения перехода материала оставшегося упрочненного индукционной закалкой слоя в состояние основной структуры и снятия остаточных внутренних напряжений, а после шлифовки шеек валы упрочняют азотированием или карбонитрированием.