Способ восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей чугунных гильз цилиндров

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при восстановлении изношенных чугунных гильз цилиндров. Восстанавливают наружные посадочные пояски гильзы путем напыления на них газопламенным методом покрытия, включающего два слоя. Затем осуществляют предварительный объемный нагрев гильз до температуры 500 - 600^oC, который проводят за один проход индуктора вдоль оси гильзы от ее верхнего торца по направлению к нижнему. Далее гильзу нагревают до температуры 760 - 790^oC за один проход индуктора вдоль оси гильзы в обратном направлении с последующим непрерывным охлаждением водяным душем. Водяной душ создают спрейером. Охлаждение ведут до температуры 40 - 50^oC при сохранении расстояния между индуктором и спрейером, равного 10 - 20 мм. При расположении индуктора на расстоянии 15 - 20 мм от верхнего торца гильзы нагрев прекращают и поворачивают гильзу на угол 180^o. Далее нагрев возобновляют и при дальнейшем проходе индуктора снизу вверх до торца гильзы повторно нагревают часть гильзы, расположенную после поворота в верхнем положении и имеющую длину 15 - 20 мм. Затем производят объемный нагрев гильзы до температуры 350 - 400^oC, который ведут от верхнего торца гильзы к нижнему перемещением гильзы относительно индуктора с последующим охлаждением на воздухе. В результате обеспечивается повышение качества изделия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с основой и получения покрытия с высокими физико-механическими свойствами.

Изобретение относится к области машиностроения и ремонту машин, в частности, к восстановлению изношенных внутренних и наружных цилиндрических поверхностей.

Известен способ восстановления гильз цилиндров путем получения покрытий из порошков на внутренней поверхности изделий. На внутреннюю поверхность вращающейся гильзы равномерно насыпается металлический порошок, а внутрь гильзы вводят источник нагрева. При нагреве поверхности гильзы осуществляется напекание порошка [1].

Полученные покрытия имеют высокую твердость, плохо поддаются механической обработке, а в эксплуатационных условиях, сопряженные с поршневыми кольцами, вызывают их интенсивный износ.

Также известен способ восстановления гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, при котором осуществляют термопластическое деформирование, растачивание и хонингование под номинальный или ремонтный размер, а затем нанесение покрытия на внутреннюю поверхность одновременно с обкатыванием [2] .

Однако данный способ не позволяет получить восстановленные гильзы с высоким послеремонтным ресурсом без дополнительной упрочняющей обработки зеркала гильзы поверхностно-пластической деформацией.

Известен способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности преимущественно стальных и чугунных деталей типа гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, включающий создание непрерывно-последовательного вдоль оси детали градиента температуры посредством нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) окружной, локальной зоны стенки гильзы и охлаждение ее струями воды в процессе перемещения детали относительно источников нагрева и охлаждения [3].

Однако данный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами пластичности и вязкости, что приводит к пониженной прочности.

Известен способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей чугунных деталей, включающий непрерывно-последовательный индукционный нагрев и охлаждение водой, причем нагрев ведут до 710...790^oC, а охлаждение со скоростью 150...200 град/с [4].

Однако данный способ не решает вопрос восстановления уменьшенных размеров наружных посадочных поясков гильзы цилиндра после термоупруго-пластического деформирования.

Наиболее близок к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей чугунных гильз цилиндров, включающий предварительный объемный нагрев гильзы до температуры 500...600^oC за один проход индуктора вдоль оси гильзы цилиндра от верхнего торца в сторону нижнего торца, последующий нагрев гильзы до температуры 760...790^oC за один проход индуктора вдоль оси в обратном направлении при последующем непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40...50^oC, выдерживая расстояние между индуктором и спрейером 10...20 мм, причем нагрев прекращают за 15...20 мм до приближения индуктора к верхнему торцу гильзы, осуществляют поворот гильзы на 180^o и дополнительно проводят нагрев верхней части гильзы на расстоянии 15...20 мм от торца до температуры 760...790^oC за один проход индуктора вдоль оси снизу вверх при последующем непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40. . . 50^oC, выдерживая расстояние между индуктором и спрейером 10...20 мм, затем осуществляют объемный нагрев гильзы до температуры 350...400^oC путем перемещения гильзы относительно индуктора от верхнего торца в сторону нижнего торца с последующим охлаждением на воздухе, а затем восстанавливают уменьшенные размеры наружных посадочных поясков покрытием путем газотермического напыления [5].

Однако данный способ не позволяет получить покрытие на наружных посадочных поясках с высокой прочностью сцепления покрытия с основой и высокими физико-механическими свойствами самого покрытия, что приводит к снижению долговечности в соединении блок цилиндров - гильза цилиндра.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении качества изделия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с основой и высоких физико-механических свойств самого покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей чугунных гильз цилиндров, включающий предварительный объемный нагрев гильзы до температуры 500... 600^oC, осуществляемый за один проход индуктора вдоль оси гильзы от ее верхнего торца по направлению к нижнему, последующий нагрев до температуры 760. . . 790^oC, который проводят за один проход индуктора вдоль оси гильзы в обратном направлении с последующим непрерывным охлаждением водяным душем, создаваемым спрейером, до температуры 40...50^oC при сохранении расстояния между индуктором и спрейером, равного 10...20 мм, при этом при расположении индуктора на расстоянии 15...20 мм от верхнего торца гильзы нагрев прекращают и осуществляют поворот гильзы на 180^o, после чего нагрев возобновляют и при дальнейшем проходе индуктором при его перемещении снизу вверх до торца гильзы, производят повторный нагрев части гильзы, расположенной после поворота в верхнем положении и имеющей длину 15...20 мм, объемный нагрев гильзы до температуры 350. ..400^oC, осуществляемый от ее верхнего торца к нижнему перемещением гильзы относительно индуктора с последующим охлаждением на воздухе, а восстановление наружных посадочных поясков гильзы газотермическим напылением покрытия, согласно изобретению восстановление наружной поверхности посадочных поясков гильзы осуществляют перед ее предварительным нагревом до температуры 500...600^oC, а покрытие напыляют газопламенным методом в два слоя.

При восстановлении гильзы цилиндра сначала осуществляют восстановление наружной поверхности посадочных мест гильзы путем газопламенного напыления наружной поверхности двухслойным покрытием, первый слой которого состоит из порошка молибдена толщиной 0,1...0,15 мм, а второй слой - из смеси порошка железа 95% с порошком свинца 5% толщиной 1...1,5 мм, а затем одновременно восстанавливают внутреннюю и упрочняют наружную поверхности.

В результате такого способа восстановления тонкий слой (0,1...0,15 мм) молибдена на наружных цилиндрических поверхностях посадочных поясков обеспечивает хорошую адгезию газотермического покрытия, а сравнительно толстый слой (1...1,5 мм) железа на наружных цилиндрических поверхностях посадочных поясков обеспечивает компенсацию усадки гильзы в процессе термоупруго-пластического деформирования.

Способ осуществляют следующим образом. Изношенную гильзу цилиндра, изготовленную из чугуна, устанавливают на стол устройства вращения и перемещения. Технологический процесс восстановления наружных цилиндрических поверхностей посадочных поясков гильзы газопламенным напылением включает в себя следующие операции: подготовительные (подготовка поверхности детали, порошковых материалов и оборудования), газопламенное напыление тонкого слоя (0,1. . . 0,15 мм) молибдена, затем газопламенное напыление второго слоя, состоящего из смеси порошка железа 95% с порошком свинца 5% толщиной 1...1,5 мм. Газопламенное напыление осуществляют горелкой 021-4 "Ремдеталь". После восстановления наружных поверхностей производят одновременное восстановление внутренней и упрочнение наружных поверхностей посадочных поясков, осуществляя предварительный объемный нагрев гильзы до температуры 500...600^oC за один проход индуктора вдоль оси (наружной цилиндрической поверхности) гильзы цилиндра со скоростью 3,5 мм/с от верхнего буртика в сторону нижнего торца, затем гильзу нагревают до температуры 760...790^oC за один проход индуктора вдоль оси в обратном направлении со скоростью 2...2,5 мм/с при непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40...50^oC, выдерживая расстояние между индуктором и спрейером 10...20 мм, причем нагрев прекращают за 15...20 мм до приближения индуктора к верхней торцевой части гильзы, осуществляют поворот гильзы на 180^o и дополнительно проводят нагрев верхней части гильзы на расстоянии 15...20 мм от торца до температуры 760...790^oC за один проход индуктора вдоль оси снизу вверх со скоростью 2...2,5 мм/с при непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40...50^oC, выдерживая расстояние между индуктором и спрейером 10...20 мм, затем осуществляют объемный нагрев гильзы до температуры 350. . .400^oC путем перемещения гильзы относительно индуктора со скоростью 6...6,5 мм/с от верхнего буртика в сторону нижнего торца с последующим охлаждением на воздухе. В процессе термоупруго-пластического деформирования (осадки) гильзы происходит нагрев напыленных покрытий до температуры 760. ..790^oC, что способствует спеканию напыленного порошка железа за счет расплавленного свинца и расстекания его между частицами железа, а частично - выдавливанию на наружную поверхность посадочных поясков из-за усадки наружной цилиндрической поверхности. Такое спекание железного порошка повышает качество изделия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с основой с 20...25 до 30...35 МПа.

Пример конкретного выполнения способа.

Чугунные гильзы цилиндров автотракторных дизелей ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 и ЯМЗ-240 с внутренним диаметром 130 мм, толщиной стенки 9 мм, высотой 287 мм устанавливают на стол устройства вращения и перемещения. Сначала осуществляют восстановление наружных цилиндрических поверхностей посадочных поясков гильзы. Технологический процесс восстановления наружных цилиндрических поверхностей посадочных поясков гильзы газопламенным напылением включает в себя следующие операции: подготовительные (подготовка поверхности детали, порошковых материалов и оборудования), газопламенное напыление тонкого слоя (0,1. . . 0,15 мм) молибдена, затем газопламенное напыление второго слоя, состоящего из смеси порошка железа 95% с порошком свинца 5% толщиной 1...1,5 мм. Газопламенное напыление осуществляют горелкой 021-4 "Ремдеталь". После восстановления наружных поверхностей осуществляют одновременное восстановление внутренней и упрочнение наружных поверхностей посадочных поясков. Затем со скоростью 3...5 мм/с относительно индуктора гильза перемещается от верхнего буртика в сторону нижнего торца, что обеспечивает предварительный объемный нагрев до температуры 500...600^oC, затем создают градиент температуры по длине гильзы путем перемещения ее со скоростью 2...2,5 мм/с одновременно относительно индуктора и спрейера от нижнего торца к верхнему буртику, осуществляя нагрев локального окружного пояска гильзы до температуры 760. . . 790^oC при непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40... 50^oC. Расстояние между индуктором и спрейером выдерживают в интервале 10... 20 мм. Нагрев прекращают за 15...20 мм до приближения индуктора к верхней торцевой части гильзы. Осуществляют поворот гильзы на 180^o и дополнительно проводят нагрев верхней части гильзы на расстоянии 15...20 мм от торца до температуры 760. . .790^oC за один проход индуктора вдоль оси снизу вверх со скоростью 2. . .2,5 мм/с при непрерывном охлаждении водяным душем до температуры 40...50^oC, выдерживая расстояние между индуктором и спрейером 10...20 мм. При этом величина остаточной деформации внутренней цилиндрической поверхности гильзы после термоупруго-пластического деформирования составляет 0,8. . . 0,9 мм на диаметр 130 мм. После термоупруго-пластического деформирования осуществляют объемный нагрев гильзы до температуры 350...400^oC путем перемещения гильзы относительно индуктора со скоростью 6...6,5 мм/с от верхнего буртика в сторону нижнего торца с последующим охлаждением на воздухе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. А.с. 1289608, B 22 F 7/04, опубл. в Б.И. N 6, 1987.

2. А.с. 1637998, B 22 F 6/00, опубл. в Б.И. N 33, 1989.

3. А.с. 969495, B 23 P 6/00, опубл. в Б.И. N 40, 1982.

4. А.с. 1468932, C 21 D 1/78, опубл. в Б.И. N 12, 1989.

5. Хромов В.Н., Сенченков И.К. Упрочнение и восстановление деталей машин термоупруго-пластическим деформированием. - Орел: Издательство ОГСХА, 1999. - 221 с., с. 192-195. - Прототип.

Формула изобретения

Способ восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей чугунных гильз цилиндров, включающий предварительный объемный нагрев гильзы до температуры 500 - 600°С, осуществляемый за один проход индуктора вдоль оси гильзы от ее верхнего торца по направлению к нижнему, последующий нагрев до температуры 760 - 790°С, который проводят за один проход индуктора вдоль оси гильзы в обратном направлении с последующим непрерывным охлаждением водяным душем, создаваемым спрейером, до температуры 40 - 50°С при сохранении расстояния между индуктором и спрейером, равного 10 - 20 мм, при этом при расположении индуктора на расстоянии 15 - 20 мм от верхнего торца гильзы нагрев прекращают и осуществляют поворот гильзы на 180°, после чего нагрев возобновляют и при дальнейшем проходе индуктором при его перемещении снизу вверх до торца гильзы, производят повторный нагрев части гильзы, расположенной после поворота в верхнем положении и имеющей длину 15 - 20 мм, объемный нагрев гильзы до температуры 350 - 400°С, осуществляемый от ее верхнего торца к нижнему перемещением гильзы относительно индуктора с последующим охлаждением на воздухе, и восстановление наружных посадочных поясков гильзы газотермическим напылением покрытия, отличающийся тем, что восстановление наружной поверхности посадочных поясков гильзы осуществляют перед ее предварительным нагревом до температуры 500 - 600^oC, а покрытие напыляют газопламенным методом в два слоя.