Способ восстановления коленчатых валов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ >737147

Союз Советскии

Социалистическни

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30,01.78 (21) 2578385/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

В 23 К 9/04

Гасударственный комитет

СССР (53) УДК 621.791..753 (088.8) Опубликовано 30.05.80. Бюллетень №20 ао делам изобретений и атирытий

Дата опубликования описания 05.06.80 (72) Автор изобретения

А. А. Беркман

Казахский научно-исследовательский и проектный институт автомобильного транспорта (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Изобретение относится к ремонту, а именно к восстановлению деталей машин и может быть 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 мм ниже последнего ремонтного размера вна- 1о чале шатунных, а затем коренных шеек, наплавку коренных и шатунных шеек, их последующую механическую обработку на номинальный размер (1).

Однако при восстановлении коленчатых валов по данному способу требуется значительный расход сварочной проволоки.

Это объясняется тем, что у большинства коленчатых 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 восстановления коленчатые валы перед шлифовкой шеек

2 под 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 f, изменяется положение продольной оси.

Изменение положения продольной оси коленчатого вала приводит к нарушению размеров радиусов кривошипов на величину, равную половине остаточного биения вала (0,5 f). 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 шпоноч7З7147 ного паза осущестВляют после наплавки

" швеек при их последующей механической обработке на номинальный размер. Для этого шатунные шейки наплавляют до высоты слоя, достаточной не только для получения

" йоминальйого размера диаметров шеек. но и для того, чтобы устранить смещение кривошипов относительно шпоночного паза, а также восстановить размеры радиусов кривошипов. Для выполнения этих требований увеличйвают высоту слоя наплавленного металла у шатунных шеек, что и приводит к повышению 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; которые находятся в расплавленном состоянии, перемешиваются. В результате остывший наплавленный металл состоит из основного = и наплавленного металлов. Доля участия каждой составляющей,. а также структура

" "йаплавленного металла изменяются Ilo высоте слоя наплавленного металла. Эти фак торы определяют механические свойства и химический состав наплавленного слоя. С другой стороны, в результате устранения смещений кривошипов и восстановления радиусов кривошипов после наплавки шеек, при их последующей механической обработке, сч;ем слоя наплавленного металла по окружности шеек неравномерный. Следовательно, большой разброс значений твердости по окружности рабочих поверхностей шатунных шеек возникает в результате неравномерного съема слоя наплавленного металла, который, в свою очередь, обусловлен необходимостью устранения смещений кривошипов от носительно шпоночного паза и восстановления радиусов кривошипов, нарушенных при шлифовке коренных шеек под наплавку. Кроме того, наиболее дефектный слой, который при-наплавке располагается в зоне оплавле"- " нйя основного и наплавленного металлов, при последующей механической обработке шеек в результате неравномерного съема слоя 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 качества восстановления коленчатых валов пу тем обеспечения минимального разброса значений твердости по поверхности шеек.

Поставленная цель достигается тем, что виачале производят предварительную шлифовку коренных шеек с восстановлением базовой оси, а затем производят шлифовку ша тунных шеек с устранением, смещения криво" шийов относительно шпоночного лаза и с

При такой последовательности шлифовки шеек под наплавку, коленчатые валы перед наплавкой шеек не имеют биения и смещения кривошипов относительно шпоночного паза. Высота слоя наплавленного металла у шатунных шеек при предлагаемом способе восстановления значительно меньше, чем при известном, 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 радиусы кривошипов 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 в различных точках по окружности шеек распределена более равномернЬ 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.

45

SS восстановлением их радиусов относительно базовой оси.

На чертеже показана схема шлифовки вала перед наплавкой по предлагаемому способу (вторая и четвертая шатунные шейки не показаны), где d — диаметр шатунной шейки перед ремонтом; d — диаметр шатунной шейки перед наплавкой; dp — диаметр коренной шейки перед наплавкой; S —;Ь3— линейное смещение кривошипов; f — биение

10 коренной шейки; К вЂ” 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 способа в результате шлифовки коренных шеек под наплавку устраняют остаточное биение коленчатого вала. Но при этом, в результате изменения положения и формы продольной оси коленчатого вала нарушаются размеры

26 радиусов кривошипов, причем радиусы кривошипов изменяются на величину равную половине остаточного биения коленчатого вала (0,5 f). Поэтому при шлифовке шатунных шеек под наплавку наряду с устранением смещений кривошипов относительно шпоночного паза восстанавливают радиусы кривошипов. Для этого шатунные шейки шлифуют с диаметра и на диаметр d. При этом центр шатунных шеек после их шлифовки перемещается на величину эр, а = М+05f

737147

3$

4$

$0

Экспериментальную проверку предлагаемого способа проводят на коленчатых валах двигателей ГАЗ-53„поступающих 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-710. 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 6Х25Х100 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 выражению

И= 3 — 4e, где 3„— расстояние от плиты до середины контрольной пластины;

4 — расстояние от плиты до середины контролируемой шейки.

Линейное смешение кривошипов переводят в угловое по формуле

W =1025 М

При измерении смещений кривошипов второй и третьей шатунных шеек, коленчатый вал поворачивают в призмах на 90 .

Погрешность измерений во всех случаях не превышает 20 — 40% от поля допуска на 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 коленчатого вала должен быть 0,46 мм + 0,09 мм =

= 0,55 мм. Но при шлифовке шатунных шеек на такую глубину, их диаметры станут меньше последнего ремонтного размера, так как сумма оставшихся ремонтных интервалов (пятого и шестого ремонтных размеров) составляет всего 0,25 мм + 0,25 мм

= 0,50 мм. Следовательно, коленчатый вал необходимо восстанавливать.

После проведения микрометража проводят шлифовку вначале коренных, а затем

10 шатунных шеек на круглошлифовальном станке.

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 и щ диаметра последнего ремонтного размера.

Для коренных шеек эта высота составляет

70 6 75 26 1 25 мм а = а ) а для шатунных шеек ьо:Ь 6 = = 1 25 мм.

Я

Если же восстанавливать коленчатые валы по известному способу, то высота слоя наплавленного металла у шатунных шеек, зависящая от их смещений, для каждой шейки будет различной: для первой Ы-Ж51Ш . = 0 = 1 55 мм то ой M2033+ О О6 = М7= 1 485 мм, ретьей . М Л = = 1 52 M M р, 0. для четвертой — = — — — = = 54""

3,.5+0 49+ 0,09 3 ОВ 1

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 известномуму.

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-2. Разница в максимальном и ми737147

Исходное состояние

sana 68,96 68,98 68,92

68,95 68,94 58,97 58,98 58,97 58,98 0,18 0,09 0,51 0,38 0,45 0,49

Номинальный 70 70 70

60 60 60 0,02 — Не более 0,15

70 70

Последний ремонтный 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 шеек под непнавку по редпвгеемому способу

67,5 67,5 67,5 67,5 67,5 57,5

Нет Нет Нет Нет Нет

5 7,5 57,5 57,5 Нет.7 нимальном значениях твердости рабочей поверхности шеек в точках, лежащих в различных местах окружности, составляет у всех шатунных шеек 4 — 6 ед. HPC. С. целью проведения сравнительного анализа,отбирают еще 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—

Формула изобретения зз г

Способ восстановления коленчатых валов, содержащих шпоночный паз,на конце вала, коренные шейки и кривошипы с шатунными шейками, при котором осуществля40 ют 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 поверхнос15 ед. HPC. Методика определения твердости в обоих случаях одинакова.

Использование предлагаемого способа восстановления 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 наплавленным, что значительно повышает качество восстановления коленчатых валов. 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.

Составитель В. Гордо

Редактор Е, Дорошенко Техред К.Шуфрич Корректор H. Стец

Заказ 2529/2 Тираж 1160 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4