【Реферат】Корпус цилиндров

Обычно встречающиеся формы отказа можно разделить на четыре категории: износ, деформация, коррозия и поры/трещины. Методы восстановления размера отверстия под главный подшипник делятся на традиционные методы и два новых технологических процесса: электролитическое осаждение цинково-алюминиевого сплава и аргонодуговая сварка никелевой проволокой. Важные моменты, на которые следует обратить внимание в процессе восстановления. Ключевые слова: ремонт отверстия под подшипник в корпусе цилиндров

1 Введение

Двигатель является сердцем различных силовых установок, таких как автомобили, суда, двигатели внутреннего сгорания и т.д. Корпус цилиндров является основной и ценной деталью двигателя, его стоимость может составлять более четверти стоимости всего двигателя, особенно цена импортных корпусов цилиндров поражает. Цена корпуса цилиндров двигателя Cummins K50, установленного на горнодобывающем автомобиле MK-36, достигает 500 000 юаней, что эквивалентно цене автомобиля высшего класса. Таким образом, экономическая значимость ремонта корпуса цилиндров очевидна.

Обычно встречающиеся формы отказа корпуса цилиндров можно разделить на следующие четыре категории: 1. Износ. Износ и «прогорание» поверхности отверстия под главный подшипник (далее иногда сокращенно как посадочное отверстие), отверстия под распределительный вал, торцевой поверхности опорного бурта; 2. Деформация. Деформация крышки главного подшипника (далее иногда сокращенно как крышка подшипника) под действием нагрузки, приводящая к ослаблению соединения; деформация всего блока из-за поломки коленчатого вала и шатунного механизма; 3. Коррозия. Серьезный выход из строя поверхности уплотнения прокладки головки блока цилиндров и уплотняющей поверхности фланца мокрой гильзы из-за кавитации и эрозии; 4. Поры/трещины. Повреждение отверстия под гильзу или образование отверстий или трещин в различных частях корпуса цилиндров из-за ослабления и выпадения шатунных болтов, проблем с поршневой группой и т.д. Некоторые другие причины также могут привести к образованию трещин в корпусе цилиндров. Для большинства из вышеперечисленных форм отказа можно использовать традиционные методы ремонта. При этом наиболее распространенными и наиболее ценными для ремонта являются формы отказа 1 и 2 типа. Поэтому в последние годы многие крупные пользователи, специализированные ремонтные мастерские и научно-исследовательские учреждения провели большую работу по решению проблем, связанных с такими формами отказа. Автор, основываясь на многолетнем опыте исследований и практики, высказывает некоторые основные соображения по вопросу ремонта отверстия под главный подшипник в корпусе цилиндров.

2 Методы восстановления размера отверстия под главный подшипник

2.1 Несколько традиционных технологий

Распространенные формы отказа отверстия под главный подшипник: деформация крышки главного подшипника внутрь и ослабление ее соединения, приводящие к горизонтальному смещению верхней и нижней половин отверстия и превышению допустимого отклонения от цилиндричности посадочного отверстия; «прогорание» одного из посадочных отверстий из-за «заклинивания подшипника»; серьезная деформация посадочного отверстия, приводящая к отклонению его размера, формы и положения от номинальных значений; деформация всего корпуса цилиндров также может привести к деформации посадочного отверстия и превышению допустимого отклонения от соосности между различными посадочными отверстиями.

Ключевым моментом в ремонте отверстия под главный подшипник является технологический метод восстановления размера. Традиционные методы включают в себя: ручную дуговую наплавку чугуна, установку втулок, увеличение толщины подшипника, пайку медью и напыление. На самом деле, пайка медью и напыление являются наименее предпочтительными методами. Поскольку при пайке медью необходимо локально нагревать место сварки корпуса цилиндров до температуры более тысячи градусов, такое высокое воздействие температуры на корпус цилиндров очевидно приводит к его деформации и повреждениям из-за напряжений. Прочность соединения при напылении составляет менее 30 Н/мм2, оно не выдерживает длительного воздействия циклических нагрузок от возвратно-поступательного движения поршня, и отслаивание покрытия является лишь вопросом времени. Метод увеличения толщины подшипника заключается в увеличении диаметра посадочного отверстия на 1 мм и использовании главного подшипника с увеличенным на 1 мм диаметром подшипниковой втулки, специально изготовленного заводом-изготовителем данного двигателя. Этот метод является осуществимым, но лишь немногие производители двигателей выпускают такие специальные подшипники, и даже если такие подшипники есть, большинство пользователей и ремонтных служб вряд ли имеют их в наличии. Только специализированные ремонтные мастерские могут иметь такие запасные части, что неизбежно задерживает ремонт. Второй недостаток этого метода заключается в том, что производитель выпускает только подшипники с увеличенным на 1 мм диаметром подшипниковой втулки. Если повреждение посадочного отверстия серьезное или произошло повторное повреждение, этот метод будет бесполезен. Третий недостаток заключается в том, что даже при незначительном износе посадочного отверстия (например, около 0,10 мм) необходимо расточить отверстие на 1 мм. Метод установки втулки заключается в том, что производитель поставляет крышку главного подшипника с технологическим припуском, а половина отверстия в корпусе цилиндров растачивается на несколько миллиметров по радиусу, после чего в посадочное отверстие заклепывается стальная втулка с технологическим припуском, которая затем обрабатывается растачиванием до стандартного размера. Этот метод также осуществим, но помимо недостатков метода увеличения толщины подшипника, он добавляет еще один слой стальной втулки между главным подшипником и посадочным отверстием, и качество соединения слоев не может быть слишком хорошим, что неизбежно снижает теплопроводность посадочного отверстия, а также затрудняет контроль зазора между подшипником и валом, что увеличивает вероятность «заклинивания подшипника». На практике чаще всего используется метод ручной дуговой наплавки для восстановления посадочного отверстия. Этот метод имеет высокую сложность и требует от сварщика большого опыта и высокой ответственности. Поскольку при наплавке чугуна очень легко образуется большое количество пор, подрезов и твердых включений, это значительно снижает количество точек контакта между подшипниковой втулкой и посадочным отверстием, что влияет на теплоотвод и создает риск «заклинивания подшипника». Ремонт установочных пазов главного подшипника в посадочном отверстии также является очень проблемным моментом, завод-изготовитель корпуса цилиндров использует специальное оборудование для обработки этого паза, а ремонтники выполняют ремонт вручную, что не может быть достаточно точным и легко приводит к ненадежной фиксации главного подшипника в посадочном отверстии, т.е. к так называемому «подсасыванию воздуха». При достижении определенной степени «подсасывания воздуха» главный подшипник начинает вращаться в посадочном отверстии, масляная магистраль прерывается, и «заклинивание подшипника» неизбежно. Наибольшей опасностью наплавки является проблема напряжений и деформаций, иногда перед установкой, независимо от того, как проверяется отверстие под главный подшипник, оно соответствует требованиям, а после поломки при повторной проверке отверстие сильно деформировано и потеряло свою цилиндричность, причина кроется в сварочных напряжениях.

2.2 Два новых применимых технологических процесса

2.2.1 Электролитическое осаждение цинково-алюминиевого сплава

Превышение допустимых значений посадочного отверстия, вызванное износом под давлением и медленной деформацией, как правило, не очень серьезно, превышение диаметра обычно не превышает 0,5 мм. Оптимальным технологическим процессом для восстановления размера таких посадочных отверстий является электролитическое осаждение металла, обычно для восстановления размера используются только два типа коммерческих электролитов: никелевый и медный. Однако оба этих электролита имеют низкую прочность сцепления, а первый слишком твердый, а второй слишком хрупкий, и ни один из них не подходит для ручной обработки и растачивания.

Для решения этих проблем после полугода многократных экспериментов мы разработали электролит на основе цинково-алюминиевого сплава, его состав следующий:

Соли цинка: 500 г/л

Соли алюминия: 80 г/л

Добавка I: 30 г/л

Добавка II: 24 г/л

PH: 4

Этот электролит не требует никелирования подложки и может наноситься непосредственно на отверстие под главный подшипник. Технология, параметры и меры предосторожности при нанесении электролита такие же, как и при обычном нанесении электролита. Покрытие, полученное с помощью этого электролита, обладает низкой твердостью, хорошей пластичностью, высокой прочностью сцепления и хорошей обрабатываемостью при резке. Мы использовали этот электролит для ремонта сотен корпусов цилиндров, и результаты оказались очень хорошими.

2.2.2 Наплавка никелевой проволокой в среде аргона

Этот метод довольно прост. Это сварка вольфрамовым электродом в среде аргона с использованием чисто никелевой проволоки, ручная сварка. Сечение сварочной проволоки не должно превышать 10 мм². Перед сваркой необходимо обратить особое внимание на подогрев и обезжиривание. Преимуществами этого способа наплавки чугуна являются: отсутствие подреза, отсутствие пор, тонкий сварной слой, отсутствие твердых включений, высокая прочность соединения. Поскольку сварочный ток можно контролировать в пределах 100 А, остаточные напряжения и деформации значительно меньше, чем при ручной дуговой сварке. Этот метод наиболее подходит для наплавки отверстий под подшипники, серьёзно поврежденных из-за "прокатывания" роликов.

3 Основные моменты технологии восстановления отверстий под подшипники

Основные этапы ремонта отверстий под подшипники в блоке цилиндров: проверка и утверждение проекта — ремонт крышек подшипников — предварительное растачивание — подогрев и обезжиривание — восстановление размеров отверстий под подшипники — растачивание отверстий под подшипники — проверка и приемка. Ремонтные работники должны уделять должное внимание некоторым важным моментам этой технологии.

3.1 Основные моменты ремонта крышек подшипников

В зависимости от способа позиционирования крышки подшипников можно разделить на крышки с одним упорным буртиком (рядные двигатели) и крышки с двумя упорными буртиками (V-образные двигатели). Ремонт крышек подшипников с одним упорным буртиком со специальной конструкцией, где отверстия под болты наклонены к монтажной поверхности, заключается в восстановлении Размер полуотверстия и двух торцевых поверхностей упорного буртиков. Восстановление Размер полуотверстия крышки подшипника включает в себя следующие ситуации: Для полуотверстия крышки подшипника, показанного на рисунке 1, если "ожоги" не слишком серьезны, можно использовать фрезерование монтажной поверхности, чтобы углубить полуотверстие и получить припуск на обработку. Однако, если полуотверстие блока цилиндров необходимо гальванизировать, то крышку подшипника нельзя обрабатывать таким образом, чтобы избежать неравномерной твердости верхнего и нижнего полуотверстий, что может привести к некруглости при обработке. Для крышек подшипников, показанных на рисунках 2 и 3, лучше не углублять полуотверстие слишком сильно за счет фрезерования монтажной поверхности, поскольку это может привести к смещению отверстия под боковой натяжной болт на крышке подшипника относительно отверстия под болт в блоке цилиндров, что сделает невозможной установку; то же самое относится и к горизонтальному смещению нижней части отверстия под болт крышки подшипника на рисунке 3 относительно отверстия под болт в блоке цилиндров, что может привести к перекосу и повлияет на цилиндричность отверстия под подшипник. Более разумный выбор для восстановления Размер полуотверстия этих двух типов крышек подшипников: если перерасход диаметра невелик, можно выбрать способ углубления полуотверстия крышки подшипника или комбинацию углубления и гальванического покрытия; если перерасход диаметра значителен, следует выбрать наплавку никелевой проволокой в среде аргона. После наплавки крышка подшипника должна подвергнуться закалке при высокой температуре для снятия остаточных напряжений. Монтажная поверхность крышки подшипника должна быть отшлифована на шлифовальном станке, чтобы обеспечить достаточное количество точек контакта.

Обычно между крышкой подшипника и упорным буртиком блока цилиндров обеспечивается натяг, что обусловлено позиционирующей функцией упорного буртиков. Направление действия силы на крышку подшипника во время работы приводит к тому, что крышка подшипника со временем будет деформироваться внутрь, в результате чего натяг между упорным буртиком превратится в зазор, в тяжелых случаях зазор может достигать нескольких десятков микрон. Это неизбежно приведет к неопределенности Размер и формы отверстия под подшипник, поэтому необходимо сначала восстановить первоначальный натяг на торцевой поверхности упорного буртиков крышки подшипника, в противном случае ремонт отверстия под подшипник будет бессмысленным. Технология восстановления этой торцевой поверхности заключается в определении с помощью измерения Размер, который необходимо восстановить на каждой стороне, нанесении напыления или наплавки, а затем обработке на специализированном станке для шлифовки торцевых поверхностей упорного буртиков крышек подшипников или других универсальных станках, но следует помнить, что в качестве базовых поверхностей для позиционирования необходимо использовать монтажную поверхность крышки подшипника и торцевую поверхность полуотверстия. Базовая поверхность для установки и позиционирования должна быть предварительно отшлифована, чтобы обеспечить достаточное количество точек контакта. Для крышки подшипника с двумя упорными буртиками (рис. 2) следует обеспечить натяг обоих упорных буртиков, натяг должен составлять 0,03-0,08 мм, а натяг упорного буртиков с боковым натяжным болтом должен быть несколько меньше.

3.2 Предварительное растачивание

Если одно из полуотверстий под подшипник в блоке цилиндров опустилось, необходимо восстановить его Размер. При использовании гальванического покрытия верхнее и нижнее полуотверстия должны быть расточены за один проход, причем величина растачивания должна быть как можно меньше. Нельзя растачивать только полуотверстие, чтобы избежать некруглости при обработке и затруднений при полировке. При использовании наплавки необходимо равномерно расточить как минимум 1 мм в диаметре, чтобы обеспечить равномерную твердость сварного слоя.

3.3 Растачивание отверстий под главные подшипники

Помимо ремонта всех отверстий под подшипники, обычно не следует обрабатывать отверстия под подшипники на обычном расточном станке, поскольку, хотя на расточном станке можно правильно установить отверстия, при зажиме может возникнуть новое смещение, в результате чего обработанные и необработанные отверстия будут несоосны. Обработку отверстий под подшипники лучше всего проводить на специальном станке для растачивания вкладышей. Шпиндель такого станка гибко соединен с главным шпинделем станка, поэтому точность станка практически не влияет на точность обработки. Вставив два позиционирующих втулки с определенной точностью сопряжения в два стандартных отверстия под подшипники, расположенные как можно дальше друг от друга, в эти две позиционирующие втулки вставляется шпиндель, на обрабатываемый участок устанавливается режущий инструмент, после чего можно начать расточную обработку, точность Размер обеспечивается планкой. Преимуществом этого метода обработки является то, что при правильном сочетании шпинделя и позиционирующих втулок, позиционирующих втулок и отверстий под подшипники, а также при чистой поверхности установки соосность растачиваемых отверстий под подшипники и установочных отверстий очень легко гарантировать. Ниже приводятся четыре практических метода проверки соосности, вызывающих интерес у пользователей: 1. Непосредственная установка коленчатого вала и вращение. Этот метод прост и удобен и может удовлетворить общим требованиям к эксплуатации, он уже принят большинством ремонтников; 2. Метод проверки с помощью индикатора и калибра. Это означает размещение измерительной линейки (достаточно длинной, диаметром около Ø60 мм) с изгибом по всей длине не более 0,005 мм во всех отверстиях под подшипники. После того, как она свободно остановится, в зазор между каждым отверстием под подшипники и измерительной линейкой вставляется калибр толщиной 0,02 мм. Если калибр не может быть вставлен ни в одно из отверстий, можно считать, что погрешность соосности соседних отверстий под подшипники и всех отверстий под подшипники в этом блоке цилиндров не превышает 0,02 мм. Естественно, необходимо повернуть блок цилиндров на 90° и повторить описанные выше шаги проверки. Этот метод точен и прост; 3. Метод проверки с помощью кольца и калибра. Это означает установку контрольного кольца на шпиндель расточного инструмента для отверстий под подшипники, зазор между контрольным кольцом, шпинделем и отверстием под подшипники должен быть соответствующим. Контрольное кольцо вставляется в проверяемое отверстие под подшипники, калибры вставляются в его периферийную часть, а по результатам вставки определяется, является ли соосность удовлетворительной. Этот метод предъявляет точные требования к точности и зазору сопряжения контрольно-измерительного инструмента, что не подходит для небольших мастерских; 4. Изготовьте длинный контрольный стержень с зазором примерно на 0,04 мм меньше, чем отверстие под подшипник, установите его в полуотверстие блока цилиндров, установите все крышки подшипников с использованием заданного крутящего момента и метода затяжки, а затем вращайте контрольный стержень с помощью рычага, оценивая соосность по величине прикладываемого усилия. Если предварительно нанести на контрольный стержень сурик, то в случае обнаружения проблем с соосностью можно приступить к притирке высоких точек после снятия крышек подшипников, что также является преимуществом этого метода. Изготовление контрольного стержня для каждого блока цилиндров, конечно, не совсем экономично. Этот метод подходит для специализированного ремонта с небольшим количеством типов блоков цилиндров.