Совершенствование технологии приварки разрезной ремонтной втулки на восстанавливаемые шейки коленчатых валов тепловых двигателей

Одной из главных задач экономического социального развития России является повышение темпов и эффективности развития экономики на базе ускорения научно-технического прогресса, технического перевооружения производства, интенсивного использования созданного производственного потенциала и достижение на этой основе дополнительного подъёма жизненного уровня народа.

Рост технической вооружённости народного хозяйства вызывает необходимость повышения эффективности использования транспортных средств, в том числе улучшения качества их ремонта и восстановления изношенных деталей.

Повышение качества ремонта тепловых двигателей и их агрегатов позволит сократить расход запасных частей при их эксплуатации. Одним из основных путей повышения качества ремонта тепловых двигателей является совершенствование технологий восстановления их базовых деталей.

Известно, что ресурс двигателя в значительной мере определяется состоянием шеек коленчатого вала, износ которых приводит к потере давления масла и выходу двигателя из строя. Коленчатый вал является^ наиболее дорогой и ответственной деталью двигателя, поэтому его качественное восстановление имеет решающее значение для снижения затрат при ремонте тепловых двигателей. [6].

Наиболее известными способами восстановления изношенных поверхностей шеек валов является напыление, наплавка и приварка различных металлов. Эти способы имеют ряд существенных недостатков:

— высокие технологические напряжения, вносимые в коленчатый вал;

— деформация коленчатого вала;

— снижение усталостной прочности;

— низкая износостойкость восстановленной шейки или сопрягаемого с ней вкладыша;

— низкая обрабатываемость восстанавливаемой поверхности;

— наличие пор, трещин, неравномерной твёрдости на восстановленной поверхности.

Совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов и поиск новых способов нанесения металлопокрытий на их изношенные поверхности является актуальной задачей при эксплуатации тепловых двигателей.

Цель работы.

Совершенствование технологии приварки разрезной ремонтной втулки на восстанавливаемые шейки коленчатых валов тепловых двигателей. Объект исследования.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания 6 ЧН 18/22, подлежащий восстановлению. Предмет исследования.

Технологический процесс приварки разрезной ремонтной втулки на восстанавливаемую шейку коленчатого вала. Научная новизна работы.

1. Упрощённый метод определения толщины разрезной ремонтной втулки.

2. Методика расчёта натяга в сопряжении шейка — ремонтная втулка.

3. Методика расчёта скорости охлаждения стыкового и кольцевых швов.

4. Методика прогнозирования структурных зон в сварных швах, фиксирующих ремонтную втулку на шейке вала и в зонах термического влияния.

5. Термические циклы при формировании стыкового шва различными сварочными проволоками.

6. Математическая модель процесса приварки разрезной ремонтной втулки.

7. Физико — механические параметры сварных швов и зон термического влияния.

Практическая значимость.

1. Технологический процесс приварки разрезной ремонтной втулки с использованием сварочного полуавтомата с плавящимся электродом в среде защитного газа.

2. Технологическая оснастка для приварки РВ на токарном станке.

3. Сравнительный анализ различных способов восстановления коленчатых валов по энергозатратам.

Основные положения, выносимые на защиту:

— при локальной приварке разрезной ремонтной втулки глубина проплавления сварного шва в тело шейки, должна быть минимальна при обеспечении необходимой прочности сцепления ремонтной втулки с шейкой вала.

— созданный в процессе восстановления натяг в сопряжении шейка — ремонтная втулка должен быть обеспечен на весь срок эксплуатации коленчатого вала.

Реализация результатов исследований.

1. Результаты исследований по совершенствованию технологии приварки разрезной ремонтной втулки приняты для использования НИЛ кафедры ТКМ СПбГАУ на специализированном участке по восстановлению шеек коленчатых валов тепловых двигателей.

2. Результаты исследований переданы для внедрения фирме ООО «Гефест» .

3. Фирма ООО «Гефест» на разработанную технологию ПРВ получила свидетельство Российского речного регистра, разрешающее её внедрение при восстановлении коленчатых валов судовых двигателей.

Апробация работы.

Основные результаты и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно — практических конференциях преподавателей и аспирантов СПбГАУ в 2008.2010 годах, а также на 12й Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента от нанодо макроуровня». Публикации:

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3 печатных работах.

Автор выражает глубокую признательность научному сотруднику НИЛ кафедры ТКМ СПбГАУ Лиленко М. К. и аспиранту Бурдо H.A., принимавших участие при выполнении некоторых разделов исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Предложенный метод расчёта крупногабаритных коленчатых валов показал, что при восстановлении шейки необходимо и достаточно использовать РВ толщиной 1,8.2.0 мм.

2. Предложенная методика расчета скорости охлаждения сварных швов при приварке РВ на массивное тело шейки коленчатого вала показала, что она, при принятых режимах сварки, находится в пределах 200.260 °с~/с, что способствует образованию мелкозернистых закалочных структур.

3. Установлено, что на участке прохождения сварного шва и вдоль него будут образовываться три основные зоны: сварной шов, зона вторичной закалки и зона отпуска материала РВ. Микроанализ шлифов показал, что в зоне вторичной закалки, образовывалась структура мартенсита с карбидными включениями. Ширина этой зоны составляет 0,2.0,8 мм, а в зоне отпуска выявлены структуры перлита и сорбита. Структура сварного шва зависит от применяемой электродной проволоки. При использовании проволоки Св-08Г2С образовалась структура перлита и сорбита, а при использовании проволоки Нп-30ХГСА — структура мартенсита. Материал 30ХГСА ремонтной втулки при изотермической закалке имел структуру игольчатого троостита. Ширина ЗТВ составляла 1,5. 4,0 мм.

4. Получена математическая модель связи технологического режима приварки РВ и глубины проплавления основного металла шейки вала. Так при 1св= 75 А и Усв=15 глубина проплавления составит 0,525 мм (фактически — 0,5 мм).

5. Разработан метод расчёта натяга в сопряжении шейка — ремонтная втулка с учётом предварительного натяга и усадки сварного шва в процессе его остывания. Расчёты показали и экспериментальные исследования подтвердили, что в рассматриваемом сопряжении натяг составил 0,04.0,05 мм.

6. Физико-механические параметры сварного шва и ЗТВ заметно отличаются от параметров приваренной РВ.

Зона вторичной закалки РВ из стали 65 Г имела твёрдость 60.65 НЯС, которая сказывалась на низкой стойкости резцов. РВ из материала 60С2А и 30ХГСА в этой зоне имели твёрдость соответственно: 58.61 НЕ. С и 50.56 1ЖС. Зона отпуска, образованная её нагревом до температур высокого отпуска, имела твёрдость для РВ из стали 60С2А — 34.39 Ш. С и 47.55 Ш. С соответственно для электродной проволоки Св-08Г2С и Нп-ЗОХГСА. А для РВ из стали ЗОХГСА — 28.36 НЫС и 35.45 НЕ1С соответственно для проволоки Св-08Г2С и Нп-ЗОХГСА.

7. Оценка эффективности технологии ПРВ была выполнена по критерию затрат электроэнергии на единицу восстановленной поверхности шейки коленчатого вала. По предлагаемой технологии удельные энергозатраты составляют 5,5.

9 л.

КДж/см при сверхзвуковой — электродуговой метали-зации — 19,44 КДж/см, при электроконтактной приварке стальной ленты — 152,5 КДж/см2, что составляет соответственно в 4,2 и 3,3 раза меньше.

8. Создан специализированный модельный комплекс на базе токарного станка Шкода, который позволил при восстановлении шеек крупногабаритных коленчатых валов выполнять предварительную обработку восстанавливаемой шейки, приваривать локально РВ к шейке вала и обрабатывать её окончательно в заданный размер.

Результаты исследований по совершенствованию технологии приварки ремонтной втулки приняты для использования НИЛ кафедры ТКМ СПбГАУ на специализированном участке по восстановлению шеек коленчатых валов тепловых двигателей, результаты исследований переданы для внедрения фирме ООО «Гефест», фирма ООО «Гефест» на разработанную технологию ПРВ получила свидетельство Российского речного регистра, разрешающее её внедрение при восстановлении коленчатых валов судовых двигателей.