Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чугунные коленчатые валы: особенности

Особенности технологии термической обработки отливок

СКАЧАТЬ ПРЕЗЕНТАЦИЮ

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

ПОСМОТРЕТЬ СЛАЙДЫ

После механической обработки шейки валов упрочняют поверхностной закалкой ТВЧ либо поочередно, либо одновременно. Так как при поверхностной закалке в переходной зоне от закаленного слоя возникают растягивающие напряжения, то нужно чтобы максимум этих напряжений не совпадал с галтелью коленчатого вала. На рисунке представлены 3 вида закаленного слоя.

На рисунке (в) указана наиболее благоприятная форма закаленного слоя. Случай, когда закаленный слой охватывает галтель (в) повышает усталостную прочность в 1,5–2 раза. Вариант, приведенный на схеме (а), является недопустимым.

Для закалки применяют установки различных конструкций. Более перспективными являются станки в которых производится нагрев вращающихся шеек в петлевых индукторах. Нагрев с вращением вала обеспечивает большую однородность по глубине слоя. Обычно глубина слоя составляет 3–5 мм. Частота генератора 8–10 кГц. Мощность зависит от количества индукторов. Для получения высокой износостойкости шеек требуется обеспечить получение в поверхностном слое мартенситной структуры, но на практике из–за опасности появления трещин и корабления условия охлаждения смягчают, получая твердость поверхности 52–54 HRC. Большую опасность представляет образование трещин у маслоподводящих отверстий. Они возникают в следствие перегрева кромок из–за повышения плотности тока около отверстий. Для исключения чего используют снятие фасок или сталемедных заглушек, вставляемых в отверстия.

При термической обработке с закалкой коленчатых валов наблюдается деформация и последующая правка не всегда обеспечивает размерную стабильность как при хранении, так и при эксплуатации.

Для упрочнения крупных валов с диаметром шейки 150–300 мм, которые изготовляют из сталей типа 18Х2Н4ВА, 38ХН3ВА или 38ХН3МА, применяют азотирование. Азотирование имеет следующее преимущество: высокая износостойкость и усталостная прочность. Недостаток – высокая стоимость и большая длительность процесса.

Как устроен коленчатый вал?

Коленвал автомобиля представляет собой деталь особой формы, на которой имеются места для посадки шатунов, а также противовесы, которые гасят вибрацию от неравномерного вращения. На большинстве коленчатых валов эти самые противовесы являются частью детали, то есть цельнолитыми, но на некоторых автомобилях устанавливаются специальные противовесы, которые крепятся к коленвалу с помощью болтов.

Деталь изготавливается из чугуна или из сплава чугуна и стали. Благодаря этому коленчатый вал имеет очень длительный ресурс работы, несмотря на то, что все время находится под большими нагрузками. Изготавливаются валы методом литья, но чаще всего, путем штамповки.

Рисунок 1.1.2 — Коленчатый вал двигателя автомобиля ЗИЛ-130

На рисунке 1.1.3 приведен коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236. Характерной конструктивной особенностью двигателя ЯМЗ-236 являются развитые по диаметру, но относительно короткие коренные и удлиненные шатунные шейки, что является закрепленной пары шатунов на общую шейку. Коленчатый вал данного дизеля не имеет фланцев для крепления маховиков, также как и коленчатый вал двигателя КамАз-740. Вкладыши коренных подшипников трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы. Диаметр шатунной шейки 88 мм, а коренной 110 мм. Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236 имеет, три шатунные шейки 3, расположенные под углом 120, и четыре коренные шейки

Причины поломки

Сама по себе деталь надежная и выносливая, но ряду причин способна изнашиваться интенсивней. Обычно к этому приводит повышенная нагрузка на силовой агрегат, а также масляное «голодание». В редких случаях коленвал ЯМЗ турбо заклинивает, что становится следствием повышенного трения и чрезмерного нагрева подшипников. Но если это происходит, требуется капитальный ремонт двигателя. Чтобы предотвратить «голодание», необходимо следить за качеством и уровнем смазочного материала в системе. Особенно важна работоспособность масляного насоса.

Еще одна возможная причина поломки – наличие трещин как в головке блока цилиндров, так и в самом блоке. Так в моторное масло может попасть вода или топливо, что сильно ухудшает свойства смазочного материала. Это в свою очередь приводит к ухудшению отвода тепла и качества смазки основных компонентов. В результате водитель может обнаружить специфический стук во время работы двигателя, появление вибраций, что объясняется образованием люфта и увеличением реального зазора вала.

Читать еще:  Особенности стальных коленвалов

Технология восстановления чугунных коленчатых валов двигателей ЗМЗ-53А

В современном машиностроении применяются различные конструкционные материалы. Однако и до настоящего времени чугун является одним из основных конструкционных материалов. Например, вес чугунных отливок составляет до 50% веса машин. Это обусловливается простотой и относительной дешевизной изготовления чугунных деталей, хорошими литейными свойствами чугуна, его высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений, способностью гасить вибрацию и т. д.

Одной из актуальных задач стоящих перед организациями, эксплуатирующих автомобильную и автотракторную технику, является продление срока службы отработавших деталей, в том числе и чугунных. Сварка и наплавка чугуна широко применяется при ремонте вышедшего из строя различного оборудования. Однако она связана со значительными трудностями. Это связано с тем, что металл шва и околошовной зоны очень склонен к образованию твердых непластичных структур (ледебурита, мартенсита) и трещин вследствие больших скоростей охлаждения при сварке и наплавке, низкой прочности чугуна и почти полного отсутствия пластичности. Это осложняет решение многих вопросов, связанных с разработкой сварочных материалов (электродов, проволоки, флюсов и др.) для сварки чугуна.

Горьковский автомобильный завод широко применяет в двигателях своих автомобилей детали из чугуна. Одной из них является коленчатый вал.

Целью дипломного проекта является разработка технологического процесса восстановления чугунных коленчатых валов двигателя ЗМЗ – 53А позволяющего избежать выше перечисленных недостатков с возможностью применения в небольших ремонтных подразделениях МПС РФ.

Большую работу по изучению процессов, протекающих при сварке и наплавке чугуна, провели исследователи: Доценко Г. Н., Доценко Н. И., Луппиан Г. Э. и др. Работы этих исследователей использованы в дипломном проекте.

1. Литературный обзор и обоснование темы

Описание изделия и технические

условия на ремонт чугунного коленчатого вала.

Чугунные коленчатые валы в автомобильных двигателях стали применять с 1960 года [3] . Высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 делятся на два класса: перлитные (ВЧ 45-0; ВЧ 50-1,5; ВЧ60-2) и ферритные (ВЧ 40-0; ВЧ 40-6). Большое применение нашли чугуны перлитного класса благодаря высокой прочности и износостойкости.


Чугунный коленчатый вал двигателя ЗМЗ-53А


Рис. 1.1


В табл. 1.1 приведены сведения о прочностных свойствах высокопрочного, серого, модифицированного, ковкого чугунов и стали 45 [1] .

Из табл. 1.1. видно, что основные механические свойства перлитного высокопрочного чугуна примерно такие же, как и у стали 45 и значительно выше, чем у других чугунов. При этом себестоимость отливок из высокопрочного чугуна в 2-2,5 раза ниже по сравнению с себестоимостью отливок из ковкого чугуна и поковок стали 45 [3] .

Применение высокопрочного чугуна взамен стали 45, для изготовления коленчатых валов стало возможным благодаря его высокой усталостной прочности. Соотношение по усталостной прочности для стальных и чугунных образцов гладких и коленчатых валов одинаковой формы представлены в табл. 1.2 [2] .

По данным табл. 1.2. у образцов гладких валов, изготовленных из высокопрочного чугуна, предел усталостной прочности на 18% меньше, чем у образцов изготовленных из стали 45; у коленчатых валов, изготовленных из тех же металлов, эта разница равна всего 4%. Объясняется это тем, что усталостные трещины вызывающие разрушения чугунных коленчатых валов, возникают в местах концентрации напряжений на галтелях, а высокопрочный чугун сохраняет присущую всем чугунам малую чувствительность к концентрации напряжений.

Высокую износостойкость высокопрочного чугуна с перлитной основой, не уступающую закаленной стали 45, большинство исследователей [4] объясняют наличием на его поверхности вскрытых графитовых включений, которые служат смазкой, а освободившиеся полости являются накопителями дополнительной смазки, необходимой при пуске и остановке двигателя.

Читать еще:  Основные элементы коленчатого вала

При сравнении стальных и чугунных коленчатых валов в опубликованных работах [5,7] указывается, что при твердости стальных шеек HRC 56 их износостойкость равна износостойкости шеек чугунного коленчатого вала, при твердости шеек менее HRC 56 – меньше и при твердости более HRC 56 – больше износостойкости шеек чугунного коленчатого вала.

Технические условия на ремонт.

У коленчатых валов, поступающих на сборку, масляные каналы и грязеуловители должны быть тщательно очищены от шлама.

Шатунные шейки должны иметь диаметр – 60,00-0,013 мм.

Коренные – 70,00-0,013 мм.

Овальность и конусность шеек коленчатого вала не должны превышать 0,01 мм.

Чистота поверхности шеек должна соответствовать 5 квалитету Ra 0 ,2-0,4

Длина передней коренной шейки должна быть в пределах 30,45-30,90 мм.

Длина шатунной шейки 52,0-52,2 мм.

Радиусы галтелей шатунных шеек должны быть в пределах 1,2-2,0 мм, коренных 1,2-2,5 мм.

При вращении вала, установленного в призмы на крайние коренные шейки, биение не должно превышать:

а) для средней коренной шейки – 0,02 мм.

б) для шейки под распределительную шестерню – 0,03 мм.

в) для шейки под ступицу шкива вентилятора – 0,04 мм.

г) для шейки под задний сальник – 0,04 мм.

д) фланца по торцу – 0,04 мм.

Не параллельность осей шатунных и коренных шеек – не более 0,012 мм на длине каждой шейки.

Дефекты и неисправности чугунного коленчатого вала

Коленчатый вал является высоконагруженной деталью двигателя. В процессе эксплуатации двигатель машины подвержен различным нагрузкам, в том числе и неблагоприятным, это пуск двигателя в холодных условиях, не качественное смазочное масло, работа в запыленных условиях и т. д.

Вследствие этих факторов трущиеся части коленчатого вала подвергаются повышенному износу, что в свою очередь приводит к появлению на этих поверхностях надиров, сколов, микротрещин, раковин показанных на Рис. 1.2., которые могут привести к поломке коленчатого вала и выходу из строя всего двигателя.

Дефекты чугунного коленчатого вала

Современные технологии восстановления

чугунных коленчатых валов.

В настоящее время чугунные коленчатые валы используются в двигателях автомобилей горьковского автомобильного завода, марки автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-66, «Волга», «Газель». В некоторых автохозяйствах парк этих машин составляет до 80% от всего количества машин. Перестройка народного хозяйства и структурные изменения в нашей стране привели к разукрупнению автохозяйств, появлению мелких парков машин со смешанной формой собственности. Одной из задач, вставшей перед этими автохозяйствами, становится поддержание машин в рабочем состоянии при ограниченных финансовых ресурсах. По этому процесс восстановления изношенных деталей является на сегодняшний день актуальной задачей.

Существует несколько технологий восстановления чугунных коленчатых валов [3] :

Шлифовка под ремонтные размеры.

Один из часто применяемых способов восстановления работоспособности коленчатых валов. Преимущества этого способа в его технологической простоте. Из оборудования требуется наличие кругло шлифовального станка и типовой оснастки к нему. Но у этого способа имеется и ряд недостатков. Потеря взаимозаменяемости деталей, потребность в деталях (вкладыши) с ремонтными размерами, наличие складских площадей под них.

Вибродуговая наплавка в жидкости.

При этом способе качество наплавленного металла зависит от многих факторов и резко ухудшается при изменении режимов наплавки и химического состава электродной проволоки. Поэтому даже при хорошо отлаженном процессе восстановления на шейках чугунных коленчатых валов часто встречаются поры и трещины. Количество пор увеличивается по глубине слоя, поэтому восстановленные чугунные коленчатые валы шлифуют лишь до третьего ремонтного размера, а затем выбраковывают. Усталостная прочность чугунных коленчатых валов, восстановленных вибродуговой наплавкой в жидкости, снижается на 35-40% [6] . Однако благодаря двукратному запасу прочности в эксплуатации наблюдается незначительное количество их поломок. Но применение этого способа наплавки для восстановления чугунных коленчатых валов двигателей грузовых автомобилей из-за значительного снижения усталостной прочности становиться не приемлемым.

Читать еще:  Замена датчика коленвала

Вибродуговая наплавка в водокислородной среде [9] .

При этом способе восстановления наплавленный металл имеет структуру троостита, переходящую в сорбитообразный перлит с твердостью слоя HRC 42-48 . Такой металл по износостойкости уступает высокопрочному чугуну, тем не менее, коленчатые валы восстановленные этим способом, обеспечивают срок службы двигателей соответствующий пробегу автомобиля 50-60 тыс. км. Сведений об усталостной прочности чугунных коленчатых валов, восстановленных наплавкой в водокислородной среде, не имеется. В целом эксплуатационные свойства таких валов изучены не достаточно, но из-за низкой в сравнении с высокопрочным чугуном износостойкости наплавленного металла этот способ наплавки не может быть рекомендован к повсеместному использованию.

Механическая обработка коленчатых валов [ править | править код ]

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках [3] . По окончании изготовления коленчатые валы обычно подвергают динамической балансировке в сборе с маховиком (автомобильные двигатели).

В большинстве случаев коленчатые валы предусматривают возможность их перешлифовки на ремонтный размер (обычно 4-6 размеров, ранее было до 8). В этом случае коленвалы шлифуют вращающимся наждачным кругом, причём вал проворачивается вокруг осей базирования. Конечно, эти оси для коренных и шатунных шеек не совпадают, что требует перестановки. При перешлифовке требуется соблюсти межцентровое состояние, и согласно инструкции, валы после шлифовки подлежат повторной динамической балансировке. Чаще всего это не выполняют, потому отремонтированные двигатели часто дают большую вибрацию. При шлифовании важно соблюсти форму галтелей, и ни в коем случае не прижечь их. Неправильная обработка галтелей часто приводит к разрушению коленчатого вала.

Что получают из чугуна и где он используется?

Материал довольно популярный в машиностроении и других отраслях промышленности. Это главный компонент исходных материалов для выплавки стали в кислородных конвертерах, мартенах и электродуговых печах. Кроме того, чугун – наиболее популярный сплав для изготовления отливок различной формы. Востребованность чугуна в других сферах объясняется высокими прочностными характеристиками и достаточной плотностью. Области применения некоторых марок сведены в таблицу.

Производство колонн, маховиков, опорных и фундаментальных плит, шкивов, станин, прокатных станков, канализационных изделий.

Основания под тяжелое оборудование, опоры ж/д и автомобильных мостов, коленвалы для двигателей дизельного транспорта и тракторов.

Мелющие части оборудования, прессовочные формы для огнеупоров, прокатные валки.

Подшипники скольжения, втулки топливных насосов, направляющие клапаны, поршневые кольца автомобилей.

Детали турбин, коленчатые валы, двигатели на тракторы и автомобили, изложницы, шестерни, прокатные валки.

Если же вас интересует качественный металлопрокат из сертифицированных материалов, обращайтесь в компанию «Метинвест-СМЦ». В нашем каталоге металлопроката вы найдете любую продукцию из более 200 основных наименований в нужных типоразмерах и по адекватной цене.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector