Способ восстановления изношенной детали

 

Изобретение относится к ремонту, а именно к способу восстановления изношенных деталей, и дает возможность управлять напряжениями растяжения, возникающими в дополнительных ремонтных деталях при закреплении их сваркой к восстанавливаемым и повышать пластичность сварочных швов. Сущность изобретения состоит в том, что дополнительные технологические детали устанавливают и предварительно закрепляют на ненагретых восстанавливаемых деталях. Затем восстанавливаемые детали в сборе с технологическими нагревают до заданной температуры, а перед сваркой стыков этих деталей и приваркой их к восстанавливаемым деталям производят охлаждение деталей на заданную величину без охлаждения восстанавливаемых деталей. Сварку стыков и приварку технологических деталей производят с применением отжигающих валиков. Применение способа перспективно при восстановлении шеек коленчатых валов автотракторных двигателей, компрессоров и вакуумных насосов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ относится к механосборочному производству, к способам восстановления изношенных деталей машин, при которых на изношенные поверхности устанавливают дополнительные составные или несоставные ремонтные детали и соединяют их с восстановленными деталями сваркой.

В частности, изобретение относится к области восстановления шеек валов, например коленчатых валов поршневых автотракторных двигателей, компрессоров, вакуумных насосов и т.д. когда изношенные и поврежденные шейки восстанавливают путем установки и закрепления на них стальных закаленных ремонтных полуколец.

Изобретение может быть использовано для восстановления шеек коленчатых валов на ремонтных предприятиях и в ремонтных мастерских.

Известны способы-аналоги восстановления шеек коленчатых валов. Способ-аналог описан в книге И.Е.Ульмана "Ремонт тракторов", М.-Свердловск, изд-во Машгиз, 1952, стр. 246-247, рис.184.

По способу-аналогу изношенные шейки коленчатых валов обрабатывают на заданные размеры под дополнительные ремонтные детали, выполненные в виде двух полуколец разной толщины. Ремонтные полукольца изготавливают из среднеуглеродистых сталей разных марок и они проходят закалку. В стыках под сварку изготавливают фаски. В процессе восстановления ремонтные полукольца устанавливают на ненагретых шейках валов, ориентируют их положение, поджимают к шейкам и затем место сварки ремонтных полуколец газовым пламенем прогревают до температуры 150-200^oC и сваривают полукольца в стыках электродом диаметром 3-4 мм при сварочном токе 120.150 А за один проход. После этого вал охлаждают и шейки шлифуют на заданные размеры.

Недостатки способа-аналога состоят в том; что ремонтные детали не соединяют с телом детали сваркой или каким-либо другим способом, а сварку стыков выполняют без применения отжигающих валиков.

В процессе эксплуатации происходит износ микро- и макронеровностей контактирующих поверхностей и ослабление посадки ремонтных полуколец на шейках. Поэтому происходит их смещение относительно шеек, перекрытие масляных каналов в шейках и прекращение поступления смазки в зону трения. Происходит заседание ремонтных полуколец в подшипниках и вызванные этим отказы.

Подогрев ремонтных полуколец перед сваркой хотя и повышает пластичность материала в зонах швов, но приводит к увеличению напряжений растяжения в полукольцах и к повышению вероятности образования трещин, что можно объяснить следующим.

Ремонтные полукольца устанавливают на непрогретые шейки валов, поджимают их к шейкам при помощи призматических нажимных элементов приспособлений. После поджима зону сварки, т.е. ремонтные полукольца, расположенные на холодных шейках, нагревают газовым пламенем. В результате внешнего подогрева температура ремонтных полуколец становится больше температуры тела шеек и ремонтные полукольца в результате расширения материала увеличивают свои размеры больше, чем тело шейки. Зазоры в стыках ремонтных полуколец дополнительно уменьшаются. В этом состоянии стыки ремонтных полуколец соединяют сваркой и образуют сплошное ремонтное кольцо.

В процессе охлаждения и выравнивания температурных полей в ремонтном кольце происходит усадка материала, а тело шейки расширяется, так как тепло от ремонтных полуколец переходит в шейку. В результате резко возрастают напряжение в ремонтном кольце, происходит дополнительное растяжение и увеличение вероятности разрушения в наиболее слабом месте, как правило в зоне сварочных швов.

Следовательно, в способе-аналоге внешний подогрев зоны сварки ремонтных полуколец ведет не к уменьшению образования трещин, а к их увеличению.

Для уменьшения образования трещин в зонах сварки и ослабления напряжений растяжения в ремонтных полукольцах требуется создать более высокую температуру в теле шейки и пониженную температуру в ремонтных полукольца. Затем произвести сварку стыков. В этом случае в процессе выравнивания температуры тела шейки и ремонтных полуколец, будет происходить нагрев и увеличение длины ремонтного полукольца, охлаждение и уменьшение размеров шеек. В результате произойдет ослабление напряжений, возникающих от усадки сварочных швов и прекратится появление трещин в зоне сварки.

В нашем изобретении недостаток способа-аналога устранен.

Известен способ восстановления деталей, который по своей технической сущности является наиболее близким нашему техническому решению и является его прототипом.

Способ-прототип описан в статье Понукалина В. В. Александрова В.Н. "Повысить ресурс изношенных коленчатых валов", журнал "Техника в сельском хозяйстве" N 3, 1985, стр. 52.53, а также и в их статье "Эффект нового метода", журнал "Автомобильный транспорт Казахстана" N 12, 1986, стр.9.

Способом-прототипом восстанавливают чугунные коленчатые валы автомобильных двигателей ЗМЗ-53 путем установки на шейках дополнительных ремонтных деталей, выполненных в виде стальных закаленных полуколец.

Способ включает обработку шеек под ремонтные полукольца, установку стальных закаленных полуколец на шейках их ориентацию и поджатие к шейкам, электродуговую сварку стыков между собой и одновременно приварку их к шейкам.

Недостатки способа-прототипа состоят в том, что в процессе сварки стыков ремонтных полуколец не применяют каких-либо технологических приемов, исключающих образование трещин в сварных швах и околошовных зонах.

Например, величина зазоров в стыках не обоснована, не применяют подогрев восстанавливаемых деталей перед сваркой, позволяющий повысить пластичность сварочных швов и уменьшить напряжения растяжения в ремонтных деталях.

Сварку стыков производят без применения отжигающих сварочных валиков. Процесс сварки второго и последующих стыков ведут без дополнительного охлаждения ремонтных деталей до температуры, равной или меньшей температуры восстанавливаемых деталей в процессе сварки стыков.

Поэтому целью настоящего изобретения является повышение надежности восстановленных деталей за счет уменьшения вероятности возникновения трещин в зонах сварки.

Поставленная цель достигается тем, что после установки ремонтных деталей на ненагретые восстанавливаемые детали, их взаимной ориентации и поджима, производят предварительное крепление ремонтных деталей к восстанавливаемым в одной точке, перед сваркой стыков применяют совестный нагрев ремонтных и восстанавливаемых деталей до заданной температуры, которую выбирают больше температуры окружающей среды и ниже температуры отпуска закаленных деталей, после совместного нагрева ремонтных и восстанавливаемых деталей, перед сваркой второго и последующих стыков, производят охлаждение ремонтных деталей до заданной температуры, для этого ремонтные детали поджимают к восстанавливаемым при помощи теплоотводящих прижимных элементов поджимных приспособлений, а сварку стыков производят с применением отжигающих валиков, в процессе нанесения первого сварочного валика одновременно расплавляют торцы ремонтных деталей в стыках и поверхность восстанавливаемый детали, причем зазоры в стыках заполняют расплавленным металлом частично, при нанесении отжигающих валиков зазоры в стыках заполняют расплавленным металлом полностью и создают заданный его избыток.

Изобретение поясняют следующие чертежи.

На фиг. 1 на примере восстановления шеек валов изображена схема предварительного крепления составных ремонтных деталей на восстанавливаемых.

На фиг.2 (а, б, в) показаны рекомендуемые варианты схем сварки стыков с нанесением отжигающих валиков.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения: 1 - восстанавливаемая деталь, выполненная в виде шейки вала; 2 и 3 составные части ремонтной детали, выполненные в виде ремонтных полуколец; 4 шов временного крепления составных частей ремонтных деталей к восстанавливаемым, например, полученный электросваркой; 5 основной сварочный шов, соединяющий ремонтные детали между собой в стыках и присоединяющий их к восстанавливаемым; 6, 7 и 8 отжигающие валики.

Согласно изобретению, способ включает следующие операции.

Изношенную поверхность восстанавливаемой детали обрабатывают механически до заданного размера, необходимого для установки ремонтных деталей. Устанавливают на обработанную поверхность дополнительные ремонтные детали.

Ориентируют положение ремонтных деталей на восстанавливаемых и поджимают их к поверхностям восстанавливаемых. Электросваркой или другим известным способом производят прихватку и закрепление ремонтных деталей в заданных положениях в одной точке.

Снимают поджимные приспособления. Нагревают восстанавливаемую деталь совместно с ремонтными до заданной температуры, например, в электрической нагревательной печи. Температуру нагрева выбирают и задают ориентировочно такую, которая не препятствует обращению с нагретой деталью рабочему в рукавицах. В общем случае температура нагрева должна быть больше 40^oC и меньше температуры отпуска закаленных ремонтных деталей.

Нагретую деталь устанавливают на подставку. Поджимают ремонтные детали к восстанавливаемой при помощи поджимных элементов приспособлений, обеспечивающих интенсивный отвод тепла от ремонтных деталей.

Уменьшают температуру ремонтных деталей по сравнению со средней частью тела восстанавливаемой детали на заданную величину. Уменьшение температуры ремонтной детали по сравнению с температурой тела восстанавливаемой выбирают ориентировочно в пределах от 5^oC до 50^oC. Подбирают разницу температур ремонтных деталей и восстановленных перед сваркой опытным путем.

Производят сварку стыков составных ремонтных деталей и приварку их к восстанавливаемым с применением отжигающих валиков по одной из схем, изображенных на фиг.2.

Рациональную схему сварки стыков с применением отжигающих валиков выбирают опытным путем. Длину отжигающих валиков выбирают в пределах 30.50 мм. Между нанесением отдельных валиков для выравнивания температуры производят выдержку, которую выбирают опытным путем в пределах от 0,3 до 2,5 минут.

Согласно изобретению при сварке стыков ремонтных деталей в процессе нанесения первого основного валика выбирают режим сварки и движение электрода, которые обеспечивают полное расплавление торцевых поверхностей ремонтных деталей и поверхности восстанавливаемой детали за заданную глубину. Причем зазор в стыках заполняют расплавленным металлом не полностью, величина заполнения зазора подбирается опытным путем. В большинстве случаев можно ориентироваться на заполнение зазора расплавленным металлом на величину, близкую к 50% процентам.

Согласно изобретению зазоры в стыках ремонтных деталей выбирают опытным путем, руководствуясь правилами, которые нами изложены в заявке на изобретение N 4713295/27(90191) от 3 июля 1989 года, по которой ВНИИГПЭ принял положительное решение. Поэтому порядок выбора рациональных зазоров в стыках в настоящей заявке не излагается.

Производят медленное охлаждение восстановленных деталей, например, в подогретом песке или в термосе. После охлаждения детали ее направляют на обработку восстановленных поверхностей на заданные размеры.

Пример. Требуется предлагаемым способом восстановить шейки коленчатых валов автомобильных двигателей ЗМЗ-53.

Коленчатые валы изготовлены из высокопрочного модифицированного чугуна.

Ремонтные полукольца изготовлены из среднеуглеродистой стали марки 45, закалены и прошли отпуск при температуре 350.400^oC и имеют твердость в пределах HRC_э-42.47. Толщина ремонтных полуколец 2,5 мм.

Номинальные диаметры шатунных шеек коленчатых валов 60 мм, коренных 70 мм.

Перед установкой ремонтных полуколец, шатунные шейки обрабатывают до диаметра 56 мм, а коренные до диаметра 66 мм. Установлено, что зазоры в стыках должны быть 5.6 мм.

После шлифования шеек на заданные размеры, устанавливают коленчатые валы в стенд-кантователь, предназначенный для сборки шеек с ремонтными полукольцами и сварки стыков. На шейки устанавливают ремонтные полукольца. Совмещают отверстия маслопроводящих каналов в шейках с отверстиями в ремонтных полукольцах и выравнивают зазоры в стыках. Стыки должны находиться в зонах наименьшего износа (см.а.с.СССР N 1207666). Поджимают ремонтные полукольца к шейкам и производят их прихватку в одном из стыков к шейкам электросваркой.

Установка и прихватка ремонтных полуколец может быть выполнена при двух вариантах последовательности операций, а именно, до нагрева коленчатого вала и после нагрева. Первый вариант более приемлем, так как упрощает сборку и исключает возможность получения ожогов в процессе установки ремонтных колец и их предварительного крепления к шейкам. Установка ремонтных полуколец на нагретые валы сопровождается усложнением процесса сборки и является опасной для рабочего.

Коленчатые валы в сборе с ремонтными полукольцами загружают в электрическую нагревательную печь и нагревают их до температуры 100.140^oC. Затем извлекают из печи и устанавливают в подставку-кантователь для сварки стыков. Поджимают полукольца к шейкам при помощи холодных теплоотводящих поджимных элементов, например, разработанного нами приспособления (см. а.с.СССР N 1682105).

Сварку стыков начинают после выдержки ремонтных полуколец в поджатом состоянии ориентировочно 0,5 мин.

Производят сварку стыков и заполнение зазоров в стыках металлом с применением отжигающих валиков по одной из схем, приведенных на фиг.2. Чем меньше температуры предварительного нагрева коленчатых валов и больше содержание углерода в материале валов, тем большее количество отжигающих валиков наносят.

Сварку стыков выполняют сварочным полуавтоматом в среде углекислого газа сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,0.1,2 мм при сварочном токе 120. 130А. Между нанесением отжигающих валиков производят выдержку 20.30 сек. При нанесении первого шва в стыках выбирают режим движения электродной проволоки и ее перемещения в зазоре, которые обеспечивают полное расплавление стыков ремонтных полуколец и поверхности шейки вала на глубину 1,0.1,5 мм. При этом обеспечивают заполнение зазора в стыке расплавленным металлом ориентировочно наполовину.

После сварки стыков детали охлаждают в подогретом до температуры 50.70^oC песке или в термосе.

Затем коленчатые валы направляют на контроль качества сварки и обработку шеек на заданные размеры.

Разработанный способ восстановления деталей имеет следующие технико-экономические преимущества.

1. Предложенный способ восстановления деталей позволяет изменять в широких пределах напряжения растяжения, возникающими в результате усадки сварочных швов в ремонтных деталях. Уменьшить вероятность возникновения трещин в сварочных швах и околошовной зоне. Повысить надежность и качество восстановленных деталей.

2. Сварка стыков ремонтных деталей и приварка их к восстанавливаемым с применением подогревателей в сборе и отжигающих валиков исключает возможность образования в зоне сварки закалочных структур, понижающих пластичность материалов и повышающих хрупкость при сравнительно малых зазорах в стыках.

3. Установка ремонтных деталей на ненагретых восстанавливаемых деталях и предварительное их крепление позволяет исключить необходимость сборки нагретых восстанавливаемых деталей с ремонтными и возможность получения ожогов в процессе сборки. В результате увеличивается безопасность выполнения работ и упрощается процесс восстановления.

4. Предложенный способ дает возможность создавать условия, когда после сварки стыков и приварки ремонтных деталей к восстанавливаемым в процессе охлаждения и выравнивания температур происходит нагрев дополнительных ремонтных деталей за счет тепла восстанавливаемых и увеличение их размеров при одновременном охлаждении и уменьшении размеров восстанавливаемых деталей. При охлаждении происходит ослабление натяжения ремонтных деталей на восстанавливаемых от усадки сварочных швов.

5. Способ исключает необходимость подогрева деталей открытым газовым пламенем перед сваркой деталей и упрощает процесс.

Формула изобретения

1. Способ восстановления изношенной детали, включающий обработку изношенных поверхностей восстанавливаемых деталей, установку на них и фиксацию технологических деталей, сварку и последующую обработку, отличающийся тем, что после установки технологических деталей и их фиксации выполняют сначала совместный нагрев, а затем перед сваркой производят охлаждение технологической детали до заданной температуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологические детали перед фиксацией поджимают к восстанавливаемой при помощи сборочного приспособления, поджимные элементы которого охлаждают до заданной температуры.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сварку выполняют в два и более прохода с выдержкой или без выдержки между проходами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2