Способ восстановления вала

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при восстановлении валов. Осуществляют механическую обработку шеек вала с технологическим заглублением в тело вала на всей ширине восстанавливаемой поверхности. Устанавливают с предварительным натягом компенсирующие износ металла тонкостенные накладки в виде разрезного кольца или полуколец. При этом используют тонкостенные накладки, ширину b, длину L и толщину δл которых определяют из приведенного выражения. Закрепляют накладки на обработанных шейках путем сварки их стыков и проваривания их с шейкой вала. При этом получают стыковый сварной шов. Устанавливают электрозаклепки на поверхности накладок по обе стороны от стыкового сварного шва. Ближайшие от стыкового сварного шва электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм. Приваривание тонкостенных накладок к шейкам вала осуществляют кольцевыми сварными швами сверху края накладок по кромке их рабочих поверхностей с обеспечением натяга между шейками и накладками, величина которого составляет 0,05-0,1 мм. Шлифуют шейки в номинальный или ремонтный размер. В результате обеспечивается повышение качества восстановленных валов. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов, заключающийся в том, что на изношенную поверхность детали наносят клей, затем устанавливают разрезное кольцо и поджимают его к детали в процессе отвердевания клея (пат. США №3419949, кл. 29-401, опуб. 1969 г.).

Недостатком данного способа является низкое качество восстановленных деталей, т.к. в процессе их дальнейшей обработки и эксплуатации возможно отслаивание поверхности разрезного кольца из-за разрушения клеевого слоя.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов, при котором на изношенную поверхность детали наносят клей, устанавливают на него разрезное упругое кольцо, поджимают его к детали и механически обрабатывают после затвердевания клея, при этом в зоне стыка поджима кольца к детали его стыки сваривают между собой (а.с. 3742095, В23Р 7/00).

Недостатком данного способа является нарушение точности формы восстановленной шейки из-за отсутствия жесткой связи ленты с телом вала и разрушения клеевого слоя.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ восстановления коленчатого вала, включающий механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности на всей ширине между щеками шейки с образованием галтелей, закрепление с натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла накладок в виде разрезного кольца или полуколец и последующее их шлифование в номинальный размер, при этом после механической обработки коленчатый вал подвергают высокому отпуску, для чего помещают в холодную печь, нагревают в течение 3-4 ч до t=500-600°С, выдерживают при этой температуре в течение 4-6 часов, а затем охлаждают вместе с печью. При этом на разрезных кольцах выполняют сквозные отверстия диаметром 5-7 мм и закрепляют кольца на обработанных шейках путем сварки их стыков, проваривая их с шейкой вала, сварной шов располагают в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, охлаждают сварной шов до температуры окружающей среды с обеспечением натяга разрезного кольца 0.1...0.15 мм, а затем первым проваривают отверстие разрезного кольца с шейкой вала, которое расположено напротив сварного шва, а остальные отверстия проваривают, симметрично приближаясь к сварному шву, причем используют разрезные кольца шириной b, длиной L и толщиной δ:

b=Lш-2r-(1-2) мм,

L=πdb+(2-4) мм,

δлл.остл.р.рл.изн.р.рл.шл,

где Lш - ширина шейки вала между щеками;

r - радиус галтели;

db - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки:

δл - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δл.р.р - величина, компенсирующая все ремонтные размеры;

δл.изн.р.р - величина, компенсирующая предельный износ шейки вала после последнего ремонтного размера вала;

δл.ост - остаточная величина толщины разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца после последнего ремонтного размера;

δл.шл - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер, а полукольца закрепляют на обработанных шейках путем сварки стыков, проваривая их с шейкой вала, и располагают первый сварной шов расположенным в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, а второй шов - относительно первого с поворотом на 180° (пат. РФ №2235009, В23Р 6/00, F16С 3/6).

Недостатком данного способа является следующее.

В начальный период работы сопряжения накладка-шейка вала (при диаметре вала более 80 мм) из-за трения в сопряжении, нагрева смазочного масла, при быстром нагреве накладки происходит медленный нагрев вала из-за его большой массы и низкой теплопередачи от накладки к телу вала, что приводит к удлинению накладки и снижению натяга в сопряжении с возможностью появления зазора. При возникновении знакопеременных нагрузок происходит разрыв накладки восстановленной шейки.

Задача изобретения - повышение качества восстановленных валов больших диаметров за счет выравнивания температуры нагревания накладки и шейки вала при неустановившихся тепловых режимах работы двигателя в его начальный период работы.

Поставленная задача решается за счет того, что способ восстановления вала, включающий механическую обработку шеек вала с технологическим заглублением в тело вала на всей ширине восстанавливаемой поверхности, установку с предварительным натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла тонкостенных накладок в виде разрезного кольца или полуколец, закрепление накладок на обработанных шейках путем сварки их стыков и проваривания их с шейкой вала с получением стыкового сварного шва, установку на поверхности накладок по обе стороны от стыкового сварного шва электрозаклепок и последующее шлифование шеек в номинальный или ремонтный размер, при этом используют тонкостенные накладки шириной b, длиной L и толщиной δл, которые определяют из следующего математического выражения:

b=Lш-2r-(1-2) мм,

L=πdb+(2-4) мм,

δлл.остл.р.рл.изн.р.рл.шл,

где Lш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

db - расчетный диаметр механически обработанной восстанавливаемой шейки;

δл - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δл.р.р - величина, компенсирующая все ремонтные размеры шейки;

δл.изн.р.р - величина, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере вала;

δл.ост - остаточная величина толщины разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала.

δл.шл - припуск на шлифование в окончательный размер, при этом ближайшие от стыкового сварного шва и размещенные по обе стороны от него электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм, а после установки электрозаклепок осуществляют приваривание тонкостенных накладок к шейкам вала кольцевыми сварными швами сверху края накладок по кромке их рабочих поверхностей с обеспечением натяга между шейками и накладками, величина которого составляет 0.05-0.1 мм.

Новые существенные признаки:

1. Ближайшие от стыкового сварного шва и размещенные по обе стороны от него электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм.

2. После установки электрозаклепок осуществляют приваривание тонкостенной накладки к шейке вала кольцевыми сварными швами сверху края накладки по кромке ее рабочей поверхности с обеспечением натяга между шейкой и накладкой.

3. Величина натяга составляет 0.05-0.1 мм.

Перечисленные новые существенные признаки необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат, заключающийся в создании условий выравнивания нагрева сопряжения накладка-шейка вала в начальный период работы сопряжения до выхода на нормальный тепловой режим (80-100°С) и в неустановившихся тепловых режимах работы двигателя достигается за счет стыкового осевого, кольцевых сварных швов и электрозаклепок, которые создают также жесткое соединение накладки с шейкой вала с натягом. При этом достигается максимальная теплопередача в сопряжении накладка-шейка вала с обеспечением равномерности нагрева - охлаждения накладки-шейки вала.

Создание натяга накладок 0.05÷0.1 мм обеспечивает надежную посадку с гарантированным натягом в сопряжении накладка-шейка вала. Это позволяет на операции шлифования обеспечивать жесткий (0.01÷0.02 мм) допуск на заданные размеры шейки вала. Создание натяга в сопряжении увеличивает теплопередачу в зоне контакта накладка-шейка вала и предотвращает проворачивание и смещение накладки относительно шейки вала при минимальном нагреве вала от сварных швов. На неустановившихся тепловых режимах и в начальный период работы двигателя сохраняется постоянный натяг в сопряжении накладка-шейка вала.

Кольцевые сварные швы, приваривая сверху края по кромке рабочей поверхности накладок, обеспечивают минимальное проплавление шейки вала и минимально необходимую теплопередачу от накладки в тело шейки вала по образующей поверхности накладок, что приводит к выравниванию нагрева накладок и шеек вала в начальный период работы сопряжения и на неустановившихся режимах. Кольцевые и осевые сварные швы по контуру накладки повышают механическую прочность соединения накладки с поверхностью вала в процессе работы восстановленного вала.

На фиг.1 схематично изображена шейка вала с накладкой.

Фиг.2 - развертка накладки.

Шейка вала содержит цилиндрическую часть 1 и охватывающую накладку 2, в которой могут быть выполнены отверстия 3 диаметром 5÷7 мм для электрозаклепок, отверстие 4 для подвода смазочного масла, галтели 5, кольцевые сварные швы 6, приваренные сверху края по кромке рабочей поверхности 7, накладки 2. Сварной шов 8 соединяет стыки накладки 2.

Накладка 2 может быть выполнена в виде разрезного кольца или полукольца, как с отверстиями 3 под электрозаклепки, так и без них, если используется электороконтактная сварка. В этом случае центр отверстия 3 является также центром электроконтактной сварки.

При ширине разрезного кольца до 50 мм устанавливают электрозаклепки в один ряд по линии симметрии. При ширине более 50 мм - в два ряда или в шахматном порядке, т.е. со смещением одного ряда относительного другого. При этом расстояние от центра отверстий 3 до края разрезного кольца 2 составляет a=15-20 мм, а расстояние от стыка разрезного кольца 2 до центра ближайшего отверстия 3 не менее 15 мм. Ширина разрезного кольца рассчитывается по формуле:

b=Lш-2r-(1-2) мм,

где Lш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

(1-2) мм - технологический зазор между разрезным кольцом и галтелью.

Длина ленты L

L=πdb,

db - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки вала.

Толщина разрезного кольца δл для восстановления шейки в номинальный размер включает в себя величину, компенсирующую все ремонтные размеры δл.р.р (0.5 мм), величину, компенсирующую предельный износ шейки вала после последнего ремонтного размера δл.изн.р.р (0.1-0.15) мм, остаточную величину толщины разрезного кольца, необходимую для обеспечения механической прочности самого разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала δл.ост (0.5-1.0) мм и припуск на шлифование в окончательный размер (0.25-0.50) мм.

Для типового расчета толщины разрезного кольца, обеспечивающего восстановление шейки вала в номинальный размер,

δл=0.5+0.5+0.1=1.6 мм

Для определения толщины разрезного кольца, обеспечивающего восстановление шейки вала в ремонтный размер, ее толщина уменьшается на соответствующий ремонтный размер:

δл.рл.р.рш/2,

где Δш - уменьшение диаметра шейки вала для соответствующего ремонтного размера.

Остаточная толщина разрезного кольца δл.ост включает в себя и дефектный слой поверхности шейки с трещинами, прижогами и т.п.

Если дефектный слой превышает установленную толщину δл.ост, то дефекты устраняют сваркой либо вал выбраковывают.

Перед восстановлением валов проводят подготовительные операции: разборку и мойку, определение технического состояния вала после эксплуатации: наличие трещин, контроль твердости шеек, правку.

Правку вала осуществляют путем внесения сжимающих напряжений в галтели 5 шеек со стороны вогнутой центральной оси. Затем проводят шлифование и полирование шеек и галтелей 5 в расчетный размер (обычно меньше 0.5-1.5 мм последнего ремонтного размера, снимая тем самым слой металла с расположенными в нем трещинами).

Изготавливают из стальной ленты толщиной δл<2 мм разрезные кольца 2 или при больших толщинах ленты (более 2 мм) полукольца. Для чего нарезают полосы в расчетные размеры.

Ширина разрезного кольца

b=Lш-2r-(1-2) мм,

где Lш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

(1-2) мм - технологический зазор между разрезным кольцом и галтелью.

Длина ленты для разрезного кольца

L=πdb,

где db - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки вала.

Длина ленты для двух полуколец

L=πdb.

Сгибают полосу в разрезное кольцо 2.

Затем на свернутых кольцах 2 сверлят отверстия 4 под смазочный канал и электрозаклепки 3, диаметр последних 5-7 мм. При ширине b разрезного кольца 2 до 50 мм устанавливают электрозаклепки в один ряд по линии симметрии шейки. При ширине ленты более 50 мм - в два ряда симметрично или в шахматном порядке, т.е. со смещением одного ряда относительно другого. При этом расстояние от центра отверстий 3 до краев разрезного кольца должно составлять 15-20 мм, а расстояние от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия должно быть не менее 15 мм. Затем, используя упругие свойства разрезного кольца 2, его разжимают и надевают на шейку вала с предварительным натягом за счет того, что внутренний диаметр наружного кольца 2 меньше наружного диаметра восстанавливаемой шейки, при этом получают зазор в стыке 4-5 мм. Если используют полукольца, то в обоих стыках зазор составит 4-5 мм каждый.

Совмещают смазочные отверстия 4 в шейке вала и разрезного кольца 2 и производят предварительную фиксацию. После чего сваривают стыки разрезного кольца 2, например, плазменной сваркой, проваривая их с шейкой вала осевым, стыковым сварным швом 8.

Заваривают отверстия 3 в разрезном кольце 2, приваривая его к шейке вала, создавая, таким образом, электрозаклепки, дополнительно фиксирующие разрезное кольцо 2 на шейке вала. При этом первую электрозаклепку ставят, например, в отверстие 3, в обе стороны от осевого сварного шва 8 на расстоянии не менее 15 мм. Последующие электрозаклепки устанавливаются с шагом 20-30 мм. После чего приваривают кольцевыми сварными швами 6 сверху края рабочей поверхности 7 тонкостенных накладок 2 к телу шейки вала 1. Затем проводят зачистку сварных швов и шлифованием и полированием шеек в заданный размер. После чего методом дефектоскопии убеждаются в отсутствии сварочных трещин.

Способ восстановления вала, включающий механическую обработку шеек вала с технологическим заглублением в тело вала на всей ширине восстанавливаемой поверхности, установку с предварительным натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла тонкостенных накладок в виде разрезного кольца или полуколец, закрепление накладок на обработанных шейках путем сварки их стыков и проваривания их с шейкой вала с получением стыкового сварного шва, установку на поверхности накладок по обе стороны от стыкового сварного шва электрозаклепок и последующее шлифование шеек в номинальный или ремонтный размер, при этом используют тонкостенные накладки, ширину b, длину L и толщину δл которых определяют из следующего математического выражения

b=Lш-2r-(1-2) мм,

L=πdb+(2-4) мм,

δлл.остл.р.р.л.изн.р.р.л.шл,

где Lш - ширина шейки вала;

r - радиус галтели;

db - расчетный диаметр механически обработанной восстанавливаемой шейки;

δл - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δл.р.р. - величина, компенсирующая все ремонтные размеры шейки;

δл.изн.р.р. - величина, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере;

δл.ост - остаточная величина толщины разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала;

δл.шл - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер, отличающийся тем, что ближайшие от стыкового сварного шва и размещенные по обе стороны от него электрозаклепки располагают на расстоянии от шва не менее 15 мм, а после установки электрозаклепок осуществляют приваривание тонкостенных накладок к шейкам вала кольцевыми сварными швами сверху края накладок по кромке их рабочих поверхностей с обеспечением натяга между шейками и накладками, величина которого составляет 0,05-0,1 мм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к ремонтному производству и может быть использовано для восстановления постелей коренных подшипников кривошипно-шатунного механизма двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к комбинированным методам обработки металлов и может быть использовано для восстановления изделий из чугуна немеханической обработкой. .
Изобретение относится к области ремонтного производства и может быть использовано на машиностроительных и ремонтно-технических предприятиях агропромышленного комплекса.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для восстановления бандажированного ролика моталок станов горячей прокатки.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к ремонту металлургического оборудования, и может быть использовано для восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к нанесению покрытий из металлических порошков при восстановлении деталей триботехнического назначения.
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для восстановления чугунных рабочих валков листопрокатных станов с поврежденными в процессе эксплуатации шейками.
Изобретение относится к насосному оборудованию, в частности к штанговым глубинным насосам (ШГН), применяемых при эксплуатации нефтяных скважин, и может быть использовано при их ремонте, заключающемся в восстановлении величины зазора между цилиндром и плунжером.
Изобретение относится к области металлургии, а именно способам восстановления чугунных рабочих валков с поврежденными в процессе эксплуатации шейками. .

Изобретение относится к способам восстановления работоспособности контактных наконечников к сварочным горелкам. .
Изобретение относится к области упрочнения или восстановления рабочих поверхностей деталей и может быть использовано для восстановления деталей типа вал, втулка или посадочных отверстий деталей
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к ремонту металлургического оборудования, и может быть использовано для восстановления плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков в подушках опорных валков станов горячей и холодной прокатки

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при восстановлении валов

Изобретение относится к области технологических процессов машиностроения, в частности к ремонту блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к авторемонтному производству и может быть использовано при восстановлении постелей коренных подшипников блока цилиндров (КПБЦ) двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к восстановлению физико-механических свойств металла корпусов энергетических реакторов

Изобретение относится к восстановлению изношенных шеек валов механической обработкой

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов

Изобретение относится к области восстановления и ремонта металлических изделий и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности

Изобретение относится к способу механической обработки компонентов двигателя внутреннего сгорания посредством изменяющего качество поверхности обрабатывающего инструмента
Наверх