Совершенствование технологии восстановления коленчатых валов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ Бондарев Сергей Александрович, магистрант Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия

В статье рассмотрены основные особенности современных технологий восстановления коленчатых валов автомобильных двигателей. Обосновано значение технологического процесса восстановления коленчатого вала.

Ключевые слова: коленчатый вал, наплавка, двигатель, технологический процесс.

В связи с истощением природных минеральных ресурсов проблема переработки и дальнейшего использования отходов автомобильного производства, а также восстановления изношенных деталей становится все более актуальной [1-5].

На современном этапе вопросами восстановления коленчатых валов автомобильных, тракторных двигателей и других кривошипов занимаются различные компании по всему миру, при этом основное место (примерно 80 % всех используемых технологий) занимает так называемый «Глисон-процесс» (The Gleason Process). Вильяму Глисону (William R. Gleason) принадлежит авторство на четыре патента в этой области, выданных в США. Два из них посвящены как раз сути и конструктивным особенностям «глисоновского» оборудования для наплавки коленчатых валов, коим пользуются сегодня в мире [5].

Одним из методов является использование оригинальной схемы нанесения металлопокрытий на шатунные шейки вала, при котором наплавляемая шейка движется по орбитальной траектории, а наплавочная головка следует за ней (рис. 2) [6].

12 3

Рисунок 2 - Кинематическая схема нанесения наплавочного металлопокрытия по технологии «The Gleason Process»: 1 - контур профиля шатунной шейки коленчатого вала; 2 - зона горения дуги и формирования наплавочного валика; 3 - траектория движения зоны горения дуги; 4 - радиус кривошипа; 5 - контур профиля коренной шейки коленчатого вала

Суть «Глисон-процесса» заключается в наплавке зоны галтели металлопокрытием с твердостью около 30 HRC и в наплавке рабочей поверхности шейки металлом с твердостью примерно 50 HRC. На рис. 3 приведены зоны сравнительных исследований новых коленчатых в-алов, изготовленных фирмой «Caterpillar», и коленчатых валов после восстановления по технологии компании «Gleason Engineering Industries, Inc.». При этом металлопокрытия обла-дают высокой прочностью (о в =560 МПа - для галтели, о в =1690 МПа - для шейки вала), гибкостью и вязкостью (относительное удлинение составляет 20 и 16 %, соответственно для галтели и шейки) [6].

CC^L'IMIC IIKMKH pry, \ <77,

НО'СИЧИИЛ О ВАЛА,

H»u.riiiii! мсииЛ /УД / 2 \ //A

ли Г.лниил ирацссс^^ тss Si f WA

1Г IT4CIOTITtil Л11 у/л/ \

у a|MKi i-piu:'L'u к  -T^j/A

Твердость 1 [редел lipoillinrni Относи TC.Uiime VAUlllC] lilt'

1.HRCM MO MI [a 20%

2. HRC Efl* 1690 Mlla 16%

* MiiiiiiMj.iiiHiH ИС1ИЧИШ nicprvii:iii

Рис. 3. Физико-механические свойства металла восстановленного коленчатого вала после наплавки двумя проволоками (компания «Gleason Engineering Industries, Inc.»):

1 - зоны галтелей; 2 - зона рабочей поверхности шейки

Еще одной особенностью чисто «Глисон-процесса» является планетарное движение шатунной шейки при наплавке и сложное движение вслед за ней наплавочной горелки, снабженной двумя последовательно заменяемыми проволоками. Металлопокрытия не требуют закалки токами высокой частоты. Твердость приобретается в процессе следующего после наплавки длительного среднего отпуска при температуре около 400 °C и выдержки из расчета 2 часа на один дюйм диаметра шейки [7].

По предложенной в СГТУ имени Ю. А. Гагарина технологии центральная часть шейки наплавлялась порошковой проволокой марки ПП-Нп-35В9Х3СФ (ГОСТ 26101--84) с последующим отпуском при 500 °С в течение одного часа, наплавка галтелей осуществлялась проволокой сплошного сечения марки Нп-30ХГСА (ГОСТ 10543-98) с предвари-тельным подогревом детали до 230 °С. Нанесение всех металлопокрытий производилось по слоем флюса АН-348А (ГОСТ 9087-81). Это позволило получить распределение микротвердости по сечению шейки, близкое к показателям новой детали, а также к показателям современных технологий, применяемых за рубежом для восстановления коленчатых валов дизелей металлопокрытиями [8-9].

Результат проведенных исследований - усовершенствованный технологический процесс восстановления.

Технологический процесс восстановления коленчатых валов дизельных двигателей представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Технологический процесс восстановления коленчатых валов

двигателей

№ п.п. Наименование операции Цель технологической операции

1 Моечная Тщательная очистка коленчатого вала

2 Слесарная Зачистка шеек перед дефектоскопией

3 Дефектовочная 1. Магнитная дефектоскопия; 2. Контроль-сортировка

4 Круглошлифов-альная Предварительная шлифовка с минимальным припуском или на 0,5 мм меньше последнего ремонтного размера

5 Слесарная Удаление, если возможно, трещин

6 Дефектовочная Контрольная магнитная дефектоскопия

7 Термическая Предварительный подогрев шеек коленчатого вала до температуры от 100 °С до 250 °С

8 Наплавочная Наплавка шеек в-ала (центральную часть шейки - порошковой проволокой марки ПП-Нп-35В9Х3СФ, галтели - проволокой сплошного сечения марки Нп-30ХГСА

9 Термическая Отпуск при температуре 500 оС в течении 1 часа

10 Токарно-винторезная Черновое точение шеек в пределах 0,5 мм до номинального размера

11 Слесарная Вскрытие и зенкование масляных отверстий

12 Термическая Нагрев коленчатого вала в пределах 340.. .400 °С

13 Прессовая Правка в-ала в горячем состоянии

14 Дефектовочная Магнитная дефектоскопия

15 Круглошлифов-альная 1. Восстановление поверхности шлифовального круга к установленному заводом-изготовителем размеру радиуса галтели; 2. Чистовая шлифовка шеек коленчатого вала; 3. Полирование шеек коленчатого вала

16 Слесарная Монтаж съемных противовесов, заглушек и других деталей

17 Балансировочная Динамическая балансировка коленчатого вала

18 Дефектовочная Окончательная магнитная дефектоскопия

19 Моечная Мойка с продувкой маслоканалов

20 Контрольная Контроль основных геометрических параметров коленчатого вала

21 Упаковочная Упаковка с консервацией

На основании принятых методик расчета экономической эффективности новых технологий за критерии экономической оценки принимались коэффициент относительной экономической эффективности КЭ и уточненная себестоимость Св восстановления шеек коленчатого вала двигателя Ка-

мАЗ-740 по рекомендованному выше технологическому процессу. При этом выполнялось условие

Cв < Цнов

где Цнов - цена новой детали.

Расчетная себестоимость одного вала при программе 300 шт. валов в год составляет: Св = 6776,49 руб.

Однако в условиях современной рыночной экономики возникают трудности в определении программы восстановления за год. При условии внедрения предлагаемого технологического процесса на предприятиях автомобильного транспорта можно определить коэффициент относительной экономической эффективности:

*э=Ц^

Св .

60000 „_ Кэ =-= 8,85

Следовательно 6776,49

Отсюда годовой эффект Эг будет равен: Эг =

Таким образом, анализ технологического процесса восстановления коленчатых валов наплавкой позволяет сделать вывод о том, что при использовании предложенного технологического процесса стоимость восстановленного коленчатого вала будет значительно ниже стоимости нового, а качество не будет уступать новому коленчатому валу.

Список литературы

1. Новиков Е.П. Технология переработки алюминиевых деталей автомобилей до микро и нанофракций [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе : сб. науч. трудов по материалам ежегод. конф. Выпуск 2 - Воронеж - 2015 - С. 328-333.

2. Новиков Е.П. К вопросу о переработке алюминиевых отходов электроэрозионным диспергированием [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А. Д. Сытченко // Современные материалы, техника и технологии : науч.- практ. журнал №1. - Курск: ЮЗГУ -2015 - С. 168-173.

3. Новиков Е.П. Методы переработки алюминиевых отходов автомобильного производства [Текст] / Е.П. Новиков // Будущее науки - 2015 : сб. науч. статей 3-й Межд. науч.-практ. конф. в 2 томах (Том 2). - Курск: ЮЗГУ - 2015 - С. 287-293.

4. Новиков Е.П. Изучение формы и морфологии порошка, полученного из отходов алюминия методом электроэрозионного диспергирования [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеева, Д. А. Чумак-Жунь // Известия ЮЗГУ. Серия: техника и технологии. - 2015. -№4 (17).

5. Технологическое обеспечение качества восстановленных коленчатых валов дизельных двигателей / А. С. Денисов [и др. ] // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2010. - № 49. - С. 49-55.

6. Тугушев, Б. Ф. Мировая практика восстановления коленчатых валов / Б. Ф. Ту-гушев // Восстановление и упрочнение деталей машин: межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2001. - С. 69-85.

7. Горшенина, Е.Ю. Технологическое обеспечение качества восстановленных коленчатых валов дизельных двигателей с учетом их напряженно-деформированного состояния [Рукопись] : автореферат дис. ... канд. техн. наук : 05.22.10 / Екатерина Юрьевна Горшенина. - Саратов, 2011. - 20 с.

8. Горшенина, Е.Ю. Двухпроволочная наплавка коленчатых валов / Е. Ю. Горшенина, Б. Ф. Тугушев // Молодые ученые - науке и производству: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 34-38.

9. Логинов, П.К. Способы и технологические процессы восстановления изношенных деталей: учебное пособие / П.К. Логинов, О.Ю. Ретюнский; Юргинский технологический институт. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. -217 с.

10. Технология технического обслуживания и ремонта автомобилей/ Агеев Е.В.//учебное пособие для студентов вузов / Е. В. Агеев ; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Курский гос. технический ун-т". Курск, 2008.

11. Теоретические и нормативные основы технической эксплуатации автомобилей/ Агеев Е.В.// Курск, 2008.

12. Теоретические аспекты технической эксплуатации автомобилей/ Агеев Е.В., Агеева Е.В.//Курск, 2013.

13. Особые условия технической эксплуатации и экологическая безопасность автомобилей/ Агеев Е.В.// учебное пособие для студентов вузов / Е. В. Агеев ; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Курский гос. технический ун-т". Курск, 2008.

14. Применение вариаторов в современном автомобилестроении/ Кретов Р.А., Горохов А. А.// В сборнике: Юность и знания - гарантия успеха Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор Разумов М.С.. Курск, 2014. С. 192-196.

15. Горохов А. А., Павлов И. А., Реконструкция перекрестка проспекта В.Клыкова и улицы сумской города Курска, Будущее науки-2013: материалы Международной молодежной научной конференции (23-25 апреля 2013 года), в 3-х томах, Том 3, Юго-Зап. гос. ун-т., Курск, 2013, 119-122 с.

Bondarev Sergey Aleksandrovich, undergraduate Southwest state university, Kursk, Russia

IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY OF RESTORATION CRANKED SHAFT

In article the main features of modern technologies of restoration of cranked shaft of automobile engines are considered. Value of technological process of restoration of a cranked shaft is proved.

Keywords: cranked shaft, naplavka, engine, technological process.