СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИВАЛОЧНЫХ ПЛОСКОСТЕЙ ГОЛОВОК ЦИЛИНДРОВ
METHOD OF RECLAIMING CYLINDER HEAD MOUNTING PLANES

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из черных и цветных металлов и сплавов, например, для восстановления с упрочнением привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей.
В ремонтном производстве известен способ восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров двигателей, включающий предварительную подготовку восстанавливаемой поверхности, ее обезжиривание, нагрев головки в печи до температуры 410±15°С, покрытие привалочной плоскости слоем флюса, погружение головки в кокиль с расплавом алюминиевого сплава АК9ч, нагретого до температуры 685±10°С, и сообщение головке колебательных движений в горизонтальной плоскости. В результате более низкой температуры восстанавливаемой головки цилиндров расплав постепенно кристаллизуется («намораживается») на привалочной плоскости [Новиков А.Н. Ремонт деталей из алюминия и его сплавов: Учебное пособие. - Орел: Орловская государственная сельскохозяйственная академия, 1997. - 57 с.].
Однако данный способ имеет очень узкие интервалы изменения технологических параметров, при которых получается качественный слой твердого сплава заданной толщины. Кроме того, для его реализации необходимо сложное энергоемкое оборудование.
2
Известен способ восстановления изношенных привалочных плоскостей головок блока двигателей внутреннего сгорания. Он включает в себя установку заглушек в отверстия головки блока, нанесение при температуре 15…30°С на изношенную плоскость головки состава для восстановления, состоящего из связующего материала и металлического наполнителя с размером зерен 0,1…200 мкм, выдержку на воздухе в течение 5…10 мин и опрессовку нанесенного состава давлением 40…50 кгс/см через опрессовочную плиту из фторопласта с отверстиями. После этого производят термообработку совместно с опрессовочной плитой путем нагрева детали до температуры 160…170°С с последующим охлаждением на воздухе. Затем выполняют механическую обработку восстановленной привалочной плоскости [А.С. СССР 1558619, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. №15, 1990].
Однако привалочные плоскости головок цилиндров, восстановленные данным способом, обладают низкой износо- и коррозионной стойкостью.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей из алюминиевых сплавов, включающий приращение восстанавливаемой поверхности дозвуковой электродуговой металлизацией, механическую обработку и упрочнение этой поверхности микродуговым оксидированием (МДО) [Патент РФ 2228246, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. №13, 2004 - прототип].
Недостатком данного способа является то, что электродуговая металлизация с дозвуковыми скоростями не позволяет обеспечить высокую прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении на деталь, а использование указанных технологических режимов и оборудования приводит к большим потерям присадочной проволоки. Кроме этого высокая пористость нанесенного слоя существенно снижает коррозионную стойкость покрытия, сформированного на нем МДО.
Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных деталей.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, коэффициента использования присадочной проволоки, а также коррозионной стойкости покрытия, сформированного МДО.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей из алюминиевых сплавов, включающем приращение восстанавливаемой поверхности электродуговой металлизацией, механическую обработку и упрочнение этой поверхности микродуговым оксидированием, согласно изобретению электродуговая металлизация является сверхзвуковой и производится при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 400…410 м/с, давлении сжатого воздуха 0,70…0,75 МПа, рабочем токе дуги 370 А, рабочем напряжении дуги 25…27 В и скорости подачи присадочной проволоки АМц-3 - 12…13 м/мин.
Способ осуществляют следующим образом.
3
Для восстановления изношенных привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей вначале производят предварительную подготовку головки к металлизации. Она включает механическую обработку привалочной плоскости на вертикально-фрезерном станке модели 6М12П до выведения следов изнашивания, получение насечек на внешних краях плоскости разъема, камер сгорания и всех углублений (кроме сквозных отверстий под шпильки) с помощью специального ударного приспособления или гидравлического пресса и обработку в закрытой камере струей воздуха, содержащей корунд, стальную колотую дробь или чугунную крошку. Давление воздуха при обработке в закрытой камере 0,6…0,9 МПа, расход материала в среднем 1,7 м/мин, дистанция обработки 140…160 мм, угол наклона струи воздуха с материалом к обрабатываемой привалочной плоскости головки цилиндров 80°, скорость перемещения головки цилиндров относительно распыляющего пистолета 0,6 м/мин.
Перед сверхзвуковой электродуговой металлизацией отверстия камер сгорания и водяной рубашки охлаждения головки цилиндров закрывают асботекстолитовыми пробками. Механизированная установка для сверхзвуковой электродуговой металлизации привалочных плоскостей головок цилиндров автотракторных двигателей содержит сверхзвуковой металлизатор ЭДМ-9ШД тянущего типа, выпускаемый ГНУ «ГОСНИТИ», блок управления, двухкатушечную кассету для присадочной проволоки, металлизационную камеру и источник питания ВДУ-506 мощностью 12 кВт. Процесс осуществляют в металлизационной камере. Ее конструкция позволяет устанавливать и перемещать в разных плоскостях головку цилиндров и металлизатор. Режимы сверхзвуковой электродуговой металлизации: скорость истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 400…410 м/с, давление сжатого воздуха 0,70…0,75 МПа, рабочий ток дуги 370 А, рабочее напряжение дуги 25…27 В, скорость подачи присадочной проволоки АМц-3 диаметром 2,0 мм 12…13 м/мин, расстояние от сопла сверхзвукового металлизатора до привалочной плоскости головки цилиндров 120…130 мм, продолжительность процесса 10…12 мин. В качестве присадочной проволоки также можно использовать проволоки АМг-2 и АМг-3 диаметром 2,0 мм.
-1
После сверхзвуковой электродуговой металлизации привалочную плоскость головки цилиндров подвергают механической обработке - фрезерованию. Для этого головку устанавливают в приспособление на вертикально-фрезерном станке модели 6М12П. Фрезерование выполняют при частоте вращения фрезы 2000 мин, глубине резания 0,5…0,8 мм и скорости подачи стола 200 м/мин. Затем выполняют необходимые сверлильные работы, зенкуют фаски установочных отверстий на глубину 2…3 мм и фаски под шпильки. Для этого используют вертикально-сверлильный станок модели 2Н135 и зенковку.
Фрезерование привалочной плоскости головки цилиндров ведут до определенных размеров с учетом их увеличения при МДО.
2
Затем осуществляют упрочнение привалочной плоскости головки цилиндров МДО в щелочном электролите следующего состава: едкий калий 1 г/л, жидкое стекло 6 г/л, дистиллированная вода - остальное. Режимы обработки: плотность тока 15 А/дм, температура электролита 18…23°С, продолжительность 2 часа. Прирост размеров составляет 140…150 мкм.
Прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, определяли клеевым методом на разрывной машине. Коррозионную стойкость восстановленных привалочных плоскостей головок цилиндров оценивали в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 9.302-88 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля».
При приращении привалочной плоскости головки цилиндров из-за сверхзвуковой скорости истечения потока воздуха из распылительной головки металлизатора нанесенный слой металла имеет тонкую равномерную микроструктуру по всей толщине с минимальной пористостью и плотной переходной зоной, при этом глобулярные частицы отсутствуют. Применяемый сверхзвуковой металлизатор позволяет снизить угол факела распыла. В результате прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, коэффициент использования присадочной проволоки, а также коррозионная стойкость покрытия, сформированного МДО, существенно увеличиваются (таблица).
Таблица
Показатели
Прототип
Предлагаемый способ
1. Прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, МПа
34…35
45…46
2. Коэффициент использования присадочной проволоки
0,55
0,70
3. Коррозионная стойкость покрытия, сформированного МДО, %
100
150
4. Долговечность восстановленной и упрочненной детали, %
100
140
Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления привалочных плоскостей головок цилиндров позволяет в среднем на 30% увеличить прочность сцепления слоя металла, нанесенного при приращении, на 40% коэффициент использования присадочной проволоки и на 50% - коррозионную стойкость покрытия, сформированного МДО. В результате долговечность восстановленных и упрочненных деталей увеличивается не менее чем на 40%.