Анализ существующих методов восстановления привалочной плоскости головок блока цилиндров

УДК 621.7

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИВАЛОЧНОЙ ПЛОСКОСТИ ГОЛОВОК БЛОКА ЦИЛИНДРОВ

Степанов Михаил Викторович, кандидат технических наук, доцент Трушина Лидия Николаевна, доцент Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева,

Москва, РФ

В статье рассмотрен анализ существующих методов восстановления привалочной плоскости головок блока цилиндров, являющейся базовой деталью, которая обеспечивает заданное конструкцией двигателя взаимное расположение деталей механизма газораспределения. Ключевые слова: головка блока цилиндров; привалочная плоскость; наплавка; композиционные материалы; термообработка.

ANALYSIS OF EXISTING METHODS OF RESTORATION OF THE CYLINDER HEAD STOPPING PLANE

Stepanov Mikhail Viktorovich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor; Trushina Lidiya Nikolaevna, associate professor, Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

The article deals with the analysis of existing methods of restoration of the cylinder head stopping plane, which is the basic part that provides a given design of the engine relative position of the parts of the gas distribution mechanism.

Keywords: cylinder head; landing plane; surfacing; composite materials; heat treatment.

Для цитирования: Степанов М. В., Трушина Л. Н. Анализ существующих методов восстановления привалочной плоскости головок блока цилиндров // Наука без границ. 2019. № 1(29). С. 26-30.

По своему конструктивному назначению головка блока цилиндров относится к базовой детали, обеспечивающей заданное конструкцией двигателя взаимное расположение деталей и сборочных единиц механизма газораспределения. Головка блока цилиндров представляет собой деталь сплошной конфигурации с многочисленными сужениями и расширениями стенок водяной рубашки, впускными и выпускными каналами.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), являясь частью камеры сгорания, испытывает значительные внешние и внутренние нагрузки, а также воздействия высокой температуры, коррозионной и абразив-

ной сред. Эти условия являются причиной изнашивания клапанных гнезд, при-валочных плоскостей разъема, выгорания металла, появления трещин на рубашке охлаждения, срыва и износа резьбы, ослабления посадки седел клапанов и других дефектов[1].

На сегодняшний день в ремонтном производстве применяются следующие способы восстановления и ремонта головок блока цилиндров из алюминиевых сплавов: аргонодуговая наплавка, наплавка намораживанием, восстановление полимерными композициями, газодинамическое напыление, плазменная металлизация, электродуговая металлизация [2, 3, 4].

Аргонодуговая наплавка

Наплавка - это процесс нанесения слоя металла плавлением посредством установления межатомных связей между восстанавливаемой поверхностью и наплавляемым материалом. Для восстановления алюминиевых головок блока применяютэлектродуговую наплавку не-плавящимся (вольфрамовым) электродом в среде аргона. В качестве наплавляемого материала используют присадочную проволоку.

Аргонодуговой наплавке, применяемой главным образом для восстановления алюминиевых головок блокав ремонтном производстве, присущ ряд недостатков, таких как значительные термические воздействия на деталь, способствующие образованию растягивающих внутренних напряжений, которые приводят впоследствии к деформации привалочной плоскости, а также низкая производительность восстановления [5].

Наплавка намораживанием

Одной из разновидностей наплавки является наплавка намораживанием. Головку блока погружают в кокиль с расплавом алюминиевого сплава и сообщают колебания в горизонтальной плоскости одновременно с качательными движениями. В результате более низкой температуры детали расплава постепенно кристализуются («намораживаются») на поверхности восстанавливаемой головки блока. Недостатком способа является то, что, несмотря на внешнюю простоту, данный способ имеет весьма узкие интервалы изменения технологических параметров, при которых получается качественный слой твердого сплава заданной толщины.

Восстановление композиционными материалами

Сущность восстановления привалочной плоскости ГЦБ композиционными материалами заключается в нанесении

на плоскость полимерных композиций с последующей термообработкой. Данный метод позволяет восстанавливать деталь многократно.

Основным недостатком способа является низкая коррозионая стойкость покрытия.

Газодинамическое напыление

Газодинамическое напыление представляет собой процесс нанесения покрытий, включающих в себя нагрев сжатого газа, подачу его в сверхзвуковое сопло, иформирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого материала.

В качестве порошковых материалов используются порошки металлов, сплавов или их металлические смеси с керамическими порошками [6, 7, 8].

При этом путем изменения режимов работы оборудования можно наносить металлические покрытия требуемых составов. Изменением режимов можно также менять пористость и толщину напыляемого покрытия.

Недостатком способа является невысокая адгезия, низкая производительность и высокая стоимость применяемого оборудования.

Плазменная металлизация

При плазменной металлизации расплавление присадочного материала, дис-пергация и разгон частиц осуществляется тепловыми динамическими свойствами плазменной струи. В поток нагретого газа вводится присадочный материал. Образующиеся расплавленные частицы материала выносятся потоком горячего газа из сопла и напыляются на поверхность детали. Вкачестве плазмообразующего газа обычно используется аргоно-азотная смесь, в качестве транспортирующего -аргон.

К достоинствам способа можно отнести высокую адгезию напыленного слоя с основной, которая обеспечивается благодаря термической активации поверхности основы, что приводит к образованию химических связей.

Недостатком способа является возможность нанесения покрытия толщиной только 2,5 мм, учитывая, что припуск намеханическую обработку составляет до 20 % от толщины напыленного слоя, после обработки толщина покрытия составляет до 2,0 мм. Таким образом, способ не обеспечивает 100 %-го восстановления прива-лочных плоскостей головок цилиндров ДВС, так как максимальный износ достигает 3,3 мм. Также недостатком способа является сложность и высокая стоимость применяемого оборудования [9].

Электродуговая металлизация

Наиболее прогрессивным методом восстановления привалочных плоскостей ГБК в настоящее время является электродуговая металлизация.Она представляет собой процесс, при котором металл расплавляется электрической дугой и затем струей сжатого воздуха наносится на поверхность восстанавливаемой головки блока.

Дуговая металлизация имеет ряд преимуществ, связанных, в первую очередь, с возможностью повышения производительности засчет использования больших сил тока. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из сплавов. Восстанавливаемая головка блока с поверхности не проплавляется, и температура ее повышается не более чем на 100-150°С, поэтому не проис-

ходит коробление и нарушение термообработки. Для электродуговой металлизации изношенных поверхностей деталей из алюминиевых сплавов применяется присадочная проволока, подбор которой ведется в зависимости от химического сплава, из которого изготовлена деталь, эксплуатационного назначения рабочих поверхностей, характера и размеров дефектов. При использовании высокоуглеродистой проволоки напыляемое покрытие имеет высокую твердость [10, 11].

Электродуговая металлизация имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами, что способствует ее широкому применению: высокая производительность нанесения покрытия - до 20 кг/час; получение покрытий толщиной от 0,1 до нескольких миллиметров; высокая износостойкость в 1,5-1,8 раза выше закаленной Ст.45, обусловлена хорошей масловпитываемостью и удержанием масла в микропорах покрытия; при незначительных температурах (температура нагрева детали 100-150°С) отсутствуют деформации деталей, которые неизбежны при наплавке; простота и технологичность процесса, возможность нанесения покрытия на поверхности деталей из различного материала; получение металлопокрытия с заданными свойствами из различных материалов проволоки; позволяет получить низкую удельную себестоимость нанесения покрытия в 1,4-1,8 раза ниже наплавки. Особенно ценнымсвойством является способность металлизационных покрытий в течение длительного времени продолжать нормальную работу без доступа смазки до момента схватывания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Подготовка поверхностей деталей для нанесения упрочняющих покрытий / И. Н. Кравченко, Ю. В. Катаев, В. А. Сиротов, Я. В. Тарлаков // Сельский механизатор. 2017. № 8. С. 3638.

2. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники : учебное по-

собие / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Д. И. Петровский, Ю. В. Катаев. - М. : ФГБНУ «Ро-синформагротех». 2018. 184 с.

3. Оценка остаточных напряжений и прочности покрытий повышенной толщины при послойном их формировании / И. Н. Кравченко, О. В. Закарчевский, Ю. В. Катаев, А. А. Коломей-ченко // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 171-175.

4. Малыха Е. Ф. Проблема ресурсосбережения в машиноиспользовании // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. 2010. № 5(44). С. 92-94.

5. Применение плазменно-напыленных ферроокслов для поршневых колец автотракторных двигателей / И. Н. Кравченко, А. А. Пузряков, Ю. В. Катаев, И. Е. Пупавцев, Д. Г. Гречко // Труды ГОСНИТИ. 2016. Том 122. С. 188-193.

6. Управление формой поршневых колец ДВС при плазменном напылении / И. Н. Кравченко, А. Ф. Пузряков, Ю. В. Катаев, Т. А. Чеха // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 126. С. 196-203.

7. Малыха Е. Ф., Катаев Ю. В. Современные формы организации технического сервиса // Экономика сельского хозяйства России. 2018. № 3. С. 27-33.

8. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, М. С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.

9. Дорохов А.С., Краснящих К. А., Скороходов Д. М. Средства контроля качества сельскохозяйственной техники // Сельский механизатор. 2015. № 10. С. 34-35.

10. Семейкин В. А., Корнеев В. М., Дорохов А. С. Предпродажное обслуживание техники в сельском хозяйстве // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2005. № 1. С. 95.

11. Катаев Ю. В., Малыха Е. Ф. Роль инженерно-технического обеспечения в сельскохозяйственном производстве // Наука без границ. 2018. №8(25). С. 19-23.

REFERENCES

1. Kravchenko I. N., Kataev Yu. V., Sirotov V. A., Tarlakov Ja. V. Podgotovka poverhnostej detalej dlja nanesenija uprochnjajushhih pokrytij [Preparation of surfaces for deposition of hardening coatings]. Sel'skij mehanizator, 2017, no. 8, pp. 36-38.

2. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Petrovskii D. I., Kataev Yu. V. Resursosberegayushchie tekhnologii remonta sel'skohozyaistvennoi tekhniki [Resource-saving technologies of agricultural machinery repair]. Moscow, Rosinformagrotekh, 2018, 184 p.

3. Kravchenko I. N., Zakarchevskij O. V., Kataev Yu. V., Kolomejchenko A. A. Ocenka ostatochnyh naprjazhenij i prochnosti pokrytij povyshennoj tolshhiny pri poslojnom ih formirovanii [Evaluation of residual stresses and strength of coatings increased in thickness during layer-by-layer shaping]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 171-175.

4. Malyha E. F. Problema resursosberezheniya v mashinoispol'zovanii [The problem of resource saving in machine use]. Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet im. V. P. Goryachkina, 2010, no. 5(44), pp. 92-94.

5. Kravchenko I. N., Puzrjakov A. A., Kataev Yu. V., Pupavcev I. E., Grechko D. G. Primenenie plazmenno-napylennyh ferrookislov dlja porshnevyh kolec avtotraktornyh dvigatelej [The use of a plasma-sprayed ferrooxide piston rings for automotive engines]. Trudy GOSNITI, 2016, vol. 122, pp. 188-193.

6. Kravchenko I. N., Puzrjakov A. F., Kataev Yu. V., Cheha T. A. Upravlenie formoj porshnevyh kolec DVS pri plazmennom napylenii [Control of the shape of the piston rings of internal combustion engines in plasma spraying]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 126, pp. 196-203.

7. Malyha E. F., Kataev Yu. V. Sovremennye formy organizatsii tekhnicheskogo servisa [Modern

forms of technical service organization]. Ekonomika sel'skogo hozyaistva, 2018, no. 3, pp. 27-33.

8. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Kataev Yu. V., Ovchinnikova M. S. Metodika obosnovaniya strukturnyh elementov obsluzhivaniya mobil'nogo parka sel'skohozyajstvennyh mashin [Method of substantiation of structural elements of maintenance of mobile fleet of agricultural machines]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 41-46.

9. Dorohov A.S., Krasnyashchih K. A., Skorohodov D. M. Sredstva kontrolya kachestva sel'skohozyajstvennoj tekhniki [Means of quality control of agricultural machinery]. Sel'skij mekhanizator, 2015, no. 10, pp. 34-35.

10. Semeikin V. A., Korneev V. M., Dorohov A. S. Predprodazhnoe obsluzhivanie tekhniki v sel'skom hozyaistve [Pre-sale maintenance of machinery in agriculture]. Vestnik FGOU VPO MGAU, 2005, no. 1, pp. 95.

11. Kataev Yu. V., Malyha E. F. Rol' inzhenerno-tekhnicheskogo obespecheniya v sel'skohozyajstvennom proizvodstve [The role of engineering in agricultural production]. Nauka bez granic, 2018, no. 8(25), pp. 19-23.

Материал поступил в редакцию 18.12.2018 © Степанов М. В., Трушина Л. Н., 2019