Способ восстановления нижней головки шатуна Российский патент 2024 года по МПК B23P6/00 B23H5/06 B23H9/00 C23C28/02 

Изобретение относится к области ремонта и восстановления деталей машин и может быть использовано на предприятиях технического сервиса.

Известна технология восстановления отверстия нижней головки шатуна путем съема металла с опорных поверхностей разъема крышки и стержня (слой 0,05…0,4 мм), последующего растачивания и хонингования до номинального размера с сохранением межцентрового расстояния за счет стенки втулки верхней головки. Расточку осуществляют до номинального размера, оставляя припуск в 0,02-0,07 мм для последующего хонингования (Усков В. П. Справочник по ремонту базовых деталей двигателей. Брянск, 1998. – 589 с., ил.).

Недостатки известного решения: невозможно вторично восстановить шатуны с использованием данной технологии; возможное образование «черноты» при расточке (необработанные участки), что снижает плотность посадки шатунных вкладышей.

В последние годы на ряде ремонтных предприятий для восстановления деталей стали использовать плазменную металлизацию. Данный способ позволяет наносить на изношенную поверхность практически любые тугоплавкие материалы: вольфрам, оксид алюминия, карбиды нитридов и др. При этом коэффициент использования материала достигает 60-80% (Кильмяшкин Е. А. Восстановление шатунов автотракторных двигателей комбинированным методом: диссертация ... кандидата технических наук. – Саранск, МГУ им. Н. П. Огарёва, 2001. – 163 с., ил.).

Недостаток указанного способа заключается в том, что не обеспечивается необходимая прочность сцепления напыленного слоя с металлом детали, неоднородность покрытия из-за значительного содержания окислов, выкрашивание и снижение усталостной прочности ремонтируемой детали до 50 %.

Другим известным способом восстановления отверстия нижней головки шатуна является железнение, которое осуществляется в следующей последовательности: предварительные механическая и электрохимическая обработки, нанесение покрытия необходимой толщины, механическая обработка после железнения до нормального размера. При износе отверстия нижней головки шатуна более 0,1 мм предварительную механическую обработку проводят шлифованием («чистовое») на внутришлифовальном станке (Задорожний Р.Н. Совершенствование технологии восстановления шатунов с косым разъемом: диссертация ... кандидата технических наук. – Саранск, МГУ им. Н. П. Огарёва, 2012. – 252 с., ил.).

Недостатком метода является сложность технологического процесса из-за дополнительных шлифовальных «чистовых» операций.

Другая известная технология восстановления отверстий нижних головок шатунов контактной приваркой или пайкой стальной ленты, не получила широкою распространения из-за отсутствия серийно выпускаемого оборудования для её реализации и его высокой отпускной стоимости (Батищев А. Н., Голубев И. Г., Лялякин В. П. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники. – М.: Информагротех, 1995. – 296 с., ил.). Также данная технология обладает недостатком аналогичным способу железнение.

В настоящее время также известна технология восстановления отверстия нижней головки шатуна с использованием полимерных композиций. Отмечается отсутствие тепловых вложений и незначительная склонность к фреттинг-коррозии нанесенного покрытия, вследствие чего – малый износ соединения «шатун – вкладыш». Технология обусловлена низкой трудоемкостью и себестоимостью ее реализации (Задорожний Р.Н. Совершенствование технологии восстановления шатунов с косым разъемом: диссертация ... кандидата технических наук. – Саранск, МГУ им. Н. П. Огарёва, 2012. – 252 с., ил.).

Недостаток технологии заключается в непродолжительности нахождения в жидкотекучем состоянии применяемых полимерных композиций, повышенная токсичность ряда компонентов, используемых в композициях, невысокая скорость полимеризации (до 24 ч).

Другая известная технология восстановления шатунов, заключающаяся в нагревании ТВЧ стержня шатуна и его растяжении в приспособлении на длину до 0,5 мм. После этого следовало фрезерование прилегающих плоскостей шатуна и крышки с последующей механической обработкой нижней головки шатуна до номинального размера (Кильмяшкин Е. А. Восстановление шатунов автотракторных двигателей комбинированным методом: диссертация ... кандидата технических наук. – Саранск, МГУ им. Н. П. Огарёва, 2001. – 163 с., ил.).

Недостаток указанного способа заключается в изменении структуры материала шатуна в результате высокотемпературного нагрева, а его деформация приводит к появлению внутренних напряжений, что, несомненно, сказывается на резком уменьшении его усталостной прочности.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ восстановления коренных опор блоков, заключающийся в том, что восстановление коренных опор блоков, включает в себя последовательное нанесение на поверхность отверстия покрытий образованных электроискровой обработкой (ЭИО) нихромовым электродом Х20Н80 и холодным газодинамическим напылением (ХГДН) порошком А-80-13, расточку восстанавливаемых опор и последующее хонингование всех коренных опор до получения требуемой эксплуатационной размерной точности (RU 2552613, МПК B23P 6/00, B23H 9/00, опубл. 10.06.2015).

Недостатком способа является то, что в процессе электроискровой обработки в формируемом слое образуются дефекты в виде пор и трещин. Оценка покрытий по величине контактной сплошности показывает, что значение C_конт не превышает 70…75% (РД 10.003-2009, Геометрические параметры и физико-механические свойства поверхностей, образованных при электроискровой обработке материалов в газовой среде).

При восстановления нижней головки шатуна применяются материалы восстанавливаемой поверхности, отличающиеся по свойствам от прототипа. Таким образом, использование представленных в прототипе электродных материалов и технологических режимов электроискровой обработки для восстановления нижней головки шатуна не представляется возможным.

Технический результат заключается в получении высоких физико-механических свойств наносимых металлопокрытий на поверхностях восстанавливаемых деталей, за счет использования новых электродных и порошковых материалов, технологических режимов электроискровой обработки и холодного газодинамического напыления.

Сущность изобретения заключается в том, что способ восстановления нижней головки шатуна включает формирование комбинированных покрытий, состоящих из двух слоев. Первый слой является основным, воспринимающим нагрузку, действующую на головку шатуна, второй слой применяется для обеспечения 100% контактной сплошности комбинированного покрытия. Первый слой образуется ЭИО при нанесении электродом из бронзы БрКМц 3-1 сечением 7-12,5 мм² в ручном режиме, с энергией импульса 0,61-1,26 Дж, длительностью импульса 170-360 мкс, амплитудным значением тока импульса 200А, частотой импульсов 420 и 220 Гц. Обработку производят короткими замыканиями с периодическим принудительным охлаждением электрода. При этом величина контактной сплошности C_конт нанесенного слоя составляет 85-90%. Второй слой образуется ХГДН порошком С-01-01 на следующих режимах: температурный режим 300 °С; расход порошкового материала 0,45 г/с; давление сжатого воздуха 0,8 МПа.

Затем производится хонингование отверстия нижней головки шатуна универсальным хоном при частоте вращения 14-18 мин^-1 и с частотой возвратно-поступательных движений 20-30 ходов минуту. Хонингование проводят до обеспечения шероховатости не более 0,63 мкм и отклонения от цилиндричности не более 0,02 мм.

В табл. 1 показаны результаты исследования наплавляемых и напыляемых покрытий, в табл. 2 технологические режимы электроискровой обработки и холодного газодинамического напыления.

Способ восстановления нижней головки шатуна осуществляют следующим образом. На изношенных участках нижней головки шатуна формируются комбинированные покрытия, состоящие из двух слоев. Первый слой образуется нанесением ЭИО в ручном режиме на установке БИГ-5 бронзой БрКМц 3-1 сечением 7-12,5 мм², с энергией импульса 0,61-1,26 Дж, длительностью импульса 170-360 мкс, амплитудным значением тока импульса 200А, частотой импульсов 420 и 220 Гц. Второй слой образуется ХГДН на установке ДИМЕТ-404 порошком С-01-01 на следующих режимах: температурный режим 300 °С; расход порошкового материала 0,45 г/с; давление сжатого воздуха 0,8 МПа. Последующая механическая обработка включает растачивание на горизонтально-расточном станке на величину 0,02-0,03 мм меньше номинального размера с обеспечением допуска на межцентровое расстояние в пределах ±0,03 мм и шероховатостью поверхности не более 1,25 мкм при 150-200 мин^-1 и подачей 0,01 мм/об. В качестве финишной обработкой используется хонингование до обеспечения номинального размера и допустимых значений предельных отклонений пространственной и геометрической точности.

Изобретение позволяет получить высокие физико-механические свойства наносимых металлопокрытий на поверхностях восстанавливаемых деталей, за счет использования новых электродных и порошковых материалов, технологических режимов электроискровой обработки и холодного газодинамического напыления. Представленные данные свидетельствуют, что при более низких энергозатратах получаем покрытия с необходимыми физико-механическими свойствами.

Таблица 1

Способ
восстановления Вид обработки Материал
шатуна Материал
электрода Толщина нанесенного
слоя h, мм Сплошность покрытия,
% Контактная сплошность,
% Предлагаемый ЭИО Сталь 40Х Бронза
БрКМц 3-1 0,9…1,1 90…95 85 …90 ХГДН Сталь 40Х Порошок
С-01-01 - 100 - Прототип ЭИО Сталь 40Х Нихром
Х20Н80 0,6…0,70 90…95 70 …75 ХГДН Сталь 40Х Порошок
А-80-13 - 100 -

Таблица 2

Наименование параметра Способ восстановления Предлагаемый Прототип ЭИО Энергия импульса, Дж 0,61…1,26 4,3 …10 Длительность импульса, мкс 170…360 1000 …2000 Амплитудное значение тока, А 200 240…280 Частота импульсов, Гц 420 и 220 250 и 200 Режим нанесения Ручной ХГДН Температурный режим, ºС 300 400 Расход порошкового материала, г/с 0,45 0,1 Давление сжатого воздуха, МПа 0,8 0,7

Изобретение относится к области ремонта и восстановления деталей машин и может быть использовано на предприятиях технического сервиса. Способ восстановления нижней головки шатуна включает формирование комбинированных покрытий, состоящих из двух слоев. Первый слой выполняют основным, воспринимающим действующую на головку шатуна нагрузку. Второй слой выполняют для обеспечения 100% контактной сплошности комбинированного покрытия. Первый слой выполняют электроискровой обработкой электродом из бронзы БрКМц 3-1 сечением 7-12,5 мм² в ручном режиме на указанных технологических режимах обработки. Обработку производят короткими замыканиями с периодическим принудительным охлаждением электрода и обеспечением контактной сплошности нанесенного слоя 85-90%. Второй слой выполняют холодным газодинамическим напылением порошком С-01-01. Обеспечивается получение высоких физико-механических свойств наносимых металлопокрытий на поверхностях восстанавливаемых деталей. 2 табл.

Способ восстановления нижней головки шатуна, включающий формирование комбинированного покрытия, состоящего из двух слоев, из которых первый слой является основным, воспринимающим нагрузку, действующую на головку шатуна, а второй слой обеспечивает 100% контактную сплошность комбинированного покрытия, отличающийся тем, что первый слой образуют электроискровой обработкой при использовании электрода из бронзы БрКМц 3-1 сечением 7-12,5 мм² в ручном режиме, с энергией импульса 0,61-1,26 Дж, длительностью импульса 170-360 мкс, амплитудным значением тока импульса 200 А, частотой импульсов 420 и 220 Гц с последующей обработкой короткими замыканиями с периодическим принудительным охлаждением электрода, при этом величина контактной сплошности C_конт нанесенного слоя составляет 85-90%, а второй слой образуют холодным газодинамическим напылением порошкового материала С-01-01 на следующих режимах: температурный режим 300°С, расход порошкового материала 0,45 г/с, давление сжатого воздуха 0,8 МПа.