Способ восстановления чугунных распределительных валов Советский патент 1988 года по МПК C21D9/30 C21D5/00 B23P6/00 

1

Изобретение относится к ремонту машин и может быть использовано при восстановлении изношенных чугунных распределительных валов двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ восстановления чугунных распределительных валов двигателей автомобилей ВАЗ путем нанесения присадочного материала методом газотермического напыления изношенных поверхностей, при котором кулачки изношенного распредвала протачивают по диаметру 34,5 мм, затем при помощи специальных горелок и порошкового самофлюсующегося сплава напыляют с непрерывным оплавлением на кулачки слой толщиной 2,5-3,0 мм Так же напыляются вторая и четверта опорные шейки, но толщина слоя здес меньше (О,3-0,4мм). На восемь кулачкой и две шейки расходуется 120-150 порошкового сплава и требуется 10- -15 мин. После остывания до комнатной температуры напыленные валы правят по центральной шейке на рихтово ном устройстве. Заключительная опер 1Д1Я - шлифование напыленных кулачков и опорных шеек на копировально- шлифовальных станках 1.

Недостатком этого способа является большой расход присадочного материала, его высокая стоимость. Кроме того, напыление опорных шеек, их предварительная подготовка и последующая шлифовка увеличивают трудоемкость восстановления вследствие плохой обрабатываемости порошковых сплвов, требует дополнительных кругло- шлифовальных станков. В случае са первой, третьей и пятой шеек не предусмотрено восстановление их до номинального размера.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей распределительных стальных валов, при котором изношенный профиль кулачка наплавляют стальным электродом с последующей закалкой и шлифованием. Пере наплавкой все кулачки подвергают обдирке, а потом наплавляют. После закалки распределительные валы имею деформацию. Для ее устранения, а также ЦУ1Я восстановления опорных

до 600 + , выдержки 3-3,5 ч и

о/шеек проводят шлифовку шеек в ремонт-ее

ньв размер, который требует изготов- охлаждения с печью до 400 t 20°С и

ления дополнительных деталей узла 2. далее на воздухе, шлифование кулачков

0

0

5

ход присадочного материала и необходимость в изготовлении дополнительных деталей.

Известен способ восстановления изношенных деталей наплавкой стальным электродом, при котором общая схема технологического процесса состоит из подготовительной операции, контроля - сортировки, предварительной обработки, наплавочных и сварочных операций, первой термической операции, механических операций (обдирка, правка), термической упрочняю- 5 щей обработки (закалка токами высокой частоты), отделочных операций (шлифование), доводочных операций.

Наплавка ведется по всему контуру изношенной поверхности и наплавляются все поверхности с любым износом. Если износ незначителен, проводят предварительную обработку поверхности для снятия металла, чтобы обеспечить необходимую глубину наплавляемого металла. В качестве упрочняющей термообработки принята закалка токами высокой частоты. Для обеспечения необходимых прочностных свойств наплавляемого металла применяют стальной легированньй электрод.

Недостатками этого способа являются большие расход и стоимость наплаг вочного материала, высокая трудоемкость механической обработки, низкая 5 износостойкость поверхности.

Цель изобретения - снижение трудоемкости процесса и расхода присадочного материала.

0 Поставленная цель достигается тем, что при восстановлении чугунных распределительных валов путем наплавки стальным электродом, термической обработки для снятия напряжений, правки,

5 упрочняющей термической обработки,

шлифования наплавке подвергают локальные участки Kyria4Ka с износом более

-----, где Cg и Ср - базовый и ремонтный размеры кулачка, с перекры0

0

тием зоны износа на величину не более ширины наплавляемого валика, термическую обработку для снятия напряжений проводят путем нагрева вала

до 600 + , выдержки 3-3,5 ч и

о/е

охлаждения с печью до 400 t 20°С и

Недостатком этого метода является высокая трудоемкость, повышенньв распроводят после правки, упрочняющую термическую обработку осуществляют

путем азотирования всего вала, после чего проводят дополнительную правку

Способ осуществляется следующим образом.

Подлежаище восстановлению чугунные распределительные валы подвергают очистке. Так как опорные щейки являются установочными базами при экспу- ата11 1и, а механическая обработка распределительных валов производится в центрах, исправление центровых отверстий производится относительно крайних опорных шеек с погрещностью, не превышающей половины допуска на ради- альное биение шеек. На участки ку

превышающим , производят наплавку стальлачков с износом,

С J - 2

ным-Электродом диаметром 0,6-0,8 мм в среде сварочного углекислого газа при силе тока 50-90А и напряжении 18-19В. Локализация зоны наплавки только на изношенном участке кулачка обеспечивает минимальный расход присадочного материала в минимальное тегшовложение, что необходимо для сохранения пластичности чугунного распредвала.

Для снятия внутренних напряжений, внесенных термообработкой при первич 1НОМ изготовлении распредвалов, усталостных напряжений при эксплуатации и напряжений при наплавке кулачков проводят высокий отпуск в запштной среде экзогаза при т 600 + 10 С в течение 3-3,5 ч, охлаждение с печью до т 400 + 20°С и последующее охлаждение на воздухе. Такой режим необходим, чтобы исключить трещинообразо вание в зоне стьжа стальной и чугунной поверхностей кулачка и для сохранения пластичности чугунного распредлительного вала, в результате чего технологические потери при правке резко сокращаются. При выдержке в печи меньше 3 ч пластичность распредвала недостаточна, и они ломаются при правке. При увеличении выдержки сверх 3,5 ч пластичность распредвала увеличивается, но появляются трудности в обеспечении точности правки до 0,03 мм, которая заложена в технологическом процессе. Для устранения деформации проводят правку на плавильном прессе.

Для придания кулачкам исходного профиля на ремонтном размере, определенном конструкцией узла при усло

0

0

5

0

5

0

5

0

5

ВИИ сохранения мощностных характеристик двигателя и не требующих изготовления дополнительных деталей узла, проводят шлифовку всех кулачков на копировально-шлифовальных станках. Для придания чугунным и стальным поверхностям кулачков идентичных свойств по износостойкости проводят азотирование в смеси аммиака 50% и экзо- газа 50% при 575+5 С с охлаждением в 0,3-0,5%-ном водном растворе поли- акриламида. При этом на поверхности образуется карбонитридный слой, толщину тсоторого можно регулировать режимами термообработки, которьаЧ определяет износостойкость поверхности кулачка в процессе эксплуатации. Свойство азотирования увеличивать размеры позволяет восстановить опорные шейки до номинальных размеров. С целью устранения деформаций, полученных при термообработке, проводят правку распредвала.

На фиг. 1 приведена схема наплавленного кулачка; на фиг. 2 - схема перешлифованного кулачка.

Наплавленньп кулачок содержит на- плавленньй валик 1, профиль 2 кулачка после эксплуатации, профиль 3 восстановленного кулачка, ширину 4 наплавляемого валика.

Перешлифованный кулачок содержит базовый профиль 5 кулачка, профиль 6 кулачка после эксплуатации, профиль 7 восстановленного кулачка, базовый размер Cg , ремонтный размер Ср .

Пример. Производят восстановление распределительного вала автомобиля ВАЗ из высокопрочного чугуна. Распредвал имеет пять кулачков с износом более 0,5 мм и три кулачка с меньшим износом. Каждая шейка распредвала имеет равномерный износ по диаметру с величиной, не превьш1ающей 10 мкм. Проводят восстановление центров на токарном станке. После наплавки пяти кулачков стальным электродом диаметром 0,8 мм в среде сварочного углекислого газа при силе тока 65А, напряжении 18В, скорости подачи электрода 55 мм/с на полуавтоматической установке проводят нагрев до 600°С в модернизированной шахтной печи в среде экзогаза, выдержку в течение 3 ч, охлаждение с печью до 400 С и последующее охлаждение на воздухе. Для устранения деформаций производят предварительную правку

на прессе. После чернового шлифования всех БОСЫМИ кулачков в размер по участку с постоянным радиусом 29,5 мм на копировально-шлифовальном полуавтомате производят чистовое шлифование всех восьми кулачков в ремонтный размер 29 мм. Производят изотирова1ше в модернизированной шахтной печи при в смеси аммиака 50% и экзогаза 50% в течение 5 ч с последуюи им охлаждением в 0,3- -0,5%-ном водном растворе полиакрил- амида. Производится окончательная правка распредвала с точностью до 0,04 мм.

Применение предлагаемого способа восстановления распределительного вала позволит значительно снизить расход присадочного материала, применить дешевый низкоуглеродистый малолегированный электрод, снизить объем наплавочных работ и последующей механической обработки.

В известном способе деформации после наплавки устраняют путем наплавки и шлифовки опорных шеек или только перешлифовкой шеек в ремонт- ньп1 размер а В обоих случаях это резко увеличивает трудоемкость восстановления, так как операция шлифовки шеек на одну деталь требует 8 мин, а наплавка шеек 20 мин. Кроме того, для ишифовки шеек требуется дополнительное дорогостоящее оборудование.

Анализом износа распредвалов авт моб1шей ВАЗ установлено, что функци распределения кулачков с износом менее 0,5 мм (для распредвала Т 3

это величины

составляет

42,148%. Это значит, что наплавляются только 57,8% кулачков, кроме того, по известному способу наплавка производится вкруговую по кулачку или по всей рабочей зоне кулачка в районе 180° профиля. В предлагаемом способе зона наплавки ограничена зоной

5

0

износа более 0,5 мм. Эта зона чаще всего не превьшает 30% рабочего профиля кулачка. Это обеспечивает реэ- .кое снижение расхода присадочного материала и одновременно за счет малых тепловложений при наплавке сохранение пластичности для правки и предупреждает трещинообразование в зоне стыка стали и чугуна.

На наплавку кулачков по известному способу расходуется до 150 г стали, а в предлагаемом способе 35 г. Трудоемкость наплавки кулачков по известному способу составляет 20- -25 мин, в предлагаемом способе 3-7 мин. В известном способе для ответственных поверхностей деталей применяется легированная стальная проволока, а в предлагаемом способе - низкоуглеродистая малолегированная проволока.

Так как на одном кулачке в рабочей зоне имеются и чугунная и стальная .поверхности, применить в качестве упрочняющей термообработки закалку токами высокой частоты нельзя, так как не обеспечивается равнопроч- ность свойств по износостойкости. В предлагаемом способе применяется азотирование, при помощи которого одновременно с упрочнением поверхности происходит восстановление опорных шеек до номинальных размеров. Анализом износа шеек распредвала установлено, что износ шеек носит равномерньй характер, так как рас- предвал из чугуна работает в алюминиевом корпусе в воздушномасляной подушке с гарантированным зазором. Величина износа шеек в 99%-тах не превьш1ает 0,03 мм, поэтому нет необходимости производить наплавку шеек и их шпифовку.

Распределительные ваэты, восстановленные по предлагаемому способу, по точности, качеству и износостойкости не уступают серийным.

5

0

0

5

фиг. /