Основные дефекты и способы их устранения

 

Характерными дефектами, возни­кающими в эксплуатации и подлежа­щими устранению при капитальном ремонте деталей класса "корпусные", являются:

механические повреждения (тре­щины, сколы, пробоины, обломы бол­тов, шпилек, срыв резьбы);

нарушения геометрических разме­ров, формы и взаимного расположения поверхностей вследствие износа и де­формаций;

прогары, оплавления у кромок ка­меры сгорания, коррозионные разру­шения отверстий водяной рубашки го­ловок цилиндров и др.

Известно, что не во всех деталях будут возникать одновременно все пе­речисленные дефекты. Для разработ­ки типового технологического процес­са целесообразно принять во внимание все указанные дефекты, что позволит разрабатывать технологический про­цесс восстановления для любой конк­ретной детали путем исключения от­сутствующих у нее дефектов.

При восстановлении корпусных деталей в первую очередь выполняют операции удаления обломанных бол­тов и шпилек. Для этих целей используют сверлильный или электроискро- вый станок. Затем устраняют механи­ческие повреждения, прогары, оплав­ления и коррозионные разрушения отверстий водяной рубашки, так как нагрев детали при этом вызывает воз­никновение остаточных напряжений, приводящих в итоге к короблению вос­становленных деталей.

Кроме горячего способа сварки де­талей из чугуна, наиболее часто при­меняемого при ремонте (см. подраздел 3.4), в практике широкое применение находят полугорячий (предваритель­ный нагрев детали до температуры 150...400 °С) и холодный (без предвари­тельного подогрева) способы. При этом наиболее часто пользуются ручными способами сварки, реже — механизи­рованными.

Большими технологическими пре­имуществами обладают холодные спо­собы сварки чугуна. Из них особо сле­дует выделить три способа:

электродуговая сварка медно-же- лезными, медно-никелевыми и желез­но-никелевыми электродами (ОЗЧ-2, МНЧ-2, ОЗНЖ-1, ОЗЧ-З), которая обеспечивает хорошее качество сва­рочного соединения;

 

электродуговая механизированная сварка различными по составу прово­локами, которая позволяет в 1,5...2 ра­за повысить производительность свар­ки и сократить расход электродного материала в 2...3 раза. Так, например, при полуавтоматической сварке чугу­на самозащитной проволокой ПАНЧ-11 процесс протекает стабильно без раз­брызгивания металла, формирование сварочного шва хорошее, без подрезов, наплывов и других наружных дефек­тов. Металл шва хорошо обрабатыва­ется, он плотный и прочный, обладает высокой стойкостью против образова­ния трещин. Метод рекомендуется применять для холодной заварки тре­щин длиной до 200 мм, а также обвар­ки заплат чугунных деталей с толщи­ной стенки 4...8 мм. Сварку ведут при помощи полуавтоматов А-5479, А-825М и др. Хорошие результаты при заварке трещин дает полуавтоматиче­ская сварка в среде аргона "А" прово­локой МБ ЖКТ-5-1-02-02 диаметром 1...1,2 мм на постоянном токе обратной полярности с последующей проковкой шва. Вместе с тем, следует отметить, что плотный металл, наплавленный этой проволокой, получить трудно. Поэтому применение такой проволоки целесообразно для заварки трещин и обломов только тех деталей, герметич­ность которых после ремонта не обяза­тельна (например, картер сцепления и

др-);

газовая пайка-сварка с использо­ванием низкотемпературных и актив­ных флюсов. Этот способ позволяет получить высокое качество чугуна в зоне сплавления и в целом сварного соединения. Наиболее перспективны для ремонтного производства припои Ломна, Б-62, Л-63, ЛОК-59-1-03 на медной основе. Указанные припои и флюсы целесообразно использовать при ремонте деталей из чугуна для восстановления небольших обломов, раковин, а также других дефектов на обработанных поверхностях. Проч­ность паяно-сварочного соединения достаточно высока.

Хорошими качественными показа­телями обладают восстановленные де­тали с применением клеесварного сое­динения "сталь-чугун".

Сущность предлагаемой техноло­гии ремонта чугунных корпусных де­талей состоит в следующем. Поверх­ность детали с трещиной подготавливают одним из известных способов (металлической щеткой, шлифовальным кругом) и засверлива- ют концы трещины сверлом диамет­ром 2...3 мм.

 

Затем поверхность обез­жиривают ацетоном, бензином или другим растворителем и шпателем на­носят клеевую композицию (толщина слоя 0,3...0,6 мм). После этого устанав­ливают накладку из стали 20 и прива­ривают ее контактным точечным спо­собом. Размеры накладки выбирают такими, чтобы она перекрывала тре­щину на 15...20 мм по длине и на 40...50 мм по ширине. Толщина накладки дол­жна быть такой, чтобы ее прочность не уступала прочности металла ремонти­руемой детали.

Стальные накладки можно прива­рить к чугунным деталям, например, к блоку цилиндров, используя серийно выпускаемое оборудование — свароч­ную машину К-264 или сварочный пост ППКС-74-01. В комплект этого обору­дования входят сварочные двухэлект- родные (К-264, ППКС-74-01) и одно- электродные (ППКС-72-01) пистолеты для односторонней сварки, которые по­зволяют приваривать накладки толщи­ной до 2,0 мм и заделывать трещины в стенках толщиной не более 15...20 мм.

Применение в качестве жестких связей сварочных точек взамен болтов или винтов для крепления накладки позволяет значительно уменьшить трудоемкость восстановления детали, а сопутствующий процессу сварки на­грев восстанавливаемой поверхности (до 100...120°С) „дает возможность улучшить условия полимеризации клеевой прослойки.

Высокое качество восстановления чугунных деталей с дефектами типа трещин, обломов, раковин позволяет получить применение газопорошковой наплавки (ГПН) порошковыми само­флюсующимися сплавами НПЧ-1, НПЧ-2, НПЧ-3. Сущность этого про­цесса заключается в том, что само­флюсующийся порошковый сплав по­дается через пламя специальной ацетиленовой горелки типа ГАЛ или ГН и наносится на поверхность детали в зоне дефекта. Процесс сопровожда­ется незначительной теплопередачей в основной металл, что не приводит к его расплавлению и остаточным де­формациям детали. Наплавленный металл плотный, поддается обработке резанием.

 

 

Технологический процесс ГПН включает местный нагрев поверхности в зоне дефекта до температуры 400...450 °С, нанесение тонкого слоя порошкового сплава и его оплавление с целью предохранения поверхности от окисления. Для этого горелку с пол­ностью открытым порошковым кана­лом быстро проносят над нагретой по­верхностью, в результате чего выдуваемый потоками сварочных га­зов металлический порошок образует тончайший слой на поверхности дета­ли. Наплавку ведут прерывистой пульсирующей подачей порошка, что необходимо для полного расплавления зерен порошкового сплава. Заполне­ние дефекта надо начинать с центра и по мере заполнения переходить по краям до полного выравнивания с по­верхностью неповрежденного метал­ла. Наплавленную поверхность и зону, прилегающую к ней, по окончании на­плавки необходимо прогреть и проко­вать вручную наплавленный металл. В качестве горючего газа может быть ис­пользован пропан-бутан.

Детали из алюминия и его сплавов восстанавливают во многих ремонт­ных предприятиях при помощи газо­вой и электродуговой сварок, которые обладают рядом существенных недо­статков: большой трудоемкостью, низ­кой производительностью, наличием значительных деформаций, которые требуют дополнительной механиче­ской обработки (при газовой сварке). При электродуговой сварке, которая значительно проще газовой, кроме то­го, трудно получить хорошее качество сварного соединения.

В последние годы широкое распро­странение при сварке и наплавке дета­лей из алюминиевых сплавов получила аргонно-дуговая сварка, обладающая большими техническими возможно­стями: сохранением химического со­става металла на участке сварного со­единения, незначительными деформациями детали, отсутствием потребности во флюсах и др. В практи­ке находят применение как ручная сварка неплавящимся электродом, так и автоматическая и полуавтоматиче­ская сварка плавящимся электродом. Для ручной аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом выпуска­ются специальные установки типа УДАР или УДГ-301, обеспечивающие высокую устойчивость дуги и автома­тическое включение и выключение подачи газа.

 

 

Для расплавления основного ме­талла и присадочной проволоки при­меняют прутки или электроды из воль­фрама с присадкой. В качестве защитного газа используют чистый ар­гон марки А по ГОСТ 10157 — 79, в качестве наплавочного материала — алюминиевую проволоку марки АК по ГОСТ 7871 — 75.

Однако практика показывает, что для восстановления сваркой деталей из алюминиевых сплавов, в том числе блоков и головок цилиндров автотрак­торных двигателей, наиболее прогрес­сивной является полуавтоматическая аргонно-дуговая сварка плавящимся электродом. Она обладает, по сравне­нию с ручной, большей производитель­ностью (в 4...6 раз), позволяет умень­шить трудоемкость сварочных работ (в 2...3 раза), снизить расход аргона (в 2 раза) и присадочной проволоки (в 4 и более раз), позволяет вести сварку с меньшим нагревом детали, что значительно уменьшает оста­точные деформации и риск появле­ния трещин в шве или околошовной зоне.

Для полуавтоматической аргонно- дуговой сварки плавящимся электро­дом головок цилиндров рекомендуется использовать полуавтомат ПРМ-4 с источником питания ВС-500 или авто­мат ПДГИ-303У4 с импульсным источ­ником питания ВДГИ-301.

Для восстановления поврежден­ных поверхностей головок цилиндров весьма перспективен метод газометри­ческого напыления никель-алюминие­выми порошками.

Перед проведением сварочно-на- плавочных работ необходима тща­тельная очистка поверхностей от за­грязнений. Трещины разделывают при толщине стенки более 4 мм (глубина 1/3...1/2 толщины стенки и шириной 6...8 мм). При меньшей толщине тре­щины ограничиваются зачисткой зоны на ширину 15... 18 мм. Отверстия на концах трещины не сверлят, так как даже сильный нагрев алюминиевого сплава не способствует ее распростра­нению. Наплавочную проволоку перед сваркой нужно очистить от жировых и масляных загрязнений и окисной плен­ки травлением в 8...10 %-ном растворе ортофосфорной кислоты, а затем про­мыть в горячей воде.

Несмотря на широкое применение сварки при устранении трещин в кор­пусных деталях, этот способ обладает рядом существенных недостатков: в околошовной зоне возникает отбел чу­гуна, значительно затрудняющий по­следующую механическую обработку.

 

 

Кроме того, остаточные напряжения, возникающие в процессе сварки, иска­жают геометрические параметры де­талей и способствуют образованию но­вых трещин. В настоящее время в ремонте при устранении трещин ши­рокое применение получил способ с использованием специальных фигур­ных вставок.

Сущность процесса заключается в подготовке вдоль и поперек трещин специальных пазов, в которые уста­навливают фигурные вставки из мало­углеродистой или легированной стали. Этот способ позволяет избежать изме­нения структуры металла, возникно­вения остаточных напряжений и иска­жений геометрии восстанавливаемых корпусных деталей. Применение меха­низации обеспечивает высокую произ­водительность и низкую себестоимость этого процесса. Нецелесообразно при­менять его для трещин, проходящих че­рез масляную магистраль, резьбовые от­верстия, опоры коренных подшипников блоков цилиндров, посадочные места под подшипники, а также для трещин, расположенных в труднодоступных ме­стах.

Устраняют трещины в корпусных деталях двумя видами фигурных вста­вок: стягивающими и уплотняющими. Стягивающие вставки (рис. 2, а) по­зволяют стягивать боковые кромки трещины на толстостенных деталях (например, в перемычках между кла­панными гнездами в головках цилинд­ров). Уплотняющие вставки (рис. 2, б) применяют для заделки трещин дли­ной более 50 мм с обеспечением герме­тичности как толстостенных, так и тонкостенных деталей. Изготовляют и поставляют фигурные вставки центра­лизованно.

Процесс устранения трещин фи­гурными вставками состоит из следу­ющих операций: очистки и мойки корпусных деталей, дефектации корпус­ных деталей, изготовления паза под фигурную вставку, установки фигур­ной вставки в паз, зачистки отремон тированного участка детали, контроля качества ремонта.

Уплотняющие вставки целесооб­разно применять для деталей с трещи­ -

нами длиной не более 400 мм в местах, доступных для сверления отверстий пневмоинструментом.

Ширина тре­щин не должна быть более 1,5 мм, а толщина стенок тонкостенных дета­лей — менее 5 мм и толстостенных — менее 9 мм. Фигурный паз изготавливают в тонкостенных деталях в следующем порядке. Деталь устанавливают на монтажный стол трещиной вверх. За­тем на расстоянии 4...5 мм от конца трещины накренивают и просверлива­ют отверстие диаметром 4,8 мм на глу­бину 3,5 мм. В просверленное отвер­стие устанавливают фиксатор специального кондуктора (рис. 4.3) и просверливают следующее отверстие. Таким образом, переставляя фиксатор кондуктора, сверлят необходимое чис­ло отверстий вдоль и поперек трещины (рис. 4.4) на радиально- сверлильном станке или пневматической сверлиль­ной машиной ИП-1019.

Просверленные отверстия необхо­димо продуть сжатым воздухом, обез­жирить ацетоном и смазать эпоксид­ным компаундом. Состав эпоксидного компаунда: эпоксидная смола ЭД-6 — 100 г; дибутилфталат — 15 г, алюми­ниевая пудра — 25 г; полиэтиленполи- амид — 8 г.

В подготовленный паз устанавлива­ют фигурные вставки диаметром 4,8 мм сначала поперек трещины, затем вдоль и расклепывают пневматическим мо­лотком 62КПМ-6. Фигурные вставки должны плотно входить в пазы и обес­печивать достаточную герметичность заделки трещин. Поверхность восста­новленного участка зачищают заподлицо с поверхностью детали с примене­нием пневматической шлифовальной машины ИП-2009А.

При заделке трещин в корпусных деталях с толстыми стенками отвер­стия сверлят диаметром 6,8 мм на глу­бину 6,5; 9,5 или 12,5 мм в зависимости от толщины стенки детали с таким рас­четом, чтобы глубина фигурного паза была на 2...4 мм меньше толщины стен­ки детали. Фигурные вставки устанав­ливают в несколько слоев до полного закрытия паза с последующим раскле­пыванием каждого слоя (рис. 4.5). Ос­тальные операции выполняют анало­гично операциям при заделке трещин в тонкостенных корпусных деталях.

 

При ремонте трещин стягивающи­ми вставками по кондуктору сверлят перпендикулярно трещине шесть от­верстий (по три с каждой стороны) ди­аметром 3,5 мм и шагом 4,2 мм на глу­бину 10 мм. Затем удаляют перемычки между просверленными отверстиями специальным пробойником (рис.1) с рабочей гранью в виде пластины тол­щиной 1,8 мм, шириной 22 мм и высо­той не менее 10 мм. Ширина перемыч­ки паза должна быть 1,8 мм.

Восстановленный участок детали зачищают пневматической шлифо­вальной машиной ИП2009А. Фигур­ная вставка должна плотно входить в паз и после расклепки обеспечивать достаточную герметичность заделан­ной трещины. Качество заделки тре­щины на герметичность проверяют на гидравлическом стенде в течение 3 мин при давлении 0,4 МПа. Течь воды и потение в месте ремонта не допуска­ются. Детали, не требующие герметич­ности, контролируют визуально.

Весьма существенными дефектами в корпусных деталях являются износ и срыв резьбы в отверстиях. В ремонт­ном производстве чаще всего применя­ют следующие способы восстановле­ния резьбовых отверстий: заварка отверстий с последующим нарезанием резьбы; установка ввертыша; обработка отверстия и нарезание резьбы ремонтного (увеличенного) размера; установка резьбовой спиральной вставки.

 

 

Рис. 1. Фиксатор специального кондуктора: 1 — сверло; 2 — патрон; 3 — приспособление для свер­ления; 4 — шпиндель сверлильной машины; 5 — кон­дуктор; 6 — фиксаторы; 7 — ряд просверленных отвер­стий; 8 — восстанавливаемая деталь

	R38, 0-2.0

	Рис. 2. Стягивающие (а) и уплотняющие (б) фигурные вставки

 

 

Рис. 3 Схема расположения отверстий

по трещине:

1-трещина; 2- поперечные отверстия; 3- продольные отверстия

 

 

Рис. 4. Установка фигурной вставки в пазах тонкостенной детали:

1 — молоток; 2 — бородок; 5 — восстанавливаемая де­таль;

4 и 5 — соответственно установленная и устанав­ливаемая вставки;

6 — ряд просверленных отверстий

 

 

При заварке резьбовых отверстий во всех случаях сначала удаляют ста­рую резьбу путем рассверливания. За­варку в чугунных деталях производят газовой и электродуговой сваркой с об­щим или местным нагревом или в хо­лодном состоянии. В качестве приса- гочного материала или электродов лри горячей заварке применяют чугун-::ые прутки с повышенным содержани­ем кремния, поршневые кольца из се­рого чугуна, электроды ЦЧ-4, ОЗЧ-1, МНЧ-1, ЖНБ-1, ПАНЧ-11. Место за­варки обрабатывают заподлицо с ос­новным металлом, сверлят отверстие и нарезают резьбу номинального разме­ра. Однако применение сварочных процессов при восстановлении резьб вследствие большой зоны термическо­го влияния приводит к появлению от­дела, трещин и короблений детали, из­менению структуры основного металла. Прочность восстановленной резьбы ниже прочности новой.

Для заварки резьбовых отверстий з алюминиевых деталях наибольшее применение получила аргонно-дуго- вая сварка специальными электрода­ми из алюминиевой проволоки марки АК. Недостаток применения свароч­ных способов для алюминиевых дета­лей — активное поглощение расплав­ленным алюминием газов, что приводит к образованию пор в наплав­ленном слое. Большая усадка остыва­ющего алюминия часто приводит к об­разованию трещин.

Установка ввертыша может при­меняться, если конструкция детали по­зволяет увеличивать отверстия. Часто?тим способом восстанавливают резь­бы под свечи в алюминиевых головках пилиндров. С этой целью, например, у головок двигателей ЗИЛ-130 резьбо­вое отверстие рассверливают до 0 18,3 мм, зенкуют до 025 мм на глубину 2,5 мм (общая глубина 5,5 мм) и нарезают резьбу 1М20Х1,5 под ввертыш, а затем ввертывают ввертыш и развальцовывают его со стороны плоскости разъема. Перед постановкой вверыша под него ставят медную шайбу толщиной 1 мм. Этот способ трудо­емок, стоимость ремонта высокая.

Способ восстановления резьбовых отверстий на ремонтный размер вле­чет за собой введение увеличенного.размера и дополнительной обработки сопряженной детали. При этом нару­шается взаимозаменяемость.

 

 

В последние годы в ремонтных предприятиях для восстановления резьбовых отверстий широкое распро­странение получил способ установки резьбовых спиральных вставок. Оте­чественный и зарубежный опыт изго­товления спиральных вставок пока­зал, что наилучшие результаты достигнуты при использовании для этой цели проволоки из нержавеющей стали Х18Н9Т или Х18Н10Т повы­шенной точности. Эта проволока обла­дает пластичностью и упругими свой­ствами.

Спиральные вставки серийно изго­тавливают из проволоки ромбического сечения в виде пружинящей спирали с жесткими производственными допу­сками. В таком виде спиральные встав­ки представляют строго концентриче­ские внутренние и наружные резьбы повышенного класса точности. В сво­бодном состоянии диаметр резьбовой вставки больше, чем наружный диа­метр резьбы отверстия, поэтому после завертывания спиральной вставки в резьбовое отверстие вставка находит­ся в напряженном состоянии и плотно прижимается к виткам резьбы в отвер­стии. Установленная в резьбовое от­верстие детали спиральная вставка образует высококалиброванную гаеч­ную резьбу с предусмотренным по нормам исходным номинальным диа­метром.

Восстановленные установкой спи­ральных вставок резьбовые отверстия деталей имеют ряд преимуществ по сравнению с нарезанной резьбой и тем более с отремонтированной существу­ющими способами, применяемыми в ремонтных предприятиях. Эти резьбы имеют повышенную предельно допу­скаемую нагрузку за счет более плот­ного прилегания боковых поверхно­стей спиральной вставки к резьбе отверстий детали, что способствует равномерному распределению нагруз­ки на отдельные витки и напряжений от резьбы болта (шпильки) на резьбу гайки. Они имеют высокую износо­стойкость, обусловленную применени­ем высококачественного материала спиральных вставок и наличием глад­ких поверхностей ромбической прово­локи. Это позволяет резьбе выдержать высокие нагрузки и обеспечивает це­лесообразность использования данно­го способа для упрочнения резьбы в материалах малой прочности (алюми­ний, чугун, пластмасса), а также при наличии тонких стенок в деталях раз­личных машин.

 

Резьбы, восстановленные установ­кой спиральных вставок, обладают по­вышенной антикоррозионной стойко­стью, исключающей возможность заедания резьб болтов и шпилек в ре­зультате воздействия атмосферных условий, так как отсутствует контакт­ная коррозия в резьбовом соединении. Из сказанного следует, что долговеч­ность резьбовых соединений, восста­новленных спиральными вставками, значительно повышается, а это гаран­тирует большой ресурс работы отре­монтированных автомобилей.

При низкой стоимости ремонта и высокой производительности труда этим способом можно восстанавливать все размеры неисправных резьбовых отверстий независимо от их числа и места расположения.

Технологический процесс восста­новления резьбовых отверстий спи­ральными вставками предусматривает следующие операции: очистку; дефек- тацию; рассверливание отверстий, подлежащих восстановлению; нареза­ние резьбы в отверстии детали под спи-' ральную вставку; установку спираль­ной вставки в подготовленное резьбовое отверстие детали; удаление технологического поводка с установ­ленной спиральной вставки; контроль резьбовых отверстий, восстановлен­ных спиральными вставками.

Места под подшипники в корпус­ных деталях восстанавливают при по­мощи дополнительных ремонтных де­талей, гальванических и эпоксидных покрытий, наплавкой и плазменной металлизацией. Так, при восстановле­нии посадочных мест для неподвиж­ных посадок в корпусных деталях из ковкого чугуна применяется напыляе­мый материал на железной основе с небольшим содержанием углерода — железный порошок марки ПЖ-5С по ГОСТ 9849 — 86. В качестве ле­гирующей присадки при этом исполь­зуется алюминиевый порошок (круп­ка) АКП, который вступает в экзотермическую реакцию с окислами железа с восстановлением железа, что способствует прочности связи покры­тия с основой.

Хорошие результаты дает при вос­становлении посадочных мест в дета­лях из серого чугуна плазменная ме­таллизация механической смесью порошков железа и меди. Наиболее простым способом восстановления из­ношенных гнезд под вкладыши корен­ных подшипников блока цилиндров является растачивание их под увели­ченный размер вкладышей ремонтного размера. При этом используются рас­точные станки типа НИИА-548. После растачивания масляные каналы про­мывают с целью удаления стружки и остатков продуктов износа. При отсутствии вкладышей ремон­тного размера гнезда восстанавливают путем фрезерования (шлифования) тор­цов крышек коренных подшипников по плоскости разъема на 0,3...0,4 мм и по­следующего растачивания гнезд до но­минального размера при условии со­хранения допустимого размера расстояния от оси отверстия гнезд до верхней плоскости блока цилиндров в пределах, оговоренных технически­ми условиями на ремонт. Растачива­ют гнезда резцами с пластинами ВК6М. Коллективом ГОСНИТИ разрабо­таны технологический процесс и обо­рудование для восстановления изно­шенных гнезд коренных подшипников блоков цилиндров с диаметром, отвер­стий 95 мм и более электро – контактной приваркой стальной ленты с последующим растачиванием приваренного слоя до номинального размера. Для приварки применяют ленту из стали 20, допускается также применение ленты из стали 10.

При восстановлении посадочных мест, точность расположения которых регламентирована, последние должны растачиваться с одной установки в ли­нию, а для обеспечения требуемой точ­ности межцентровых расстояний они растачиваются одновременно. После восстановления посадочных отверстий контролируют их размеры, форму и расположение. Контроль размеров осуществляется как одномерными (пробками), так и универсальными из­мерительными средствами. Точность расположения посадочных отверстий проверяют скалками в сочетании с универсальным измерительным инст­рументом.