3 Восстановление работоспособности коленчатых валов среднеоборотных дизелей нанесением покрытий.

Ремонт коленчатых валов с шейками, износ которых достиг предельного значения, осуществляется наращиванием металла с последующей обработкой до 3 номинальных размеров или только механической обработкой по системе ремонтных размеров.

Нанесение металла на изношенные поверхности шеек может производиться хромированием или плазменным напылением.

На выбор процесса наращивания покрытия влияют толщина и физико-механические свойства (твердость, прочность сцепления материала восстановленного слоя с основой, внутренние напряжения и т.д.).

Толщину S слоя металла, наносимого на шейки коленчатого вала, можно рассчитать по следующему выражению:

где: Z_ш – толщина слоя металла, удаляемого с восстанавливаемой поверхности для обеспечения ее правильной геометрической формы, мм;

W – радиальный износ шейки на сторону для расчетного диаметра d_расч, мм:

Z – припуск на механическую обработку после нанесения покрытия, мм.

Численные значения Z_ш и Z условно можно принять по табл. 4.1.

Так как S>0,5 мм, то для восстановления изношенных шеек вала в качестве основного метода используем плазменное напыление.

4 Восстановление коленчатых валов плазменным напылением

Плазменное напыление - один из наиболее перспективных методов восстановления изношенных деталей. Процесс заключается в плавлении и переносе частиц расплавленного металла на поверхность изношенной детали.

При плазменном напылении в качестве источника теплоты используют струю плазмы, представляющую собой сильно ионизированный газ с температурой до 30000 К. Плазма образуется путем вдувания в электрическую дугу плазмообразующего газа (аргона, азота, гелия). Высокий запас энергии плазма получает в результате сильного обжатия при пропускании ее под давлением через узкий канал.

Универсальная установка УПУ-3Д предназначена для нанесения покрытий проволочными и порошковыми материалами.

При плазменном напылении проволокой для ее подачи используют специальный механизм, состоящий из электродвигателя, редуктора, подающих роликов и катушки, на которую уложена проволока. Плазматрон ПМ-25 и механизм подачи распыляемой проволоки соединяют между собой гибким шлангом длиной 1400 мм.

При использовании плазмотрона ПП-25 напыляемые порошки вводятся в него потоком транспортирующего газа из порошкового роторного дозатора. С его помощью дозируют подачу порошка изменением скорости вращения ротора, захватывающего порошок из бункера и переносящего его в приемную камеру.

Исходные данные для выбора параметров восстановления шеек вала плазменным напылением (пункт 6 по таблице 4.12 методички)

Буквы шифра	Материал напыления	Дистанция напыления Н, мм	Значение сцепления δц в зависимости от пористости	Отношение силы тока к расходу газа I/Q ∙ 10^2, Ас/ч	Значение сцепления в зависимости от толщины покрытия
1	2	3	4	5	6
Н	проволока	120	4,4%	3,2	42,3

σ_ср=(37+42+42)/3=42,3 МПа

Охлаждают плазмотроны из водопроводной сети. Если давление в ней недостаточное, используют центробежный насос.

Детали очищают от грязи и масла органическими растворителями или специальными моющими препараторами типа «Лабомид», затем сушат. Далее шлифованием придают детали правильную геометрическую форму. После механической обработки производят размерную дефектацию шеек вала для определения необходимой толщины слоя напыления, а также контролируют вал на магнитном дефектоскопе с целью выявления трещин, возникающих в эксплуатации и в процессе шлифования шеек.

Основной подготовительной операцией является создание на поверхности необходимой шероховатости, которая оказывает существенное влияние не только на прочность сцепления напыленного слоя с подложкой, но и на усталостную прочность восстановленной детали. Наиболее рациональный метод создания необходимой шероховатости поверхности – струйная обработка электрокорундом грануляции 0,6 –1,8 мм с помощью пневматической установки при давлении сжатого воздуха 0,4 – 0,6 МПа продолжительностью 20 – 120 с на расстоянии 40 – 90 мм, Rz –80 – 240 мкм. Пескоструйная обработка преследует также удаление окисной пленки.

Прилежащие к напыляемым шейкам участки щек защищают асбоцементом или лакотканью.

Разрыв во времени между активацией и собственно напылением не должен превышать двух часов. Непосредственно перед напылением обработанные шейки коленчатого вала протирают ацетоном.

После пескоструйной обработки вал закрепляют на токарном станке и напыляют.

Восстановление шеек коленчатых валов плазменным напылением производят материалом ПХ2ОН80 – нихром (20 % Сr и 80 % Ni).

Одной из наиболее существенных характеристик плазменного покрытия является прочность сцепления с основным металлом.

Сцепление нанесенного металла с основными определяется подготовкой поверхности и рядом параметров самого процесса, а именно силой тока, напряжением на дуге, дистанцией напыления, скоростью перемещения плазмотрона и т.д. На адгезию покрытия с основным металлом оказывает влияние пористость покрытия и его толщина, поскольку в напыленном металле возникают растягивающие остаточные напряжения.

Рекомендуемые параметры для восстановления коленчатых валов плазменным напылением: сила тока I = 440 А, напряжение на дуге V = 75 В, дистанция напыления Н = 120 мм, скорость перемещения плазмотрона ϑ = 5 мм/об, частота вращения вала n = 1 об/сек, толщина покрытия за один проход h = 0,05 мм, расход плазмообразующего газа; (аргон с азотом в пропорции 4:1) Qr = 1,5 г/с, расход транспортирующего газа – аргона Qт = 0,09 г/с. Покрытие наносят в несколько проходов в зависимости от необходимой толщины.

Технологическое время плазменного напыления определяют по формуле:

где dрасч – расчетный диаметр восстанавливаемой детали, мм (табл. 2.4.);

l – длина восстанавливаемой шейки, мм (табл. 3.3.);

S – толщина слоя напыленного металла, мм;

ρ – плотность материала нанесенного покрытия – 7∙10³ кг/м3;

G – производительность установки плазменного напыления – 3,5 кг/ч;

η – коэффициент использования материала при напылении – 0,5.

Качество покрытия оценивают по внешнему виду – отсутствию отслоений, сколов, вспучиваний. После контроля производят механическую обработку (шлифование) шеек вала до номинального размера на круглошлифовальном станке абразивным кругом марки ЭБ4ОСМ-СI со следующими режимами:

скорость шлифовального круга 30м/с

получистовое шлифование:

скорость вращения детали Vg = 0,5 м/с

продольная подача Sпр = 6 мм/об

глубина шлифования tшп = 0,02 мм

чистовое шлифование:

скорость вращения детали Vg = 0,5 м/с

продольная подача Sпр = 3 мм/об

глубина шлифования tшп = 0,005 мм

Восстановление коленчатого вала завершают контролем на магнитопорошковом дефектоскопе с целью выявления шлифовочных трещин. Технологическая схема ремонта коленчатого вала плазменным напылениемпредставлена в табл. 1 приложения 2.

Технологическая схема восстановления изношенных шеек коленчатых валов методом плазменного напыления.

№	Наименование операции	оборудование	материалы	режимы
1	Очистка и мойка деталей	Моечная ванна	Моечный препарат «Лабомид»	t=70…80˚С
2	Дефектация	Микрометр, магнитопорошковый дефектоскоп ДМ-76	Магнитная суспензия	In=2960 А In=4,12 А
3	Механическая обработка (шлифование)	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=6 мм/об
4	Пескоструйная обработка поверхностей шеек	Пескоструйный аппарат	Электрокорунд грануляция 0,6-1,8 мм	РВ=0,4 МПа T=70 с Rz=160мкм
5	Обезжиривание поверхности шеек	Кисть	Ацетон
6	Изоляция щек кривошипа		Лакоткань
7	Установка вала на токарном станке	Подъемный кран, токарный станок
8	Плазменное напыление	Установка УПМ-3Д плазмотрон ПМ-25	Порошок ПХ20Н80	I=440 А U=75 В Н=120 мм V=4..5 мм/об n=1 с^-1
9	Демонтаж вала	Подъемный кран
10	Осмотр и обмер шеек	Микрометр
11	Шлифование черновое	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ-CI	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=6 мм/об t=0,02 мм
12	Шлифование чистовое	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ-СI	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=3 мм/об t=0,005 мм
13	Дефектация	Магнитопорошковый дефектоскоп ДМ-76	Магнитная суспензия	In=2960 А In=4,12 А