Совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов путем использования полуавтоматической дуговой приварки ремонтной разрезной втулки

Около половины всех затрат при капитальном ремонте техники приходится на материалы и запасные части, поэтому вторичное потребление восстановленных деталей является крупным источником снижения материалоемкости. Проблема снижения материалопотребления в ремонтном производстве сводится главным образом к полному использованию ремонтопригодных деталей. Успешное ее решение должно основываться на данных об экономически оправданных объемах изношенных деталей, которые могут повторно использоваться в процессе производственной деятельности ремонтных предприятий.

Выдвигающиеся требования полного обеспечения народного хозяйства новыми запасными частями часто не учитывают потенциальные возможности покрытия потребности в запчастях за счет восстановления и вторичного использования изношенных деталей. К сожалению, к изношенным деталям долгое время относились как к металлолому, хотя одним из важных резервов, направленных на удовлетворение потребности в запчастях, является массовое восстановление их на индустриальной основе [9].

Задача восстановления коленчатых валов является сравнительно сложной и до настоящего времени окончательно не решена. В связи с этим применяется множество вариантов технологических процессов восстановления коленчатых валов.

Наиболее известными способами восстановления изношенных поверхностей шеек валов являются напыление, наплавка и наварка различных металлов.

В связи с этим, проведенное на кафедре ТКМ СПГАУ в 2003.2006 годах исследование, направленное на совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов автотракторных двигателей внутреннего сгорания, актуально и при внедрении полученных результатов может иметь важное значение для ремонта машин.

Цель работысовершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов путем применения полуавтоматической дуговой приварки разрезной ремонтной втулки.

Задачи исследования:

— на основании анализа ранее проведенных исследований предложить новый способ приварки ремонтной втулки к восстанавливаемой шейке вала;

— разработать технологический маршрут приварки ремонтной втулки к восстанавливаемой шейке вала;

— разработать расчетно-теоретический метод определения минимальной остаточной толщины стенок ремонтной втулки;

— разработать расчетно-теоретический метод определения температурных полей в ремонтной втулке и шейке вала;

— разработать расчетно-теоретический метод определения технологических напряжений в приваренной ремонтной втулке;

— провести экспериментальные исследования по определению качества сварных швов и напряжений, действующих в приваренной ремонтной втулке.

Объект исследований:

— технологический процесс восстановления шеек коленчатых валов автотракторных двигателей;

— технологические операции, связанные с приваркой ремонтной втулки к восстанавливаемой шейке вала.

Научная новизна:

— предложен способ фиксации ремонтной втулки на восстанавливаемой шейке коленчатого вала, для которого обоснованы конструктивные и технологические параметры;

— установлена минимально необходимая площадь сварных швов, фиксирующих ремонтную втулку на шейке вала;

— предложена методика расчета минимально необходимой остаточной толщины стенок ремонтной втулки, приваренной к шейке вала;

— предложена методика расчета напряжений в приваренной ремонтной втулке;

— предложена методика расчета тепловых потоков в приваренной ремонтной втулке и шейке вала;

— установлены физико-механические параметры сварных швов, и зон термического влияния, фиксирующих ремонтную втулку на восстанавливаемой шейке вала;

— определены технологические напряжения, действующие в приваренной ремонтной втулке.

Практическая значимость:

— разработан технологический маршрут и его технологические операции, обеспечивающие фиксацию ремонтной втулки на восстанавливаемой шейке вала;

— предложены технологические методы приварки ремонтной втулки и последовательность их применения;

— разработана компоновка рабочих органов установки для механизированной приварки ремонтной втулки на восстанавливаемую шейку коленчатого вала.

Реализация результатов исследований:

— результаты исследований по совершенствованию технологии восстановления шеек коленчатых валов приняты для использования НИЛ кафедры СПГАУ и создания специализированного участка по восстановлению автотракторных коленчатых валов в технопарке «Царское село». Акт о внедрении и модель спроектированной установки представлены в приложении 3.

Апробация:

Материалы по результатам исследований были представлены на ежегодных научно-практических конференциях преподавателей и аспирантов СПГАУ в 2004.2006 годах.

На защиту выносятся:

— способ фиксации ремонтной втулки на восстанавливаемой шейке коленчатого вала и технологические методы для его реализации;

— методика расчета минимально-необходимой остаточной толщины стенок ремонтной втулки^ приваренной к шейке вала;

— методика расчета напряжений в приваренной ремонтной втулке;

— методика расчета тепловых потоков в приваренной ремонтной втулке и шейке вала;

— физико-механические характеристики приваренной ремонтной втулки к шейке вала.

Основные положения, выносимые на защиту:

— при расчете толщины ремонтной втулки необходимо учитывать минимально необходимую остаточную толщину приваренной втулки;

— на неустановившихся тепловых режимах работы двигателя температуры коленчатого вала и ремонтной втулки должны быть одинаковыми.

Публикации:

По теме диссертации опубликованы 4 работы.

На рассмотрении ФИПС находится заявка на изобретение — на способ восстановления коленчатого вала.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, общих выводов, списка литературы и приложений.

Общие выводы.

1. Анализ технологии восстановления шеек коленчатых валов с применением ремонтной втулки показал, что теплопередача от ремонтной втулки в тело вала зависит от относительной площади сварных швов, которыми втулка фиксировалась на шейке вала.

2. Для обеспечения стабильного натяга в сопряжении шейка — ремонтная втулка в процессе работы двигателя внутреннего сгорания необходимо и достаточно обеспечить 25.30% площади сварных швов относительно всей поверхности ремонтной втулки.

3. Разработан расчетно-теоретический метод определения остаточной толщины стенок ремонтной втулки, установленной на восстанавливаемую шейку вала. Ее величина не должна быть меньше 0,25 мм.

4. Разработан расчетно-теоретический метод определения напряжений в приваренной ремонтной втулке. При принятой схеме приварки технологические напряжения составили 352МПа.

5. Разработан расчетно-теоретический метод определения температурных полей в приваренной ремонтной втулке и шейке вала на основе использования метода конечных элементов. Предлагаемая схема приварки ремонтной втулки обеспечило постоянство скорости нагрева деталей сопряжеия.

6. Металлографические исследования показали, что в микроструктуре приваренного участка ремонтной втулки отсутствуют трещины и другие дефекты, которые влияли бы на износостойкость восстановленной поверхности. Зоны термического влияния вдоль сварных швов минимальны (2. .2,5 мм) или полностью отсутствуют.

7. Качество сварного шва было повышено путем применения стальной ленты марки ЗОХГСА, которая исключила всплески высокой твердости в зоне термического влияния и обеспечила твердость в пределах HRC 45. .49.

8. Экспериментальные исследования показали, что в приваренной ремонтной втулке напряжения составили 355.550МПа, что обеспечивает запас прочности в пределах к=3. .4.

9. Установлена математическая модель связи технологического режима нанесения кольцевого сварного шва (скорости приварки и величины тока) и глубины проплавления основного металла вала.