Курников А.С. Технология судоремонта : курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

171

Геометрические формы азотированных коренных и шатунных шеек

коленчатых валов восстанавливают механической обработкой «на год-

ность» путем полирования, при которой добиваются одновременно и по-

вышения параметров микрорельефа рабочих поверхностей шеек. Такой

ремонт обусловлен тем, что

1) износы коренных и шатунных шеек невелики;

2) шлифование, в отличие от полирования, сопровождается всегда об-

разованием

в поверхностном слое обрабатываемых деталей больших рас-

тягивающих напряжений, которые отрицательно влияют на усталостную

прочность металла при его знакопеременных нагружениях;

3) твердость азотированного слоя по глубине гиперболически снижа-

ется, и, следовательно, удаление даже небольших припусков механиче-

ским путем приведет к заметному снижению износостойкости валов.

Коленчатые валы с шейками, упрочненными поверхностной закалкой

ТВЧ, имеют большую глубину упрочненного слоя. По этой причине в

случае необходимости их ремонтируют по системе ремонтных размеров.

Иногда такие коленчатые валы шлифуют для удаления неглубоких по-

верхностных трещин.

Для ремонта коленчатых валов наращиванием металла применяют

железнение, хромирование и плазменное напыление.

Очевидно, что по конструктивным соображениям гальванические про-

цессы (железнение, хромирование

) в стационарных ваннах являются не-

приемлемыми. По этой причине используют локальные ячейки с проточ-

ным электролитом.

В частности, при хромировании шеек коленчатых валов в проточном

электролите наиболее целесообразные режимы и параметры процесса ре-

комендуются следующие: температура электролиза 325 К, катодная и

анодная плотность тока 8 кА/м

, скорость протока электролита до 0,8 м/с.

Для повышения предела выносливости металла предусматривают

предварительное пластическое деформирование восстанавливаемой по-

верхности, использование реверсивного тока и т.п.

3.6.5. Ремонт коленчатых валов механической обработкой

При восстановлении точностных параметров коленчатых валов меха-

нической обработкой применяют следующие технологические процессы:

наружное точение на токарных станках универсальными и

широко-

лезвийными резцами;

шлифование на специальных круглошлифовальных станках.

Точение коренных шеек универсальными резцами представляет наи-

более простой и доступный метод механической обработки, особенно в

условиях ограниченного парка станочного оборудования. Оно ничем не

отличается от обычного продольного точения.

172

Сущность обработки коренных шеек коленчатых валов широколез-

вийными резцами состоит в том, что припуск на механическую обработку

снимают специальными резцами путем микрометрической поперечной

подачи (по аналогии с врезным шлифованием). Ширина резцов в этом

случае точно равна длине обтачиваемой шейки.

Точение шатунных шеек больших валов выполняют на специальных

станках с вращающейся

планшайбой или на модернизированных токар-

ных станках с помощью вращающихся резцовых головок, устанавливае-

мых на продольном суппорте станка. При такой обработке коленчатый

вал остается неподвижным, а все необходимые рабочие движения совер-

шает режущий инструмент.

Более производительным и характерным для технологии восстанов-

ления коленчатых валов механической обработкой является шлифование

коренных и шатунных

шеек. Для этих целей используют специальные

круглошлифовальные станки, например, ХШ-335-Н16 при шлифовании

коренных шеек и 3А428Н25 – при шлифовании шатунных.

С точки зрения техники выполнения собственно механической обра-

ботки как при точении, так и при шлифовании коленчатых валов во время

их изготовления или ремонта больших различий с аналогичной обработ-

кой других деталей машиностроения практически нет. Однако базирова-

ние коленчатых валов на станках, их выверка перед обработкой или регу-

лировка при выполнении технологической операции имеют ряд особенно-

стей. Главная из этих особенностей состоит в выборе рациональной схемы

базирования и определении наиболее правильного положения коленчато-

го вала на станке в процессе обработки

. Для крупных коленчатых валов

малооборотных дизелей это обстоятельство является весьма существен-

ным из-за их меньшей относительной жесткости по сравнению с коленча-

тыми валами высокооборотных дизелей.

На практике различают три метода базирования и выверки (регулиро-

вания) коленчатых валов на станках при механической обработке:

на призматических постоянных и регулируемых опорах, количество

которых зависит от числа кривошипов, а схема установки регламентиру-

ется стандартами;

в патроне и на люнетах (метод М.Ф. Рукавишникова);

в патроне или призматических постоянных опорах с выверкой поло-

жения вала по нулевым раскепам.

Первый из этих методов предусматривает установку коленчатых ва-

лов с тремя или шестью кривошипами на трех опорах

. Две крайние из

этих опор являются постоянными, а средняя (под четвертой шейкой) –

регулируемой. Основное преимущество этой схемы состоит в ее простоте.

Однако сравнительно малая жесткость крупных коленчатых валов предо-

173

пределяют недостаточную надежность такой установки и возможно

большие радиальные биения коренных шеек.

Проверяют радиальное биение коренных шеек коленчатых валов не-

посредственно на станке или на контрольной плите. При этом всегда наи-

большую точность измерений достигают при установке деталей в призма-

тические опоры. При измерениях радиального биения в центрах на пря-

молинейность вала, а следовательно, и на биение заметное влияние ока-

зывает усилие поджатия заднего центра. Для ответственных деталей про-

верки радиального биения в центрах следует по возможности избегать.

Сущность установки коленчатых валов на токарных или шлифоваль-

ных станках в патронах и на люнетах состоит в том, что за базу для регу

лирования вала на промежуточных поддерживающих люнетах при вывер-

ке и обработке коренных шеек принимают, естественно, упруго изогну-

тую под действием собственного веса ось вала, установленного на двух

концевых опорах. При этом фланцевый конец коленчатого вала

(рис. 3.15, а) закрепляют в патроне станка после предварительной вывер-

ки с помощью индикатора часового типа

по посадочному пояску под шес-

терню газораспределения. Это объясняется тем, что посадочный поясок

под шестерню газораспределения в эксплуатации практически не изнаши-

вается и не изменяет своей формы и взаимного расположения относи-

тельно оси вала. Под другую концевую коренную шейку подводят люнет

таким образом, чтобы базирование осуществлялось по нерабочему пояску

этой

шейки. Последовательными регулировками кулачков люнетов доби-

ваются такого положения вала, при котором его центральное отверстие

точно согласуется с задним центром станка. Положение вала при регули-

ровке концевого люнета контролируют (см. рис. 3.15, а) двумя индикато-

рами часового типа, измеряющими смещения шейки вала в горизонталь-

ной и вертикальной плоскостях. Совпадение оси вала с

линией центров

станка считают удовлетворительным в том случае, если при поджатии

заднего центра оба индикатора не изменяют своих показаний.

Очередной этап подготовки вала к обработке при этом методе уста-

новки состоит в протачивании или шлифовании базового пояска на сред-

ней шейке для установки промежуточного поддерживающего люнета. С

этой целью при

фиксированном положении коленчатого вала (например,

при вертикальном расположении шатунной шейки первого кривошипа)

под среднюю шейку подводят кулачки люнета до полного устранения

естественных люфтов в люнете. Регулировку считают законченной тогда,

когда показания индикаторов, расположенных в плоскости перемещения

кулачков люнета изменяются (рис. 3.15, б) не более чем на 0,02 мм. В та-

ком положении обрабатывают

посадочный поясок «как чисто». После

дополнительной подрегулировки среднего люнета обрабатывают осталь-

ные шейки. При необходимости под другие шейки коленчатого вала уста-

174

навливают дополнительные люнеты по аналогичной методике их регули-

рования и фиксирования.

Рис. 3.15. Схемы установки коленчатых валов на станках при ремонте

Метод базирования коленчатых валов с выверкой их положения на

станке по нулевым статическим раскепам основывается на том, что перед

механической обработкой добиваются с помощью люнетов или специаль-

ных поддерживающих устройств строгой прямолинейности оси вала. От-

клонение оси вала от прямолинейности для каждого кривошипа оценива-

ют по раскепам. Для этого коленчатый

вал так же, как и в предыдущем

случае, предварительно выставляют на станке по базовым пояскам фланца

и концевой опоры. Затем между щеками каждого кривошипа устанавли-

вают индикаторные приборы для измерения расхождений щек, а под ко-

ренные шейки подводят роликовые опоры рычажных поддерживающих

устройств (рис. 3.15, в). Изменением массы грузов на подвесках этих

уст-

ройств обеспечивают такой восстанавливающий прогиб коленчатого вала,

при котором поворот вала на станке вокруг оси не вызывает изменений

показаний индикаторных приборов, т.е. раскепы будут равны нулю, а ось

вала станет прямолинейной. В отлаженном технологическом процессе

ремонта коленчатого вала того или иного дизеля масса грузов, необходи-

мая для обеспечения

нулевых раскепов всех кривошипов, может быть оп-

175

ределена экспериментальным путем и зафиксирована в рабочей конструк-

торской (технологической) документации.

Для повышения усталостной прочности коленчатых валов галтели ко-

ренных и шатунных шеек упрочняют пластическим деформированием в

холодном состоянии (накатыванием роликами, шариками и т.п.).

Восстановление точности шатунных шеек коленчатых валов при ре-

монте кроме всего прочего должно обеспечивать правильное

взаимное

расположение их осей относительно оси коренных шеек по непараллель-

ности и перекосу. Численные значения этих отклонений, допускаемые

при ремонте, всегда указывают в рабочей технологической документации.

Например, для двигателя 6Ч 18/22 эти значения составляют 0,015 мм на

100 мм длины.

Контролируют взаимное расположение осей коренных и шатунных

шеек универсальным способом или специальными приборами.

При про-

верке непараллельности и перекоса шеек универсальным способом

(рис. 3.16, а) коленчатый вал устанавливают в призматические опоры па-

раллельно контрольной плите и индикатором часового типа измеряют

расстояния А

и А

. По этим размерам рассчитывают соответственно фак-

тические перекос и непараллельность рассматриваемых осей. Основное

преимущество такой проверки в ее доступности для практического ис-

пользования. Однако, как и все методы универсальных измерений, она

достаточно трудоемка.

Рис. 3.16. Схемы измерений взаимного расположения осей коленчатого вала

Измерение отклонений шеек от идеального положения специальными

индикаторными приборами существенно упрощает технику оценки. В

этом случае за один прием определяют численные значения непараллель-

ности и перекоса осей коренных и шатунных шеек. При установке прибо-

ра (рис. 3.16, б) базовыми призматическими опорами 4 на коренные шей-

ки коленчатого вала 2 индикаторы 1,

расположенные в вертикальной

плоскости, фиксируют значения непараллельности, а другие два индика-

тора 3, находящиеся в плоскости перпендикулярной первой – значения

перекоса рассматриваемых осей. Настройку индикаторов перед измере-

ниями, как правило, производят по специальному калибру.

176

3.6.6. Ремонт втулок цилиндров

Цилиндровые втулки малооборотных (МОД) и высокооборотных

(ВОД) отличаются друг от друга не только материалами, из которых их

изготавливают, но в ряде случаев и конструктивным исполнением. Эти

различия обусловливают особенности изнашивания цилиндровых втулок

указанных дизелей и развития ведущих износов.

Наиболее характерными износами цилиндровых втулок являются ис-

кажения

геометрической формы и размеров баз (внутренней рабочей по-

верхности, наружных посадочных поясков и т.д.), коррозионно-

эрозионные разрушения наружных поверхностей, омываемых охлаждаю-

щей водой. Коррозионные разрушения помимо снижения механической

прочности могут привести к нарушению сплошности металла и герметич-

ности рабочего пространства цилиндров.

Образование коррозионно-эрозионных разрушений наружных по-

верхностей втулок цилиндров

объясняется кавитационными явлениями,

происходящими на этих поверхностях под действием вибрации стенки

цилиндровой втулки. Втулки ВОД изготавливают из легированных сталей

марок 35ХМЮ и 38ХМЮА более тонкостенными. Они намного чувстви-

тельнее к вибрациям и, следовательно, к интенсивному кавитационному

изнашиванию преимущественно наружной поверхности.

Внутренняя рабочая поверхность втулок ВОД имеет высокую поверх-

ностную твердость (

НV 700–900). Благодаря азотированию износы этих

поверхностей невелики. Наоборот, цилиндровые втулки МОД, изготавли-

ваемые из серых чугунов, как правило, более толстостенные и устойчивые

к действию вибрационных явлений. Несмотря на это, на наружных по-

верхностях таких втулок также имеются коррозионные разрушения. Ско-

рость язвенной коррозии поверхностей, омываемых охлаждающей водой,

и посадочных поясков не

превышает скоростей изнашивания внутренних

поверхностей втулок МОД. Поэтому чаще всего в качестве ведущего из-

носа для таких втулок цилиндров принимают износ внутренней рабочей

поверхности (овалообразование и увеличение диаметральных размеров).

Обнаружение и оценку коррозионных разрушений цилиндровых втулок

производят визуально, а в ряде случаев гидравлическими испытаниями. При

этом любые отпотевания или течь

являются браковочными признаками.

Искажения геометрической формы и размеров внутренней поверхно-

сти определяют микрометрическими измерениями. По существующей

методике оценки технического состояния ЦПГ дизелей в эксплуатации и

при ремонте эти измерения производят в двух поясах (рис. 3.17). Первый

из этих поясов I–I находится между двумя верхними компрессионными

кольцами при условном положении поршня в верхней мертвой

точке

(в.м.т.), а второй II–II на 15–20 мм выше донышка поршня при положении

кривошипно-шатунного механизма в нижней мертвой точке (н.м.т.).

177

Рис. 3.17. Схема дефектации

цилиндровых втулок

В каждом из этих поясов изме-

рения выполняют в двух взаимно

перпендикулярных направлениях

а–а и б–б. В результате таких изме-

рений рассчитывают фактическую

овальность, которую и сравнивают

с допускаемым значением по тех-

ническим условиям на ремонт.

Аналогично оценивают возмож-

ность для дальнейшего использова-

ния втулки по увеличению диамет-

ральных размеров внутренней

по-

верхности.

Ремонт цилиндровых втулок МОД

наиболее часто сводят к замене их

новыми. В тех же случаях, когда

прибегают к восстановлению рабо-

тоспособно сти втулок, бывших в

эксплуатации, то из известных ме-

тодов восстановления выбирают ремонт механической обработкой по

системе ремонтных размеров или наращивание металла напылением на-

ружных (посадочных) поясков

и железнением внутренней поверхности с

последующей механической обработкой.

Ремонт втулок механической обработкой по системе ремонтных раз-

меров является пригодным для восстановления как внутренней, так и на-

ружной поверхностей, потому что для большинства марок серийных ди-

зелей, устанавливаемых на судах речного транспорта, разработана и дей-

ствует система ремонтных размеров.

Технологический процесс восстановления

внутренней поверхности

включает в себя растачивание и обязательное хонингование для обеспече-

ния заданной точности по размерам, их предельным отклонениям, а также

по форме этой поверхности в продольном и поперечном сечениях.

Восстановление работоспособности втулок гальваническим наращи-

ванием электролитическим железом (железнением) широко применяют

для ремонта цилиндровых втулок небольших габаритов, как например, в

автомобильной и тракторной промышленности.

Цилиндровые втулки ВОД при достижении предельных износов не

ремонтируют и всегда заменяют новыми. Объясняется это тем, что азоти-

рованный слой внутренней поверхности втулки составляет 0,4–0,8 мм и

микротвердость в нем гиперболически падает по глубине.

178

3.6.7. Ремонт поршней

Наиболее характерными износами поршней (рис. 3.18) судовых дизелей

являются искажения геометрических форм и размеров тронка (пов. А), от-

верстия под поршневой палец (пов. Б), канавок под верхние компрессион-

ные кольца (пов. В), а также прогорания донышка поршня (пов. Г). Скоро-

сти изнашивания в пределах одной и той же детали

существенно отлича-

ются и тем самым превращают поршень в деталь с низкой вероятностью

безотказной работы.

Для поршней ВОД, изготав-

ливаемых из деформируемых

алюминиевых сплавов, ведущи-

ми износами оказываются про-

горание донышка поршня, за-

коксовывание двух верхних

канавок под поршневые кольца

и износ этих канавок с увеличе-

нием торцевого зазора между

канавкой и кольцом. Практиче-

ски срок службы канавок под

поршневые кольца для этих

поршней составляет одну – две

навигации, в

то время как по

другим изнашиваемым элемен-

там сроки службы до ремонта

значительно выше. Прогорание

донышка поршня является бра-

ковочным признаком.

Рис. 3.18. Схема дефектации поршней

Износ канавок и других конструктивных элементов при дефектации

обнаруживают микрометрическими измерениями и при износах, больше

допускаемых по техническим условиям, поршень ремонтируют. Обычно, и

особенно для поршней МОД с наддувом или без наддува, этот ремонт сво-

дят к обработке канавок, тронка поршня и отверстия под поршневой палец

по системе ремонтных размеров

на ближайший ремонтный размер. Причем

так же, как и при изготовлении новых поршней, основная характерная осо-

бенность технологического процесса состоит в использовании искусствен-

ной установочной базы для установки на станке детали, обеспечивающей

соблюдение принципа постоянства баз при механической обработке.

Поскольку после ремонта поршни должны удовлетворять условию

взаимозаменяемости, то к качеству восстановления

геометрических ха-

рактеристик всех конструктивных элементов предъявляются высокие тех-

нические требования. Особенно жестко эти требования регламентируются

для отверстия под поршневой палец. Для удовлетворения этих требований

поршни растачивают на алмазно-расточных станках.

179

Из методов восстановления поршней наращиванием металла на прак-

тике находят применение наплавка и анодное оксидирование канавок под

кольца поршней из алюминиевых деформируемых и литейных сплавов.

Восстановление наплавкой предусматривает полное заполнение метал-

лом двух верхних (а иногда и всех) канавок под поршневые кольца и после-

дующую механическую обработку относительно искусственной установоч-

ной базы. Наиболее эффективна в этих случаях плазменная наплавка по-

рошковой проволокой, легированной хромом и другими износостойкими

материалами. Такой процесс используют для повышения долговечности

канавок поршней не только при восстановлении, но и в машиностроитель-

ном производстве при изготовлении новых деталей путем наплавки более

износостойкого металла на предварительных этапах технологического про-

цесса

с последующей чистовой механической обработкой.

Анодное оксидирование (анодирование) как при изготовлении новых,

так и при восстановлении изношенных поршней из алюминиевых сплавов

в первую очередь преследует цель повышения износостойкости канавок

для поршневых колец, поскольку оксидная пленка имеет твердость до

НВ 600. Однако благодаря тому, что при анодировании на поверхности

детали образуются пленки

толщиной до 0,2 мм, этот процесс может обес-

печивать и восстановление размеров торцовых поверхностей перемычек

между канавками под поршневые кольца.

Для поверхностного упрочнения и повышения точности отверстий

под поршневой палец иногда их обрабатывают импульсными раскатками,

обеспечивающими многократное дискретное деформирование металла в

холодном состоянии за счет соответствующего профилирования оправки

роликовой раскатки.

3.6.8. Ремонт

шатунов

Шатуны судовых дизелей представляют собой конструкции, состоя-

щие из стержня шатуна и крышки нижней половины вкладыша шатунного

подшипника. В ряде случаев, особенно у МОД большой мощности, стерж-

ни шатунов выполняют разъемной конструкции в виде кривошипной го-

ловки и собственно стержня шатуна. Этим разнообразием конструктивно-

го исполнения и количества контактных

поверхностей, подвижных и не-

подвижных соединений подшипников шатунов, нижней головки и крыш-

ки шатунных вкладышей определяются разновидности износов шатунов.

Шатуны в эксплуатации находятся под действием динамических на-

грузок, что способствует развитию усталостного разрушения.

К ведущим износам шатунов относят:

искажения геометрической формы и размеров подшипников криво-

шипной и поршневой головок шатуна, плоскостей

поверхности разъема

лапы шатуна с кривошипной головкой;

180

ослабление и искажение формы баз головки шатуна; нарушение вза-

имного расположения осей подшипников шатунов и баз поршневой и

кривошипной головок в результате неравномерного изнашивания и ис-

кривления стержня шатуна;

усталостные трещины на стержне шатуна.

При дефектации искажения и изменения размеров подшипников вы-

являют микрометрическими измерениями фактической некруглости и

нецилиндричности с

точностью до 0,01 мм.

Нарушения плоскостности поверхностей разъемов лапы шатуна и его

кривошипной головки, образующиеся в результате наклепа, проверяют на

контрольной плите на краску.

Искривления стержня шатуна оценивают по непараллельности и пе-

рекосу осей подшипников. Эти отклонения от заданного взаимного рас-

положения измеряют либо универсальным способом на контрольной пли-

те (рис. 3.19), либо

с помощью специального приспособления (рис. 3.20).

В обоих случаях при настройке на измерения фактическую ось нижнего

(шатунного) вкладыша подшипника материализуют с помощью комплек-

та конусных втулок 2 и контрольного валика 3. Конусные контрольные

втулки применяют для компенсации износов шатунных подшипников,

которые для каждого шатуна могут заметно отличаться друг от друга.

Рис. 3.19. Измерения шатунов уни-

версальным способом

Рис. 3.20. Измерения точности шатунов

приборами

При измерениях универсальным способом шатун в сборе с комплек-

том втулок и валиком устанавливают в призматические опоры 1 на кон-

трольной плите 5. По схеме, соответствующей рис. 3.19, а, измеряют не-