Разработка технологии восстановления готовый (Разработка технологии восстановления гильзы цилиндра дизеля плазменным напылением), страница 3

Максимальный износ гильзы обычно бывает в районе остановки первого поршневого кольца при положении поршня в верхней мертвой точке. Износ в этом месте за­меряют индикатором типа «Федераль» (со специальной острой ножкой), закреп­ленным на обычной подставке. Разность показаний индикатора при замерах поверхности над первым поршневым кольцом, на котором износ фактически отсутствует, и в зоне остановки первого поршневого кольца дает величину максимального износа. При износе свыше 0,5 мм на сторону гильза ремонту не подлежит, так как при шлифовке будет полностью снят азотированный слой.

Перед запрессовкой гильз в моноблок необходимо:

- Осмотреть оловянное покрытие, — оно не должно иметь сквозных про­дольных царапин. При нарушении слоя олова необходимо снять и снова нанести гальваническим путем, обеспечив чистоту отверстий для впуска и выпуска воды в рубашках.

- Опрессовать гильзу на приспособлении, изображенном на рисунке 1.7. Температура воды 80—90 °С, давление 5 кг/см², выдержка 5 мин. Течь и отпо­тевание по верхнему стыку рубашки с гильзой не допускаются.

- Подобрать гильзы к расточкам в моноблоке для обеспечения натяга 0,20—0,27 мм. Пояса обмеров на гильзе расположены на расстоянии 30 и 135 мм от верхнего торца. В каждом поясе делают два обмера: в плоскости продоль­ной канавки на верхнем пояске рубашки и перпендикулярно ей. Пояса обмеров расточки в моноблоке расположены на расстоянии 30 и 135 мм от днища моно­блока. Обмер производится вдоль и поперек моноблока. При подборе диаметры гильзы и отверстия в моноблоке определяются как среднее арифметическое значение двух замеров в одном поясе. Наружный обмер гильзы делают ми­крометром, для этого можно использовать специальную стойку с двумя инди­каторами. Диаметр расточки в моноблоке обмеряют нутромером.

Для получения требуемого натяга увеличивают слой оловянного покрытия до 0,05—0,06 мм. Возможно использование комбинированного покрытия - слой олова, а по нему несколько слоев клея ГЭН-150В. Подобранные гильзы клеймят номером отверстия моноблока на пояске рубашки в зоне продоль­ной канавки .

К резьбе в моноблоке подбираются гайки крепления гильзы. Гайка должна плавно, без заеданий заворачиваться в резьбу на моноблоке при температуре гайки и моноблока, равной температуре окружающего воздуха. Гайку также клеймят номером отверстия в моноблоке.

Гильзу запрессовывают в моноблок, прогретый до температуры 100 °С. Пар или горячая вода подводятся к фланцу, отводящему охлаждающую во­ду, а отводятся через патрубок водоприемного канала. В расточки моно­блоков вставляют специальные цилиндры (см. рисунок. 1.4), которые закрывают кольцевые каналы и создают возможность циркуля­ции воды по моноблоку.

Гильзы перед запрессовкой охлаждают в жидком азоте до температуры 180–150 °С. Верхнюю часть гильзы погружают в бачок и заливают жидким азотом до уровня, закрывающего посадочную поверхность гильзы . При работе с жидким азотом необходимо строго соблю­дать правила техники безопасности, работать в брезентовых рукавицах и защитных очках. Перед погружением гильзы в бачок особенно тщательно про­тирают гильзу и проверяют отсутствие влаги на ее поверхности.

Охлаждение гильзы до требуемой температуры контролируется прекращением интенсивного кипения жидкого азота. Непосредственно перед запрессовкой прекращают прогрев моноблока и, насухо вытерев отверстие в моноблоке, опускают охлажденную гильзу [13].

1— корпус; 2 — игла; 3 — штуцер; 4 — прокладка; 5, 9—штифты;

6 — уплотнительное кольцо; 7 — зажимная крышка; 8—стяжной болт с гайкой; 10—нажимное кольцо; 11 — резиновое

Рисунок 1.7 – Приспособление для гидроопрессовки гильзы

Делают это быстро, не давая гильзе нагреться, а моноблоку охладиться. Запрессовку гильз производят в следующем порядке: 1—3—5— 2—4—6. При посадке гильзы продольная канавка на верхнем кольцевом бурте рубашки (для слива воды) должна располагаться на поперечной оси моноблока в сторону фланцев выпускных коллекторов.

Перед запрессовкой каждой гильзы подогревают моноблок горячей водой или паром в течение 5—10 мин. Пакет резинового уплотнения ставят после остывания моноблока до температуры 80—40 °С, упорные кольца смазывают маслом МК-22, МС-20 или касторовым. Гайку крепления гильзы сначала затягивают специальным ключом двумя руками на плече 300 мм, а затем тем же усилием после нагрева моноблока до температуры 80–90 °С. Торец окончательно затянутой гайки должен утопать за нижнюю плоскость моноблока на 0,1—2,5 мм.

После установки гильз и затяжки гаек крепления моноблок охлаждают до температуры окружающего воздуха, а затем проверяют зазоры между тор­цом гильзы и камерой сгорания, а также овальность гильз. Зазор между тор­цом гильзы и поверхностью днища камеры сгорания, замеряемый щупом, должен быть не более 0,1 мм. В связи с разной жесткостью моноблока (большая жесткость вдоль оси моноблока) после за­прессовки овальность гильзы иногда достигает 0,3 мм.

При работе вследствие нагре­ва моноблока овал несколько уменьшается, как показала практика длительной работы такой овал является допустимым.

Овалы гильз, запрессо­ванных в моноблок, замеряют в трех поясах: на расстоянии 298 мм от нижней кромки гильзы, 170 и 65 мм от той же кромки. Овал гильз допус­кается не более 0,4 мм.

После проверки овалов мо­ноблоки опрессовывают водой и окончательно собирают так же, как и разъемные блоки.

1.3 Дефектоскопия гильзы цилиндра

Переносной дефектоскоп УНМ 300/2000 позволяет работать в режиме автоматического размагничивания импульсным или переменным током, с использованием кабелей, соленоида, а также в режиме намагничивания одиночными импульсами тока при контроле способом остаточной намагниченности (СОН) непрерывно следующими импульсами тока с частотой 2 Гц при контроле способом приложенного поля (рисунок 1.8). Основными задачами дефектации и сортировки деталей являются:

- контроль деталей для определения их технического состояния;

- сортировка деталей на три группы: годные для дальнейшего использования, подлежащие восстановлению и негодные;

- накопление информации о результатах дефектации и сортировки с целью использования ее при совершенствовании технологических процессов и для определения коэффициентов годности, сменности и восстановления деталей [18].

Отступление от технических условий может привести к снижению качества и повышению стоимости ремонта гильзы цилиндра. Увеличение количества повторно используемых деталей позволяет снизить себестоимость ремонта, однако, применение на сборке деталей с отклонениями от технических условий ухудшает показатели качества.

А Б

В Г

Д

А – блок питания; Б – двухсекционный соленоид; В – электромагнит;

Г – ручные электроконтакторы с кабелями; Д – гибкий кабель

Рисунок 1.8 – Устройство намагничивающее УНМ-300/2000

Особенности технологии контроля:

- для выявления продольных дефектов применяют циркулярное намагничивание деталей, поперечных – продольное намагничивание;

- для циркулярного намагничивания кабель пропускают через отверстие детали или наматывают на деталь от двух до четырех витков кабеля. При этом в зависимости от формы детали и условий проведения контроля могут быть применены два способа намотки кабеля: равномерная вокруг отверстия детали или локальная. При втором способе контроль детали проводят два или три раза, сдвигая витки соответственно на (180 ± 10)° или (120 ± 10)°;

- для полюсного намагничивания кабельнаматывают на деталь перпендикулярно оси отверстия в детали.

Исправность дефектоскопа и намагничивающего устройства проверяют контрольным эталоном, который помещают в соленоид и поливают магнитной смесью. Смесь состоит из ферромагнитного порошка (мягкая сталь, кузнечная окалина, доведенные до пылевидного состояния) и жидкой основы (органическое масло или керосин). На один литр жидкости добавляют 200 г порошка. Жидкая основа служит для удержания порошка на поверхности детали. При исправном дефектоскопе схема трещин на эталоне должна совпадать с дефектограммой.

Подготовка детали к магнитному контролю заключается в очистке ее до металлического блеска от смазки, пыли, краски и коррозии [19].

Чтобы обеспечить свободное стекание магнитной смеси с неповрежденных мест детали, ее устанавливают с некоторым наклоном к горизонту. В процессе контроля, т. е. во время поливки магнитной смесью и осмотра детали, дефектоскоп может оставаться на детали включенным (метод приложенного магнитного поля) или деталь сначала намагничивается, а затем на нее наносится магнитная смесь (метод остаточной намагниченности).

Для того чтобы обнаружить неоднородность магнитного поля, деталь поливают суспензией, состоящей из 50%-го раствора керосина и трансформаторного масла, в котором во взвешенном состоянии находится мельчайший магнитный порошок (окись железа-магнетит). При этом магнитный порошок будет притягиваться краями трещины.

В случае скопления на каком-либо участке поверхности детали магнитного порошка в виде характерной темной жилки, указывающей на наличие трещины, это место следует обтереть и вновь проверить, но более внимательно. Дефектное место следует очертить мелом. После контроля деталь следует размагнитить.

Технологический процесс контроля деталей магнитным дефектоскопом состоит из следующих операций:

- измерения сопротивления изоляции токоведущих частей дефектоскопа и проверки надежности заземления его металлических частей;

- проверки качества выявления дефектов прибором по контрольному эталону;

- подготовки деталей для контроля;

- дефектоскопии и размагничивания.

Состояние изоляции токоведущих частей и надежность заземления металлических частей дефектоскопа проверяется измерением сопротивления изоляции мегаомметром, которое должно быть не менее 2 Мом, а заземление частей равно нулю.

В таблице 1.9 представлена карта технологического процесса ремонта гильзы цилиндра дизеля М756 в объеме ТР-3.

Т аблица 1.9 – Карта технологического процесса ремонта гильзы цилиндра дизеля М756 в объеме ТР-3

2 ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА ПЛАЗМЕННЫМ НАПЫЛЕНИЕМ

Плазменное напыление заключается в нанесении на предварительно подготовленную поверхность детали порошковых материалов при помощи плазмы. Как правило, перед осуществлением процесса необходима предварительная обработка поверхности основы, цель которой – получение прочного сцепления покрытия с материалом детали. На практике данную обработку осуществляют механическим способом (шлифование, фрезерование, струйно-абразивная очистка). При этом поверхность очищается от грязи, масел и достигается необходимая шероховатость поверхности.

Плазменный процесс состоит из трех основных стадий:

- генерация плазменной струи;

- ввод распыляемого материала в плазменную струю, его нагрев и ускорение;

- взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц с основанием.

Исходными технологическими материалами плазменного напыления являются порошки тугоплавких металлов, оксидов, твердых сплавов, композиционных материалов дисперсностью 40–315 мкм, что обусловлено относительно низкой стоимостью и простой технологией процесса получения порошков. К порошковым металлическим материалам, используемым для напыления основного защитного покрытия, относятся порошки кобальтовых и никелевых сплавов, включающих хром, вольфрам и железо, обладающих высокой твердостью, которая практически не снижается даже при высоких температурах, износостойкостью и антикоррозионными свойствами. Такие сплавы используют для напыления с добавками бора и кремния, образуя самофлюсующиеся сплавы, покрытия из которых получаются без пор, обладают износостойкостью, эрозионной стойкостью, коррозионной стойкостью, стойкостью к окислению при высоких температурах. Температура деталей перед напылением и в помещении, где производят напыление, должна быть не менее 15 °С. Поверхность под напыление должна быть зачищена до определенной степени шероховатости. Не допускается попадание на подготовленную поверхность влаги и масла, касание её руками [20].

Плазменная струя представляет собой ионизированный, высокотемпературный и высокоскоростной поток газа. Температура струи колеблется от 5000 °С до 20 000 °С. В плазменную струю вводится порошок или проволока. Вводимые в струю материалы расплавляются, разгоняются и с большой кинетической энергией ударяются и привариваются к поверхности детали. В качестве плазмообразующих газов используются аргон и смесь аргона с водородом. Для восстановления гильз методом плазменного напыления участок должен быть укомплектован следующим оборудованием: вращателем (возможно применение токарного станка) или специальной камеры с вращателем, источником питания, питателями для подачи порошка или механизмом подачи проволоки, плазмотроном, камеры для абразивно-струйной обработки, агрегатов для подачи воды и воздуха, баллонов с инертными газами.

Использование технологии плазменного напыления позволяет формировать на цилиндровой втулке поверхностные слои с необходимым набором свойств. Напыляемое покрытие на внутренней поверхности цилиндровой втулки должно обладать не только высокой износостойкостью, но и создавать так называемый “тепловой барьер” для уменьшения термических напряжений и тепловых потерь через втулку в охлаждающую дизель воду. Так, температура гильзы цилиндра дизеля М756 в районе выпускных окон повышается до 280–320 °С . При этом величины деформации с образованием корсетности втулки под нижним посадочным поясом водяной рубашки и бочкообразности по перемычкам выпускных окон достигают недопустимых значений. В таком случае погрешности макрогеометрии, связанные с технологией изготовления деталей и сборки, суммируясь с тепловыми и силовыми деформациями, возникающими при работе двигателя, являются основной причиной интенсивного износа и задирообразования. Как известно, из общих тепловых потерь в дизеле, около 40 % тепловых потерь приходятся на потери через цилиндровую втулку. Для создания “теплового барьера” наиболее перспективными являются керамические материалы вследствие их малой теплопроводности и высокой термической стойкости при высоких температурах. Но керамическое покрытие обладает низкой стойкостью к ударным нагрузкам. Поэтому внутренний слой цилиндровой втулки необходимо формировать из материалов, имеющих в своем составе керамические материалы и металлы. Такие композиционные материалы при правильном выборе хорошо противостоят схватыванию с материалом поршневых колец в местах фрикционного взаимодействия, что является предпосылкой высокой стойкости к износу и задирообразованию. При выборе материала покрытия следует учитывать то обстоятельство, что существенное влияние на износ цилиндровой втулки могут оказывать продукты сгорания топлива, так как при его сгорании образуется углекислота, сернистый ангидрид, водяной пар, нагар и коксующиеся отложения. В зависимости от условий в камере сгорания может наблюдаться газовая, химическая и электрохимическая коррозия. Твердые частицы приводят так же к абразивному износу. Газовая коррозия протекает при высоких температурах при контакте металлов с сухими газами. Так как в камере сгорания двигателя находится влажный газ, то протекает процесс электрохимической коррозии. При сгорании 1 кг топлива образуется около 1 кг водяного пара. К примеру, при мощности дизеля 1500 кВт через цилиндр в течении часа проходит около 300 кг водяного пара. Конденсата, который оседает на стенках цилиндра, вполне достаточно для возникновения интенсивной электрохимической коррозии даже при незначительном содержании серы в топливе. Обязательным условием выпадения конденсата на стенках цилиндра является превышение температуры насыщения водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, над температурой поверхности втулки. Важной особенностью покрытия является его пористость, обеспечивающая маслоемкость поверхности в процессе всей эксплуатации. Работоспособность цилиндровой втулки дизеля зависит в первую очередь от износа ее внутренней поверхности. Исследование поверхностей втулок, вышедших из строя по предельному износу или задиру, показывает, что большинство из них имеет характерные особенности. Пояс повреждений может локализоваться в разных местах, в зависимости от конструктивного исполнения и условий работы. Как правило, критичным во втулке является пояс расположенный на уровне положения верхнего поршневого кольца при нахождении поршня в верхней мертвой точке. В этом поясе наблюдается максимальный износ цилиндровой втулки. В любом случае при повышенном износе резко увеличивается расход топлива и смазочного масла, а также падает мощность дизеля. Поэтому повышение износостойкости внутренней поверхности цилиндровой втулки увеличивает не только ресурс работы втулки, но и экономические показатели дизеля в целом.

В ряде случаев кавитационно-эрозионный износ является лимитирующим фактором повышения моторесурса двигателя в целом. Возникновение такого положения ставит проблему защиты гильз цилиндров от кавитационного разрушения в число важнейших задач. Технически и экономически приемлемым является применение защитных антикавитационных покрытий, получаемых плазменным напылением [22].