ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ В

Проведенные исследования показали, что при быстром нагреве до 850 0С структура металлической основы находится в пределах требований ГОСТа 3443-77. Анализ микроструктуры показывает, что при нагреве до 9500С, хотя структура и находится в пределах требований ГОСТа, но заметны изменения формы, количества и характера распределения свободно выделившегося графита. Пластины стали более прямолинейны, что ухудшает механические свойства чугуна, как по износостойкости, так и по прочности.

Проведенные металлографические исследования гильз цилиндров Д-50 и КамАЗ-740 показали, что изношенные и восстановленные гильзы (нагрев до 850 0С, скорость нагрева 70 0С сек.) имеют практически одинаковую структуру, металлическая основа состоит из перлита, феррита, фосфидной

эвтектики и включения графита.. Таким образом, установлено, что быстрый нагрев до 8500С не вносит заметных изменений в структуру чугуна и соответствует требованиям ГОСТа 3443-78, а следовательно, и не ухудшает триботехнические условия работы сопряжения гильза – кольцо.

Исследованием установлено, что при пластической деформации в деталях возникают остаточные внутренние напряжения, которые при определённых

условиях могут повлиять на геометрические параметры, следовательно на долговечность этих деталей.

На рисунке 4. показаны кривые распределения напряжений по сечению исследованных образцов. В исследованных образцах значения внутренних тангенциальных и радиальных напряжений по всем сечениям ниже предела текучести данного материала (т=420..670 МПа).

Максимальные тангенциальные и радиальные напряжения в эталонных образцах имеют значение соответственно +240 МПа и +1,4 МПа; в образцах из восстановленных гильз соответственно +210 МПа и +1,5 МПа.

В связи с тем, что «усадка» гильзы при способе ТПД в матрице происходит как по внутренней, так и по наружной поверхности, возникает необходимость нанесения компенсационного покрытия на посадочные пояски. В результате измерений восстановленных гильз, средняя усадка наружных посадочных поясков составила 0,5…0,6 мм. на диаметр при овальности 0,05…0,1мм., удлинение гильзы составило 0,2…0,35 мм.

При выборе покрытия, компенсирующего усадку и износ, учитывалось следующее: покрытие толщиной 0,5…0,6 мм должно иметь достаточную прочность сцепления с поверхностью гильзы в условиях механических, тепловых нагрузок, долговременной эксплуатации двигателя. Этим условиям, в наиболее полном объеме, удовлетворяет способ электродуговой металлизации. Металлизация поясков осуществлялась серийным модернизированным электрометаллизатором ЭМ-12М с источником питания ПСГ-500. Для металлизации использовали алюминиевую проволоку марки АД-1 или А-5 диаметром 1,2…2,0 мм, а также сварочную проволоку Св-0,8.

Режимы металлизации: марка металла – АД-1 1,2 мм; дистанция напыления, мм-130; частота вращения, мин-1 – 15; скорость продольной подачи металлизатора, мм/об – 6; давление сжатого воздуха, МПа · 105 – 0,45…0,55; диаметр воздушного сопла, мм - 8; диаметр проволоки, мм – 2; скорость подачи проволоки, м/мин – 5,4; интервал напряжений, В – 27…30; сварочный ток, А – 250…270; расход проволоки, кг/ч – 6,2.

Проведенные лабораторные и эксплуатационные сравнительные испытания восстановленных гильз способом ТПД в матрице и новых гильз показали, что износостойкость восстановленных гильз на уровне новых.

Эксплуатационные испытания 16 двигателей, в которых были попарно установлены новые и восстановленные гильзы, показали, что среднее значение скорости изнашивания составляет - 089х10 –4. Сопряженные детали ( поршни и поршневые кольца) имеют темп износа равный износу деталей, сопряженных с новой гильзой. Ускоренные испытания на износостойкость гильз,

восстановленных в номинальный размер различными способами показали, что в целом, способ ТПД в матрице является более предпочтительным, в сравнении с другими способами.

r t

1,4			1
			2
1,2
1,0								300
0,8								240
0,6								180
0,4								120
					4
0,2	3							60
0								0
-0,2								-60
-0,4								-120
-0,6								-180
-0,8								-240

0 1 2 3 4 5 6 S,мм

Рисунок 5. Распределение радиальных r и тангенциальных t напряжений в эталонных и восстановленных образцах гильз цилиндров:

1, 2 Распределение радиальных напряжений r соответственно в восстановленных и эталонных образцах;

3, 4 Распределение тангенциальных напряжений t соответственно в восстановленных и эталонных образцах;

Пятая глава содержит результаты внедрения технологии ТДП в производство и ее экономической эффективности.

На основании проведенных исследований и разработанных технических заданий было спроектировано и изготовлено оборудование с оснасткой для восстановления гильз цилиндров в номинальный размер. Разработаны технологические процессы восстановления как закаленных гильз типа СМД-60, КамАЗ-740 так и легированных типа Д-50, СМД-14. Для того, чтобы восстановить гильзу в номинальный размер, в соответствии с чертежом, технологический процесс должен придерживаться следующей последовательности и состоять из следующих операций: очистка; дефектация; предварительная токарная обработка наружной поверхности; ТПД гильзы; пескоструйная обработка; электродуговая металлизация; черновая токарная обработка посадочных поясков; растачивание внутренней поверхности; получистовое и чистовое хонингование внутренней поверхности; финишная антифрикционная безабразивная обработка; очистка внутренней поверхности; чистовая обработка посадочных поясков; контроль.

Устройство к установке ТВЧ для термопластического обжатия гильз в матрице ТПД-М 01.01.224 и приведенный выше технологический процесс внедрены на двух ремонтных предприятиях, «Щекиноагросервис» Тульской области и «Выгоничиагроремонт» Брянской области.

Анализ экономических показателей ремонтных предприятий «Щекиноагросервис» и АО «Выгоничиагроремонт», восстанавливающих гильзы цилиндров дизелей СМД-14, Д-50, КамАЗ-740, СМД-60 способом ТПД в матрице, показал, что средняя себестоимость составляет 50…60% от стоимости новой гильзы. Средняя отпускная цена восстановленных гильз составляет 60…70%, что в 1,5 раза дешевле новых.

Годовой экономический эффект от внедрения технологии восстановления гильз цилиндров составляет, при программе восстановления 2000 шт. в год - 302000 руб. (в ценах 2000г.)

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Гильзы цилиндров двигателя СМД-14, Д-50, КамАЗ-740, СМД-60 отработавшие межремонтный ресурс, имеют средний износ 0,14…0,22мм, максимальный износ не превышает 0,33…0,51мм. При этом 4…7% гильз подлежат выбраковке по причине трещин и сколов; 83…86% гильз требуют восстановления до номинального или ремонтного размера.

2. Способ ТПД в матрице с комплектом оборудования обеспечивает восстановление закаленных и легированных гильз цилиндров автотракторных двигателей типа СМД-14, Д-50, СМД-60, КамАЗ-740 и др. в номинальный размер с физико - механическими свойствами на уровне новой детали..

3. Установлено, что относительная усадка внутреннего диаметра гильзы

зависит от коэффициента относительной толщины стенки гильзы, коэффициента линейного расширения материала гильзы и разности температур нагретой и охлажденной гильзы и не зависит от его размера.. 4.Метод ТПД гильзы в матрице, обеспечивает усадку гильз двигателей типа СМД-14, Д-50, СМД-60, КамАЗ-740 в пределах 0,6… 1,1мм.

5.Установлено, что действие матрицы оказывает большее влияние на процесс ТПД гильзы (70-75%), чем действие градиента температуры (25-30%) и создаёт максимальные внутренние напряжения растяжения в пределах исключающих вероятность появления трещин.

6. В процессе ТПД гильзы в матрице появляются равномерно распределенные небольшие остаточные напряжения сжатия (сж= 80…120 МПа) по толщине, что является положительным упрочняющим фактором.

7. Разработанный новый комбинированный способ ТПД в матрице закаленных гильз цилиндров типа СМД-60 с одновременной закалкой ее внутренней поверхности обеспечивает получение улучшенных физико –механических свойств гильзы со структурой – безигольчатый или тонко игольчатый мартенсит глубиной не менее 1,5 мм, твердостью не менее НRCэ 42…45 При этом способе восстановления гильз цилиндров используется одновременное действие матрицы и подвижного градиента температуры.

8. В результате опытной производственной проверки были получены следующие результаты:

• производительность процесса 60- 80 гильз в смену;
• восстановленные гильзы отвечают требованиям чертежа;
• ресурс восстановленной гильзы способом ТПД на уровне новой;
• скорость износа сопряженных деталей (поршни и поршневые кольца ), работавших в новых и восстановленных гильз, одинакова;
• себестоимость восстановления гильзы не более 60% от стоимости новой.

9. Технологический процесс восстановления гильз цилиндров двигателей СМД-14,СМД-60, Д-50, КамАЗ-740 методом ТПД в матрице с комплектом оборудования внедрен на двух ремонтных предприятиях. Годовой экономический эффект от внедрения технологии составляет 302000 рублей, при программе 2000 шт. в год., указанным способом восстановлено более 20000 шт. гильз.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Исследование и разработка технологии, оборудования и оснастки для восстановления гильз цилиндров тракторных двигателей СМД-14, Д-50, Д-240 с; программой 100 тыс. шт. в год.// Отсчет о НИР. Рук. раб….. Гос рег. № 79045802.- М..Ф. ГОСНИТИ,. 1981г.-246с..
2. Хромов В.Н., Лялякин В.П. Костюков А.Ю. Новые технологии восстановления деталей термопластическим деформированием.// Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1998 №8.;
3. Костюков А.Ю. Восстановление гильз цилиндров дизелей термопластическим деформированием в матрице.: -Орел: Труды ОрелГАУ– 2000г.;
4. Ширяев А.А., Костюков А.Ю, Бойченко А.Э.Финишная антифрикционная безабразивная обработка внутренней поверхности гильз и цилиндров блоков автотракторных двигателей.:-М.: Труды ВНИИТУВИД «Ремдеталь».– 1999.;
5. Ширяев А.А., Костюков А.Ю, Бойченко А.Э...Восстановление гильз цилиндров автотракторных двигателей способом термопластической деформации.: -М.: Труды ВНИИТУВИД «Ремдеталь»– 1999.;
6. Костюков А.Ю. Восстановление гильз цилиндров термическим деформированием в матрице.: -М.: Труды МГАУ, 2000г.;
7. Лялякин В.П. Костюков А.Ю Унифицированная технология восстановления гильз цилиндров автотракторных двигателей в номинальный размер. //Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000г, №12;
8. Костюков А.Ю. Совершенствование технологии восстановления гильз цилиндров.//Ремонт,восстановление, модернизация,.2002г, № 9;
9. Хромов В.Н., Костюков А.Ю. Теоретическое обоснование величины усадки гильз цилиндров автотракторных двигателей при восстановлении их термопластическим деформированием в матрице. –М.: Труды ВНИИТУВИД «Ремдеталь» - 2003г.;
10. Патент Р.Ф.№ 2181649. Способ восстановления закаленных гильз цилиндров Б.И. №12, 27.04.2002, (авт. колл.: Хромов В.Н., Лялякин В.П., Ширяев А.А, Костюков А.Ю).;
11. Патент Р.Ф.№2182932 Установка для термической обработки полых цилиндрических изделий (авт. колл. Ширяев А.А, Костюков А.Ю. Хромов В.Н., Лялякин В.П). Б.И. №15, 27.05.2002г.;
12. Лялякин В.П. Бойченко А.Э. Костюков А.Ю. и др. Методы контроля новых и изношенных деталей. М.: ГОСНИТИ 2005г.-240с.