Гильзы цилиндров ДВС подвергается значительным нагрузкам в процессе работы. Жесткие условия эксплуатации гильз цилиндров приводят к появлению разнообразных дефектов, которые необходимо устранять для обеспечения работоспособности ДВС. Для каждого вида дефектов гильз существуют различные способы и устройства для их устранения, в частности для восстановления геометрии и размеров изношенной рабочей поверхности. Все эти способы и устройства для их применения имеют свои достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе рационального способа восстановления рабочей поверхности гильз цилиндров.
Ключевые слова: гильза, цилиндр, восстановление, ремонт, рабочая поверхность гильзы, износ, осаждение, наплавка.
Рабочая поверхность гильз цилиндра ДВС представляет собой внутреннюю цилиндрическую поверхность, обработанную по пятому квалитету качества. Такой квалитет обработки является наивысшим, применяемым в машиностроении и обеспечивает очень низкую шероховатость. В связи с этим рабочую поверхность гильз цилиндров называют «зеркалом» цилиндра или гильзы.
В процессе эксплуатации ДВС, рабочая поверхность гильз цилиндров испытывает значительные нагрузки при высоких температурах, что приводит к появлению таких дефектов как: износ рабочей поверхности, увеличение шероховатости, изменение макрогеометрии (овальность конусность седлообразность и т. д.), нагар, раковины, трещины и сколы. При дефектации рабочей поверхности гильз цилиндров ДВС определяют геометрические размеры и форму изношенной гильзы, а также шероховатость ее зеркала. Наличие трещин, сколов, раковин и т. д. приводит к отбраковке гильзы [1–3].
В основном, восстанавливают рабочую поверхность гильзы цилиндров механической обработкой под ремонтный размер, но может применяться нанесение слоя металла или изменение геометрии гильзы за счет пластического деформирования.
Механическая обработка рабочей поверхности гильз цилиндров под ремонтный размер осуществляется растачиванием, хонингованием, шлифованием или комбинацией этих обработок.
Растачивание и хонингование гильз цилиндров в основном применяется при износе внутренней поверхности до диаметра, превышающего предельное значение, при овальности и конусности на рабочем участке более допустимых размеров.
По величине износа внутренней поверхности гильзы сортируют на три группы. Первая группа гильз — с внутренним диаметром в пределах допуска на новую гильзу; вторая группа — с внутренним диаметром, превышающим номинальный не более чем на 0,2 мм, и третья группа — с внутренним диаметром, превышающим номинальный на 0,15…0,2 мм, но не более чем на 0,4 мм [1–3].
Гильзы первой группы могут быть использованы без ремонта или после хонингования внутренней поверхности до удаления неровностей и следов коррозии. Хонингование гильз производят на хонинговальных станках, например на станке ЗГ833 головками ПТ-1085А с шлифовальными брусками К36–5 СМ1-С1К и КЗЗ-М20 СМ1-С1К. В качестве охлаждающей жидкости рекомендуется применять керосин. Иногда к нему добавляют 10…20 % веретенного масла.
Также для хонингования цилиндров применяются бруски из синтетических алмазов, обеспечивающие значительное повышение производительности процесса, точности обработки, уменьшение шероховатости поверхности. Стойкость брусков из синтетических алмазов в десятки раз выше стойкости обычных брусков. Для предварительного хонингования могут быть использованы бруски АС12М1, а для окончательного АСМ40М1.
Гильзы второй группы ремонтируют хонингованием или шлифованием на внутришлифовальном станке с последующим окончательным хонингованием.
Гильзы третьей группы ремонтируют растачиванием внутренней поверхности с последующим предварительным и окончательным хонингованием до ремонтного размера. В процессе растачивания и хонингования нагрев гильзы допускается не более 50…60° С.
Растачивают гильзы на вертикально-расточных станках, на пример на алмазно-расточном станке –278Н расточными резцами с пластинками из твердого сплава ВК2 или ВКЗМ. Гильзы на станке центрируют при помощи оправки, вставленной в шпиндель станка. Шаровой конец оправки должен входить в цилиндр на глубину 3… 4 мм. При установке резца для растачивания необходимо учесть припуск на хонингование в пределах 0,06…0,12 мм на диаметр. Внутренняя рабочая поверхность расточенной гильзы может иметь овальность не более 0,04 мм, конусность не более 0,05 мм, шероховатость поверхности должна быть не ниже 6-го класса чистоты [1, 4–5].
Для того чтобы получить высокую чистоту рабочей поверхности, гильзу хонингуют. Для хонингования гильзы применяют подпружиненную хону, в которой каждый брусок прижимается к поверхности гильзы отдельной пружиной. Обработка такими хонами служит не для изменения размеров, а для придания поверхности нужной шероховатости.
При предварительном хонинговании расточенной гильзы до ремонтного размера оставляют припуск на окончательное хонингование в пределах 0,01…0,03 мм на диаметр. После предварительного хонингования на внутренней поверхности гильзы не должно быть следов износа, неровностей. Овальность не должна превышать 0,04 мм, а конусность — 0,05 мм.
После окончательного хонингования диаметр внутренней поверхности гильзы должен находиться в пределах допуска на ремонтный размер, а овальность и конусность не должны превышать 0,03 мм. Шероховатость поверхности должна быть не ниже 9-го класса чистоты.
Данный способ широко применяют при ремонте цилиндро-поршневой группы двигателей, однако при износе внутренней поверхности гильз больше последнего ремонтного размера деталь обычно выбраковывают, тем самым увеличиваются затраты на приобретение новой детали.
При небольшой величине износа растачивание можно заменить шлифованием. Внутреннюю рабочую поверхность гильзы шлифуют до выведения следов износа. Овальность рабочей поверхности гильзы в нижнем и верхнем поясах, а также конусность поверхности на длине гильзы допускается не более 0,06 мм. Разрешается наличие нетронутой шлифовальным камнем выработки от верхнего поршневого кольца. Кроме того, допускается наличие нетронутых камнем площадок на высоте не более 50 мм от нижнего края гильзы, общей площадью не более 20 см2.
Для шлифования гильзы применяют круг ПП-125–50–50 на керамической связке СМ1, зернистостью 12…16. После шлифования рабочей поверхности гильзы наружную поверхность подвергают пескоструйной очистке и цинкованию [1–2, 5].
Такая последовательность выполнения операций принята потому, что на некоторых гильзах в процессе шлифования не удается устранить следы износа. Эти гильзы бракуют. Следовательно, цинкование наружной поверхности гильз до шлифования рабочей поверхности нецелесообразно.
Один из недостатков восстановления гильз обработкой под ремонтный размер — резкое (на 20...30 %) снижение их ресурса из-за уменьшения твёрдости поверхности. Для его повышения гильзы упрочняют пластическим деформированием, электромеханическим способом, плосковершинным хонингованием, закалкой ТВЧ, лазерной обработкой и т. д.
При восстановлении гильз возможно использование способа электроимпульсного нанесения покрытий. Электроимпульсное нанесение покрытий основано на импульсном разряде конденсатора через проволоку напыляемого металла. При этом происходит взрывное плавление проволоки и осаждение расплавленных мелких частиц металла на внутренней поверхности гильзы. Такой способ применяется редко ввиду невысокого качества получаемого покрытия и возникновения местного нагрева гильзы, который может привести к короблению и (или) возникновению внутренних напряжений [1, 6].
Применяется восстановление рабочей поверхности гильзы цилиндров гальваническими покрытиями. Сущность способа состоит в том, что при прохождении постоянного электрического тока через раствор солей металла в воде (электролит) в нем образуются положительно и отрицательно заряженные ионы [1–2, 5]. Положительно заряженные ионы перемещаются к отрицательному электроду-катоду, которым является металлическая деталь, и осаждаются на ее поверхности, прочно с ней сцепляясь. Отрицательно заряженные ионы перемещаются к положительному электроду-аноду и выделяются на нем. В качестве электролитов, как правило, применяются водные растворы солей, кислот и щелочей.
Осажденные при электролизе металлы отличаются по своим свойствам от литых металлов тем, что кристаллическая решетка их искажена вследствие различных условий кристаллизации. Недостатком восстановления гильз электролитическими покрытиями является небольшая толщина наносимого покрытия, большая продолжительность нанесения покрытия, неравномерность наносимого слоя и недостаточная прочность сцепления покрытия с основой (рабочей поверхностью).
Для устранения этих недостатков применяют гальваномеханическое осаждение покрытий. Отличительной его особенностью является то, что в процессе электролиза покрываемая поверхность подвергается механическому активированию (царапанию) абразивными или алмазными инструментами в виде лент или брусков, которые перемещаются в межэлектродном пространстве [7]. Механическое активирование способствует снижению перенапряжения разряда осаждаемого металла за счет уменьшения концентрационных ограничений, интенсивного удаления с поверхности катода пассивирующей плёнки, гидроокисей и газообразного водорода. Все это позволяет значительно увеличивать рабочие плотности тока при нанесении хрома, никеля, кобальта, меди и существенно повышать скорость их осаждения. Недостатком данного способа является сложность приобретения необходимого оборудования, сравнительно высокая стоимость материалов, используемых при восстановлении.
Кроме перечисленных способов восстановления применяют способ пластического деформирования [1–3]. Способ заключается в нагреве наружной поверхности гильзы в индукторе в течение нескольких секунд до температуры 700…7500С и последующем быстром охлаждении в масле. При этом рабочая часть гильзы сокращается на величину до 0,1 мм, что позволяет дальнейшей механической обработкой восстановить требуемый размер. Нагрев и охлаждение детали ведут в процессе перемещения детали, относительно источников со скоростью не более 3…4 мм/с.
Таким образом, существующие технологии позволяют восстанавливать изношенную рабочую поверхность гильз цилиндров ДВС, однако при выборе способа восстановления работоспособности гильзы необходимо учитывать следующее:
1. Величину износа.
2. Вид износа, его форма и характер повреждений.
3. Первичное состояние гильзы (новая или ремонтная).
4. Тип и материал гильзы.
5. Наличие дефектов других поверхностей гильзы.
6. Стоимость работ по восстановлению.
7. Производительность восстановления и годовую программу ремонта.
На сегодняшний день наибольшее распространение получил способ механической обработки под ремонтный размер, ввиду его простоты, доступности оборудования и стабильности.
Литература:
1. Воловик, Е. Л. Справочник по восстановлению деталей [Текст] / Е. Л. Воловик. — М: Колос, 1991 г.
2. Одинцов, Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием [Текст] / Л. Г. Одинцов. — М: Машиностроение, 1997 г.
3. Захаров, Ю. А. Упрочнение деталей автомобилей типа «вал» и «ось» [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2014. — № 20. — С. 141–143.
4. Китаев, Ю. А. Восстановление деталей с последующей ФАБО [Текст] / Ю. А. Китаев, И. А. Спицын, А. Ю. Китаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1995. — № 1 — С.25.
5. Молодык, К. В. Восстановление деталей машин [Текст] / К. В. Молодык, А. С. Зенкин. — М.: Машиностроение, 1993 г.
6. Технология электромеханической обработки материалов [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.vstu.ru/razrabotka/tekhnologiya-elektromekhanichesk.html
7. Захаров, Ю. А. Преимущества гальваномеханического осаждения металлов при восстановлении деталей мобильных машин [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2015. — № 1. — С. 66–68.
