3.2. Валы, оси

В теме изучаются следующие вопросы:

- конструктивно-технологические особенности, виды износа и дефекты;

- схема технологического процесса восстановления валов;

- основные способы нанесения восстановительных покрытий;

- чистовая и отделочная обработка, контроль параметров валов и осей.

Конструктивно-технологические особенности, виды износа и дефекты. Валы служат в механизмах автомобиля для передачи момента и участвуют в преобразовании движений (поступательного во вращательное или наоборот). Наиболее сложные детали автомобиля, относящиеся к классу валов, - это коленчатые и распределительные валы. Детали имеют такие конструктивные элементы: шейки, кривошипы, кулачки, шпоночные пазы, торцы, стыки и отверстия. Коленчатые валы изготавливают из конструкционных (сталь 45) и легированных (18ХНВА) сталей, или высокопрочного чугуна (ВЧ 50-2). Распределительные валы - из улучшаемых сталей 45, 40Г, 50Г или цементируемых сталей 20, 20Г. Шейки валов закалены ТВЧ на глубину 1,5...3,0 мм.

Оси, в отличие от валов, не передают крутящие моменты и нагружены только поперечными силами и изгибающими моментами. Оси имеют часть перечисленных конструктивных элементов, принадлежащих валам.

Основные повреждения валов и осей: износ шеек, кулачков, пазов, отверстий и торцов, деформации, износ резьб, усталостные трещины. У деталей восстанавливают расположение, форму, размеры и шероховатость элементов, свойства трущихся поверхностей и усталостную прочность.

Точность обработки восстановленных шеек и кулачков 5...7-й квалитеты, их шероховатость R_a = 0,32...0,63 мкм, точность углового расположения кулачков и кривошипов 15', допуск на радиус кривошипа 0,05 мм.

В процессе восстановления детали припуски на обработку создают на шейках, их торцах и на поверхности отверстия под подшипник.

Схема технологического процесса восстановления валов. Включает следующие этапы: определение места расположения и размеров усталостных трещин, принятие решения о целесообразности восстановления детали; правка; подготовка поверхностей под нанесение покрытий или установку ДРД; нанесение покрытий или установка и закрепление ДРД; термическая обработка; черновая механическая обработка; закалка шеек ТВЧ; упрочнение галтелей; чистовая механическая обработка; отделка шеек.

Чугунные детали с усталостными трещинами подлежат выбраковке. Отдельные неопасные трещины в стальных валах могут быть разделаны абразивным инструментом по всей длине с целью образования канавки радиусом 1,5...2 мм и глубиной 0,2...0,4 мм. Острые кромки притупляют по периметру.

Правку детали выполняют для придания прямолинейности ее оси, это позволяет уменьшить величину припусков на обработку, более полно использовать ремонтные размеры детали и уменьшить ее дисбаланс.

При исчерпании ремонтных размеров шеек деталей на них наносят покрытия и восстанавливают до номинальных размеров.

Основные способы нанесения восстановительных покрытий. Основные способы нанесения покрытий на шейки стальных деталей - это наплавка различных видов. Наиболее распространены две технологии.

По первой - применяют пружинную проволоку 2-го класса диаметром 1,6 мм и флюс состава АН-348А с добавками 2,5% феррохрома и 2% графита. Режим наплавки: сила тока 190...200 А, частота вращения детали 3 мин^-1, скорость подачи проволоки 2,4 м/мин. Затем шейки шлифуют и полируют. Способ нетрудоемок, обеспечивает высокую износостойкость шеек, однако возможно появление трещин при правке и микротрещин при шлифовании.

Вторая технология предусматривает применение проволоки Нп-ЗОХГСА диаметром 1,6 мм под слоем флюса АН-348А. Режим наплавки: сила тока 180...220 А, скорость подачи проволоки 1,6...2,1 м/мин, частота вращения детали 2...2,5 мин^-1. После наплавки заготовку нормализуют, обтачивают и правят. Затем шейки закаливают, шлифуют и полируют. Технология имеет увеличенную трудоемкость, но обеспечивает стабильное качество с высокими показателями износостойкости и усталостной прочности.

Большие технологические трудности представляет нанесение покрытий при ремонте коленчатых валов, изготовленных из высокопрочного чугуна. Наилучшие показатели изностойкости и усталостной прочности шеек валов обеспечивают способы нанесения плазменных покрытий и установки стальных закаленных ДРД.

Плазменное покрытие из композиции порошков наносят на подслой из материала ПН85Ю15. Состав композиции (% массы): ПГХН80СРЗ - 50, ПЖ4 -30 и ПН85Ю15 - 20. Режимы процесса: I - 350 А, расстояние от сопла до детали - 150 мм, расход азота 25 л/мин.

Процесс восстановления коленчатого вала установкой ДРД включает предварительную обработку шеек, изготовление ДРД и закрепление их на шейках, обработку шеек. ДРД состоит из двух полуколец, если ее закрепляют сваркой по образующей шейки, или из одной части в виде браслета, если ее закрепляют на шейке пайкой или силами упругости. Материал полукольца - сталь 45, закаленная до 37...42 HRC, материал ленты - У10.

Шейки с приваренными или припаянными ДРД окончательно шлифуют до номинального размера. Шейки с ДРД, закрепленными силами упругости по упорам, не шлифуют, а размер восстановленной шейки обеспечивают предварительным шлифованием и подбором толщины ленты ДРД.

Припуск на обработку отверстий под подшипник создают запрессовыванием ДРД или наплавкой. Отверстие обрабатывают с базированием детали по шейкам, одна из них - самая близкая к отверстию.

Шейки под шестерню, ступицу и поверхность отверстия под подшипник наплавляют вибродуговой наплавкой 2-Нп40Х2М в среде углекислого газа.

Ремонтные заготовки распределительных валов получают наплавкой или напылением шеек и кулачков.

Чистовая и отделочная обработка, контроль параметров валов и осей. Шлифование шеек коленчатых валов ведут на специализированных станках ЗВ423, а кулачки распределительных валов - на специальном копировально-шлифовальном станке ЗМ433У.

Усталостную прочность восстанавливают поверхностно-пластическим деформированием. Наклеп поверхности создается в местах возникновения концентрации напряжений и производится следующими способами: обкатыванием роликами, упрочняющей чеканкой, ударной обработкой дробью, алмазным выглаживанием.

Полирование является отделочной операцией, на которую оставляют припуск 0,005 мм. Для полирования коленчатых валов применяют специальные станки СШ-4516. В качестве инструмента используют шлифовальные шкурки на тканевой основе. При отсутствии специального полировального оборудования применяют ленточно-полировальные головки, устанавливаемые на шлифовальные станки, или станки с войлочными кругами или жимками. В последнем случае абразивным материалом служит алмазная паста.

После восстановления контролируют следующие параметры детали: твердость поверхностей шеек; размеры (диаметр и длину) шеек и фланцев и шероховатость их поверхностей; диаметры отверстий; размеры от базового торца до торцов шеек; ширину шпоночных пазов; биения всех соосных цилиндрических поверхностей относительно крайних шеек; радиусы и угловое расположение всех кривошипов относительно шпоночного паза.

Параметры расположения измеряют на индикаторных приборах, остальные параметры измеряют универсальными средствами или калибрами.