5. Технология ремонта поршней

Из методов восстановления поршней наращиванием металла на практике находят применение наплавка и анодное оксидирование канавок под кольца поршней из алюминиевых деформируемых и литейных сплавов.

Восстановление наплавкой предусматривает полное заполнение металлом двух верхних (а иногда и всех) канавок под поршневые кольца и последующую механическую обработку относительно искусственной установочной базы. Наиболее эффективна в этих случаях плазменная наплавка порошковой проволокой, легированной хромом и другими износостойкими материалами. Такой процесс используют для повышения долговечности канавок поршней не только при восстановлении, но и в машиностроительном производстве при изготовлении новых деталей путем наплавки более износостойкого металла на предварительных этапах технологического процесса 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 обеспечивать и восстановление размеров торцовых поверхностей перемычек между канавками под поршневые кольца.

Для поверхностного упрочнения и повышения точности отверстий подпоршневой палец иногда их обрабатывают импульсными раскатками, обеспечивающими многократное дискретное деформирование металла в холодном состоянии за счет соответствующего профилирования оправки роликовой раскатки.

Вследствие неравномерного распределения металла по сечению тронка, при тепловом расширении, в зоне бобышек он приобретает овальную форму с большей осью по оси поршневого пальца. Тепловая деформация накладывается на деформацию, вызываемую действием сил давления газов Р_Г и ее нормальной составляющей N. В результате между тронком и втулкой цилиндра уменьшается зазор и это может привести к задирам, а иногда и к заклиниванию поршня в цилиндре и его обрыву. Чтобы этого избежать, при изготовлении поршней тронку придают овальную форму с малой осью, проходящей по оси поршневого пальца.

В некоторых конструкциях в зоне бобышек выбирают металл. Задир поршней и цилиндров происходит также в зоне головки и кепов, поэтому в этой зоне поршень также растачивается на меньший диаметр.

При наплавке бобышек или приливов, имеющих отверстия, последние полностью заваривают, а затем рассверливают до необходимых диаметров.

При разборке поршней и поршневых колец следует убедиться в отсутствии трещин, недопустимого износа, обгорания, нагарообразования, царапин, рисок, задиров, натиров, коррозии, закоксовывания поршневых колец, коробления, потери ими упругости, следов пропусков газов поршневыми кольцами.

Местные натиры на рабочей поверхности указывают на то. Что поршень работал с большим перекосом из-за неправильной пригонки шатунного подшипника. Перекос поршня устраняют при монтаже.

Чугунные и алюминиевые поршни, а так же их стальные головки с трещинами в районе углов поршневых канавок выбраковывают.

Износы боковых поверхностей поршневых канавок устраняют проточкой или шлифованием под ремонтный размер поршневых колец. Утонение перемычек между канавками допускается не более чем 0.8 значения построечной толщины.

Стальные головки поршней могут восстанавливаться автоматической наплавкой под флюсом с последующей механической и термической обработкой – отжигом или нормализацией при температуре 560-600 ^оС. При наплавке рекомендуется подогрев до 400 ^оС. Головки алюминиевых поршней могт восстанавливаться агргонодуговой наплавкой с последующей термической обработкой на стабилизацию структуры.

Износы тронка (эллиптичность, кнусность) устраняют шлифованием. Однако при этом увеличивается зазор между поршнем и цилиндровой втулкой. Гальваническое наращивание тронка поршня может производиться любыми материалами. Для чугунных применяется осталивание.

На тронках крупных поршней некоторых дизелей имеются бронзовые антифрикционные вставки, которые заменяют при значительных износах. Старые вставки удаляются проточкой на токарном станке. Новые кольцевые вставки изготавливают с припуском по наружному размеру. Вставки заводят в паз и расчеканивают или завальцовывают на токарном станке, а затем растачивают под размер цилиндровой втулки.

В конструкциях некоторых поршней предусмотрены противоизносныные чугунные или стальные кольца (вставки) в поршневых канавках.

Дефекты отверстий (диаметром до 100мм) бобышек поршня устраняют расточкой, шлифованием или развертыванием под ремонтный размер поршневого пальца. Отремонтированный поршень должен удовлетворять условиям геометрической точности нового поршня. Отклонение перпендикулярности оси бобышек к оси поршня допускается не более 0,02 мм на 100 мм длинны поршня, а несовпадение осей в одной плоскости допускается в пределах 0,2-0,4 мм. Отклонение массы поршня после ремонта от указанной на чертеже допускается не более чем на 0,5-1% для четырехтактных и 1,5-3% для двухтактных.

Наплавка алюминиевых поршней

Сварка и наплавка алюминия и его сплавов затруднена вследствие его способности покрываться тугоплавкой плёнкой окиси и малого интервала температур, при котором алюминий находится в пластическом состоянии. Окись алюминия имеет температуру плавления около 2100°, а алюминий 660°, причём окись алюминия имеет больший удельный вес, чем расплавленный алюминий.

Поршень двигателя Д50 отлит из алюминиевого сплава ПС12, имеющего химический состав (в %): кремний - 10-14; магний - 0,6-1,0; медь - 0,8-1,2; никель - 2-3; железо - не более 0,7; остальное - алюминий; сумма примесей - не более 1,5%, включая и железо.

Поршни, изношенные по ручьям компрессионных колец свыше 6,6 мм, а также имеющие излом перемычек между ручьями, подплавления и задир головок, а также трещины длиной до 25 мм в местах перехода выступов к днищу поршня и несквозные трещины в днище, исправляют наплавкой и заваркой. Поршни, подлежащие ремонту, предварительно подвергают очистке в течение одного часа в содовом горячем растворе. Не удалённые вываркой частицы нагара снимают металлической щёткой, после чего поршни промывают горячей водой и просушивают.

При необходимости наплавки двух верхних ручьев производится разделка на станке согласно (рис 5, а) а при наплавке всех ручьев - согласно (рис 5, б). Отверстия для спуска масла замазывают на всю глубину огнеупорной глиной или заделывают шнуровым асбестом. Перед наплавкой поршень подогревают до 300-350° в печи с электрическим обогревом. В условиях депо разрешается подогрев при помощи нефтяной форсунки, факел которой направляется на днище поршня.

Рис 5. Разделка поршня двигателя Д50 под наплавку ручьёв: а - двух верхних; б - всех ручьёв

В качестве присадочного материала применяют круглые прутки диаметром 10-12 мм, длиной 300-350 мм, отлитые в кокиль из поршней, не подлежащих ремонту. Разрешается использовать тянутую алюминиево-кремниевую проволоку марок АК-4 и АК-5. Наплавка поршней производится ванным способом в полувертикальном положении с вращением поршня на себя. Присадочный пруток перемещается серпообразно вдоль расплавленной- ванны, длина которой зависит от количества наплавляемых ручьёв, а ширина составляет 35-40 мм.

Наплавку делают без флюса газовой горелкой с наконечником № 6 или № 7 нейтральным пламенем так, чтобы ядро пламени было расположено на расстоянии 7-8 мм от наплавляемой поверхности. Применение окислительного или науглероживающего пламени запрещается. Удаление окислов алюминия и шлака производится самим прутком. Пламя горелки должно быть направлено на поверхность расплавленной ванны, как это показано на рисунке 6.

Рис.6. Схема наплавки поршня двигателя Д50

При ремонте верхней части головки наплавка производится с направлением от торца головки в сторону ручьёв, что предупреждает расплавление фасонных приливов. Наплавку делают за один проход. Превышение наплавленного слоя над поверхностью поршня должно быть не более 5 мм. В случае износа разрешается наплавка отверстий под поршневой палец. Отремонтированные наплавкой поршни оставляют в печи для охлаждения. Последующую термическую обработку не делают. В местах наплавки не допускаются непровары, черновины, поры, шлаковые включения и другие дефекты.

На рис. 7 представлена электропечь с размещённым в ней поршнем двигателя Д50. Печь представляет собой нагревательную камеру прямоугольной формы, снаружи облицованную стальным каркасом 1, а внутри выложенную огнеупорным кирпичом и слоем асбестового картона 3. Электрические нагреватели (спирали) 4 уложены на полочках из огнеупорного кирпича. Верхняя часть печи закрывается люками со съёмной крышкой 5, открываемой при наплавке.

Поршень опирается на опоры. Левой опорой служит бабка с центром в которую упирается распорное приспособление, размещённое внутри поршня. Распорное приспособление состоит из стержня, двух упоров 9 и клина 8. Для фиксирования приспособления служит диск 7, который прижимается к поршню клином 6. Распорное приспособление, помимо укрепления поршня, служит для ограничения его температурных деформаций. Правая опора состоит из вала 11 и упорной тарелки 10. Поворачивание поршня при наплавке производится педальным механизмом 13 с трещотками 12. Установка поршня в печь осуществляется клещами.

Рис. 7 Электропечь для наплавки алюминиевых поршней: 1 - каркас; 2 - огнеупорный кирпич; 3 - асбестовый картон; 4 - спираль; 5 - крышка; 6 - клин; 7 - диск; 8 - клин; 9 - упор; 10 - упорная тарелка; 11 - вал; 12 - трещотка; 13 - педальный механизм

Если при наплавке произошла деформация поршня, восстановление размеров делается в приспособлении - струбцине (рис. 8). Струбцина 1 сварена из стали корытного профиля № 10 или № 12, бобышек 3, в которые ввёртывают болты 4, нажимающие на камни 5. Для подъёма приспособления служит рым 2. Правка поршня производится в нагретом до 515-535° состоянии.

(Рис.8) Струбцина для правки поршня: 1 - струбцина; 2 - рым; 3 - бобышка; 4 - болт; 5 - камень газа

Наплавленный - поршень подвергается предварительной механической обработке для определения качества наплавленного слоя. На обработанной поверхности допускается точечная пористость и ограниченное количество раковин диаметром до 3 мм и глубиной не свыше 2 мм. Для определения пригодности поршня к дальнейшей обработке используют поршни-эталоны.

В последнее время за границей (США) при большом количестве ремонтируемых поршней получил распространение способ автоматической электродуговой наплавки с применением инертного газа. Поршень при наплавке автоматически поворачивается от шпинделя токарного станка. Ход электродо-держателя управляется механизмом хода каретки. Каретка передвигается вдоль наплавляемого участка. Поршень перед наплавкой подогревают до температуры 50-175°. Наплавку делают вольфрамовым электродом постоянным током 330-375а. В качестве присадочного материала используют прутки диаметром 3,2 мм из алюминиевого сплава, а в качестве защитного газа - гелий. Во время наплавки не делают никакого охлаждения или дополнительного подогрева. Для снятия температурных напряжений наплавленный поршень медленно остывает в шкафу, обогреваемом паром.

На рис. 9 представлен общий вид автоматической наплавки поршня с применением инертного газа и непрерывной подачей присадочного материала.

Рис. 9. Автоматическая наплавка поршня с применением инертного