книги из ГПНТБ / Антифрикционные пористые сплавы Е. Ф. Меркулов. 1960- 6 Мб

Таблица 1

Химический состав алькусипа

Оптимальный химический состав алькусипа для вкладышей

коленчатого вала двигателя ЗИЛ-120 (табл. 2) проверен пятилет­

кусипа применяется поташ (К2СОз) в количестве 2—5% от веса шихты. Температура плавления поташа 891° С. При накаливании поташа начинает происходить его термическая диссоциация на окись

металла и углекислый газ.

Применение поташа, в отличие от других солей, испытанных при экспериментальных плавках . алькусипа в качестве флюсов

(Йа2СОз, NaOH, NaCl и др.), дает исключительно хорошие резуль­ таты: алькусип не только очищается от шлака и грязи в период

Алюминиевые пластичные антифрикционные сплавы долго не уда­ валось использовать для той же цели, что и оловянистые баббиты,

т. е. наносить их в виде тонкого слоя на основание из конструкцион­ ного, более прочного материала, получая таким образом биметалли­

ческий вкладыш. Такое положение наблюдалось потому, что не была решена проблема соединения алюминия с черными металлами.

9

При внедрении алькусипа стало возможным применение специаль­

ного припоя бинарного состава: 30% алюминия + 70% цинка

(в весовом отношении). Такой припой обеспечивает вполне надеж­ ную, прочную и плотную связь алькусипа в расплавленном виде

счугунным или стальным основанием

2.Шихтовка, плавка и заливка втулок для вкладышей подшипников из алькусипа

Шихтовка алькусипа, как правило, на первых порах представляет некоторые трудности, так как любой из плавильных агрегатов имеет свои особенности.

Для плавки алькусипа могут быть использованы общераспро­ страненные плавильные агрегаты, такие, как кузнечный горн,

печь Калимана (самодувный горн), печь «Мечта» и электропечи.

Плавка ведется в шамотовых или графитовых тиглях.

При получении алькусипа в печи типа Калимана средний угар шихты составляет 12%. Средний угар свинца составляет 25%.

В табл. 3 приводится состав шихты первых пяти эталонных плавок алькусипа с повышенным угаром свинца в печи типа Кали­ мана, а в табл. 4 — химический состав готового сплава тех же плавок.

Таблица 3

Состав шихты первых плавок с повышенным угаром свинца

1

Состав шихты

10

В качестве исходных шихтовых материалов при получении алькусипа применяются алюминий, свинец, медь и ферросилиций с содержанием 75% Si.

Все исходные шихтовые материалы должны быть соответственно

подготовлены для их закладки в тигель.

Первичный чушковый алюминий должен быть в кусках весом по 1—5 кг', красная медь заготовляется мелкими кусками или поло­

сами; ферросилиций предварительно разбивается, а затем в ступе размельчается в мелкий порошок; свинец рубится кусками весом

0,1—1 кг каждый. Вся заготовка материалов производится взвеши­ ванием по предварительному расчету шихты.

Поташ должен предварительно высушиваться, прокаливаться и затем измельчаться в тонкий порошок. Измельчение надо произво­ дить незадолго до плавки, так как поташ гигроскопичен, быстро

в тигель влажным опасно и недопустимо с точки зрения техники безопасности. Лучше вводить поташ в тигель прокаленными мелкими кусками, чем в виде влажного тонкого порошка.

Плавка шихты и заливка втулок для вкладышей ведется в такой последовательности.

В предварительно разогретый графитовый или шамотовый тигель первоначально загружается красная медь как наиболее тугоплавкий компонент шихты. После расплавления меди дается перегрев до 1200—1250° С.

Врасплавленную медь алюминий загружается вначале в коли­ честве 10% от общего веса шихтуемого алюминия с последующими его

добавками в 2—3 приема до полного веса.

Вцелях предохранения шихты от окисления после расплавле­ ния меди и алюминия на поверхность жидкого металла засыпается древесный уголь.

После полного расплавления меди и алюминия и некоторого перегрева сплава с поверхности последнего счищается древесный

уголь, выключается дутье и в тигель последовательно загружаются

впорошкообразном виде ферросилиций, свинец и прокаленный порошкообразный поташ. Содержимое тигля тщательно перемеши­ вается, затем снова включается дутье, и плавка (во время которой фактически происходит подогрев и незначительный перегрев металла)

продолжается еще 15—20 мин.

Вцелях лучшего перемешивания и получения более однород­ ного сплава свинец и поташ рекомендуется вводить в два приема равными дозами, причем второй раз — перед самой разливкой

металла.

Отливка различных втулок и вкладышей из алькусипа произ­ водится в специальные разъемные металлические формы непосред­ ственно из тигля, без выемки его из печи, с предварительной тщатель­

ной очисткой сплава от шлака. Перед заливкой первых втулок делается выдержка и отстой сплава. Оптимальная температура заливки 780—790° С.

11

В целях предохранения отлитых втулок от растрескивания под влиянием температурных изменений разборку залитых форм и выбивку центрового стержня необходимо делать немедленно после застывания сплава. Фактор температуры и времени при заливке

втулок является решающим.

Для предупреждения закалки отлитые втулки следует помещать в зоне температур порядка 60—80° С, а не оставлять на холодном воздухе.

Разъемный кокиль (фиг. 1) для заливки втулок, из которых вытачиваются вкладыши шатунных и коренных подшипников дви­ гателя ЗИЛ-120, состоит из втулки 1, плиты 2 и стержня 3, имею­

щего литейный уклон а = 0°30'.

Стержни делаются удлиненными для удобства захватывания их щипцами при выбивке.

По вышеприведенной технологии можно вести отливку альку-

сиповых втулок для подшипников любых машин-двигателей и машин-

орудий.

Алькусиповые вкладыши не нуждаются в какой-либо металли­ ческой основе, как это имеет место при использовании Б83 и Б90. Алькусип настолько дешевый сплав, что любые вкладыши могут

делаться из него целиком, т. е. монометаллическими. Таким обра­ зом, не приходится осложнять производство технологией биметал­ лического вкладыша.

3.Технология заливки алькусипа в тело подшипников

Втом случае, когда приходится заливать алькусип в тело под­

шипников, центральным вопросом является его прочная связь с металлической основой. Наиболее плотное сцепление алькусипа со стальным или чугунным основанием обеспечивается применением

эту работу. Заливка алькусипа в тело подшипника производится по следующей технологии.

1. Предварительно производится тщательная очистка рабочих поверхностей подшипников напильником, шабером или стальной щет­ кой.

2. Осуществляется полуда указанным выше припоем, для чего подшипники полностью погружаются в расплавленный припой, находящийся в отдельном тигле.

3. Заливка алькусипом производится в металлические формы, причем температура алькусипа должна быть в пределах 780—790° С.

На фиг. 2 показаны основные размеры металлических форм для заливки в тело коренных и шатунных подшипников автомоторов ЗИЛ-5, по аналогии с которыми можно делать и формы других

размеров.

12

остывают, затем вынимаются и охлаждаются до окружающей тем­

пературы.

5. Перед отправкой на механическую обработку подшипники

должны быть проверены на твердость, а также на качество спайки алькусипа с металлической основой. Качество спайки проверяется путем нанесения ударов по подвешенному подшипнику: дребезжа­ щий звук свидетельствует о дефектах заливки.

4. Механическая обработка вкладышей, их сборка и зазоры при сборке автодвигателей

Вкладыши для коренных и шатунных подшипников получа­ ются токарной обработкой втулок, отлитых в металлические формы.

Обработка втулок из алькусипа должна производиться на боль­ ших оборотах (не менее п — 900 об/мин.) и при малых подачах — порядка 0,1 мм.

После токарной обработки втулки разрезаются тонкими фрезами (толщиной не более 0,5 мм) на две половинки с последующим выдав­ ливанием фиксирующих выступов и сборкой.

При сборке вкладышей особое внимание надо обращать на чистоту их обработки, для чего вкладыши подвергаются отделочным опера­ циям для достижения чистоты поверхности V 9.

Пооперационная обработка и сборка вкладышей (после их токар­ ной обработки) производится в такой последовательности:

1)разрезка втулок на две половины фрезой толщиною в 0,5 мм;

2)сверление во вкладышах отверстий диаметром 8 мм;

3)съемка фасок внутри высверленных отверстий;

4)выдавливание фиксирующих выступов (замков) в специальном

приспособлении;

5)снятие заусениц с фиксирующих выступов;

6)установка вкладышей с прокладками в блок;

7)развертка вкладышей под необходимый ремонтный размер

коленчатого вала;

8)изготовление масляных холодильников;

9)укладка коленчатого вала в постель с регулировкой каждой

шейки.

В целях предупреждения проворачивания вкладышей сборку их необходимо вести так, чтобы не было люфта между вкладышем

и постелью блока. Вместе с тем надлежит практиковать применение одной толстой (0,1 мм) упорной прокладки наряду с несколькими тонкими (0,05 мм каждая) прокладками.

В том случае, когда по соображениям большей надежности при­ ходится вести заливку вкладышей на стальную основу с обязатель­

ным применением припоя (30% А1 + 70% Zn), порядок механической обработки вкладышей и их сборка остаются без всяких изме­

нений.

Однако, так как в автодвигателях проворачивание вкладышей полностью исключается их сборкой без качки (без люфта), услож­

14

нять технологический процесс не следует, ибо заливка вкладышей из алькусипа на стальную основу влечет за собой дополнительные технологические операции, дополнительный расход припоя и заго­ товок стальных колец.

Известно, что жидкостное трение характеризуется формулой для

Жидкостное трение обеспечивается, если несущая способность

масляного слоя будет равна нормальной силе при заданной скорости относительного движения и при толщине масляного слоя, превы­ шающей сумму высот неровностей на поверхностях трения.

В случае небольшой шероховатости (наибольшая высота неров­

ностей— до 0,1 толщины масляного слоя), получается надежное жидкостное трение с характером движения жидкости в зазоре,'

близком к ламинарному. В этих случаях результаты подсчетов по вышеприведенной формуле получаются близкими к действитель­ ности.

При более шероховатых поверхностях трения и большой скорости относительного движения поверхностей движение жидкости в зазоре становится турбулентным и потери на трение сильно возрастают. Получающийся вследствие этого нагрев масла в зазоре и снижение его вязкости создают опасность разрыва масляного слоя и наруше­

ния жидкостного трения.

В этом плане вопрос о зазорах при сборке двигателей на алькусипе является исключительно важным.

Было установлено, что перед пуском подшипников в эксплуата­ цию зазоры между шейкой вала и подшипниками в случаях при­

менения алькусипа необходимо делать больше в 1,5—2 раза, чем в случаях применения Б83 и Б90.

на работе двигателя, но и может вывести его из строя. Увеличенные зазоры необходимы также и потому, что при нагреве

алькусип больше расширяется, так как он имеет примерно вдвое больший коэффициент термического расширения, чем чугун или'

сталь.

15

5. Технологический режим обкатки двигателей

После тщательной сборки двигателя на алькусиповых вклады­

шах он, как и во всех других случаях, должен пройти стендовую обкатку. В период освоения и внедрения алькусипа стендовая обкатка двигателей должна вестись по специальному технологическому режиму. Как правило, двигатели, собранные на алькусипе, требуют большей затраты времени на холодную и горячую обкатку без нагрузки в силу более длительной приработки алькусипа к шейкам коленчатого вала.

В табл. 5 приведен опытный режим обкатки первых двигателей

ЗИЛ-120. Из этой таблицы видно, что общее время, затраченное на испытание, составило 10 час. 25 мин. Расход бензина и масла

при этом был также очень велик — соответственно 210,7 кг и 14,7 кг

(табл. 6). После же освоения алькусипа указанные весьма большие цифры по испытанию и расходу при этом бензина и масла были доведены почти до обычной нормы.

Вслед за стендовой обкаткой, после проверки и приемки ОТК завода или ремонтных мастерских двигатель устанавливался на авто­

машину и проходил необходимую обкатку в рейсовых условиях.

Затем двигатель снова осматривался, и устранялись все обнару­ женные в пробном рейсе дефекты как моторной группы, так и группы шасси и электрохозяйства. Однако следует иметь в виду, что полная

приработка двигателя и ходовой части наступает после пробега не менее чем 1000 км.

Последствием неправильной приработки могут явиться: задиры цилиндров, заедание поршневых пальцев, появление трещин в блоках.

Нагрузка автомобилей на первых 1000 км пробега берется пони­ женной, например для ЗИЛ-150 — не более 2000 кг, а скорость — не превышающей 25 км/час.

Для ограничения скорости автомобиля на период обкатки между

фланцем карбюратора и всасывающей трубой устанавливается огра­ ничительная шайба.

Сорт смазки двигателя аналогичен применяемым при обычной эксплуатации автомобилей. Контроль и заливка масла производятся ежедневно.

Необходимо менять масло при пробеге первых 1000 км\ в картере двигателя — через каждые 200—250 км\ в картерах остальных агрегатов — через 500 км. Картеры необходимо тщательно про­

мывать.

Нельзя допускать закипания воды в радиаторе и работу двига­ теля вхолостую на больших оборотах. Выезжать из гаража или со стоянки можно только с прогретым на малых оборотах двигате­

лем.

При пробеге первых 1000 км надо тщательно следить за появле­ нием стуков в двигателе. После 1000 км пробега надлежит произ­ вести третий раз смену масла в картере, прослушать работу двига­ теля. При отсутствии каких-либо дефектов автомобиль допускается к нормальной эксплуатации.

16

П р и м е ч а н и е. Р — показания шкалы гидротормоза.

Таблица 6

ГОС. ПУБЛИЧНАЯ НАУЧН-ТЕХНИЧЕСКАЯ

БИБЛИОТЕКА С^СР

6. Износ шеек коленчатого вала, собранных на вкладышах из алькусипа

Основными факторами, влияющими на износ трущихся поверх­ ностей, являются следующие: материал поверхностей, качество и точность обработки поверхностей трения, степень загрязнения мест трения, характер и род смазки, микроструктура и пористость

антифрикционного сплава, величина удельного давления, величина

удельной работы трения, скорость, характер и род нагрузки, тем­

лен более сильный износ простой и легко заменяемой детали и мень­

ший износ дорогостоящей и сложной по изготовлению детали. Вместе с тем распределение износа по поверхности трения зави­

сит от формы, условий эксплуатации и работы кинематической пары.

Замена детали с местным износом новой деталью восстанавли­ вает нарушенное первоначальное положение сил оси вращения или центричность вращения. Равномерное распределение износа в соче­ тании с большой твердостью металла обеспечивает незначительный износ более сложной и дорогой детали без нарушения концентрич­ ности изнашивающейся поверхности. Местный характер износа в сочетании с мягким металлом концентрирует износ на дешевой, легко заменяемой детали (обычно втулка или вкладыш), отчего

ремонт машины упрощается. Режим работы кинематических пар нарушается в момент пуска и остановки машины. Установлено, что подшипники автомобильного двигателя за периоды разбега и выбега изнашиваются больше, чем за все время работы при уста­

подтверждается меньшим износом шеек коленчатого вала при работе автодвигателей на алькусипе, по данным карт замеров в табл. 7 и 8.

Из анализа карт видно, что износ шеек на основе микрометри­

ческих замеров коленчатых валов двигателей ЗИЛ-120 № 01 и № 04 после пробега 27 000 км составил для шатунных шеек в сред­ нем 0,16 мм, а для коренных шеек —0,10 мм.

Повышенный износ шеек объясняется тем, что двигатели № 01 и № 04 автомобиля ЗИЛ-150 на авторемонтном заводе являлись первенцами, на которых завод учился производить сборку по ана­ логии со сборкой автодвигателей на Б83.

При обкатке этих первых автодвигателей на стенде механосбо­ рочного цеха авторемонтного завода с допущенной тугой затяжкой на шейках коленчатых валов были риски, и валы были собраны на алькусиповых вкладышах повышенной твердости 37,2—38,8 НВ. Тем не менее и при этих условиях износ коренных шеек коленчатых валов оказался ниже нормы в среднем на 25 -ъ- 30% по сравнению

18