3 Восстановление работоспособности коленчатых валов среднеоборотных дизелей нанесением покрытий.

Ремонт коленчатых валов с шейками, износ которых достиг предельного значения, осуществляется наращиванием металла с последующей обработкой до 3 номинальных размеров или только механической обработкой по системе ремонтных размеров.

Нанесение металла на изношенные поверхности шеек может производиться хромированием или плазменным напылением.

На выбор процесса наращивания покрытия влияют толщина и физико-механические свойства (твердость, прочность сцепления материала восстановленного слоя с основой, внутренние напряжения и т.д.).

Толщину S слоя металла, наносимого на шейки коленчатого вала, можно рассчитать по следующему выражению:

S= Z_у+W+Z=0,15+0,082+0,2=0,432 мм

где: Z_у – толщина слоя металла, удаляемого с восстанавливаемой поверхности для обеспечения ее правильной геометрической формы, мм;

W – радиальный износ шейки на сторону для расчетного диаметра d_расч, мм:

где Z – припуск на механическую обработку после нанесения покрытия, мм.

Так как S≤0,5 мм, то для восстановления изношенных шеек вала в качестве основного метода используем хромирование.

4 Восстановление коленчатых валов хромированием

Хромирование – процесс осаждения ионов хрома на поверхности восстанавливаемой детали при электролизе. При прохождении тока через электролит происходит движение положительно заряженных ионов хрома к катоду-детали и осаждение их на изношенной поверхности.

Процесс хромирования осуществляют с применением нерастворимых анодов, обычно свинцовых с добавкой 5–10 % сурьмы. В зависимости от электролита (сульфатного, сульфатно-кремнефторидного, тетрахроматного) и режимов хромирования (плотности тока Dк и температуры Тэ) при хромировании могут быть получены три типа осадков, отличающихся свойствами и внешним видом: молочные, блестящие и серые.

Применение электрохимического хромирования для восстановления изношенных деталей ограничивается определенными значениями износа деталей. При износах более 0,5 мм хромирование становится нерациональным, так как при большой толщине слоя покрытия продолжительность процесса наращивания велика, а осажденный металл имеет невысокое качество и склонность к скалыванию.

Механическая обработка шеек коленчатого вала перед хромированием должна обеспечить правильную геометрическую форму. Такую обработку выполняют на специальных шлифовальных станках.

С целью уменьшения влияния растягивающих напряжений, возникающих в слое хрома, и повышения усталостной прочности коленчатого вала после шлифования рекомендуется гладкое обкатывание шариком поверхности шейки (включая галтели) с помощью приспособления, устанавливаемого на токарном станке, со следующими режимами: диаметр шарика dш – 8 мм, сила давления на шарик Р – 600 Н, подача S – 0,07 мм/об, скорость обкатывания V – 97 м/мин.

Подготовка к хромированию заключается в тщательной промывке и обезжиривании детали.

На каждую шейку, подлежащую восстановлению, монтируют электролизер. С целью прогрева детали до температуры электролита без подключения тока прокачивают электролит. Одновременно происходит химическое обезжиривание поверхности.

Для удаления окисной пленки с целью повышения прочности сцепления хрома с основным металлом производят анодное декопирование (деталь служит анодом). Операцию выполняют в ванне такого же состава, как и для хромирования, по следующему режиму: температура электролита 323…328 К, анодная плотность тока Dа = 3…3,5 кА/м2 , продолжительность t = 30…40 С.

Промывают вал после электрохимического травления и хромирования прокачиванием через электролизер холодной воды в течение 0,5…1 мин.

Запишем исходные данные в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Исходные данные для выбора режимов восстановления шеек вала хромированием

Буквы шифра	Вид осадка хрома	Сцепляемость хромового покрытия с металлом Сц, %	Выход хрома по току , %	Остаточные напряжения в покрытии , ГПа	Режим хромирования Dк, Tэ
К	Блестящие	60	24	0,13	Dк=8, кА/м2 Tэ=320, К

Продолжительность хромирования в зависимости от режимов определяются по формуле:

где ρ_хр = 6,7 ·10³ кг/м³ – плотность хрома;

Dк – плотность тока, А/м² ;

С = 0,324·10^-3 кг/А ч – электрохимический эквивалент;

η = 0,1 ÷ 0,2 – выход по току;

S – толщина хрома на сторону, м.

Перед началом процесса осаждения рекомендуется «толчок тока» – ток в 1,5–2 раза превышающий номинальный. На повышенном токе процесс ведут в течение 30 с, затем плавно снижают в течение 300 с до рабочего значения.

После промывки вала производят демонтаж электролизера, просушивание покрытия сжатым воздухом, его контроль внешним осмотром и физическими методами.

Перед механической обработкой удаляют свинцовые заглушки с масляных отверстий шеек. Обработку производят шлифованием до номинального размера. Рекомендуется использование кругов на электрокорунде зернистостью 25–16 и твердостью СМI – CI на керамической связке, при окружной скорости вращающегося круга 30 – 35 м/с, с продольной подачей не более 20 мм/об. Режимы шлифования – в разделе восстановления коленчатого вала плазменным напылением.

Разработана маршрутная технология процесса хромирования в форме таблицы (табл. 4.2).

Табл 4.2 - Технологическая схема восстановления изношенных шеек коленчатых валов методом анодноструйного хромированием

№	Наименование операции	Оборудование	Материалы	Режимы
1	Очистка и мойка деталей	Волосяная кисть	Органический растворитель	T=343-353 К
2	Дефектация	Микрометр, магнитопорошковый дефектоскоп ДМ-76	Магнитный порошок	Iп=2,21 А; Iц=1690 А; H=4000 А/м
3	Механическая обработка (шлифование)	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ-СI	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=6 мм/об t=0,02 мм
4	Упрочнение шеек пластической деформацией	Токарный станок	Шарик из легированной стали	dш=8 мм; P=600 H; S=0,07 мм/об; V=97 м/мин
5	Обезжиривание поверхности шеек	Кисть	Ацетон Венская известь	-
6	Промывка холодной водой	-	-	-
7	Сушка	Тепловая машина, печь	-	-

Продолжение таблицы 4.2

8	Установка вала на ванне и монтаж электролизера	Подъемный кран	-	-
9	Прогрев вала покачиванием электролита без тока	-	Электролит	-
10	Анодное декапирование	Ванна	Электролит	t=30...40 c; T=328 K; Da=3,5 кА/м2
11	Хромирование	Ванна	Электролит	Dк=8 кА/м2; Тэ=320 К
12	Промывка вала покачиванием холодной воды через электролизер	-	-	t=30...60 c
13	Демонтаж вала	-	-	-
14	Просушивание	-	Сжатый воздух	-
15	Осмотр, обмер шеек	Микрометр, штангенциркуль	-	-
16	Шлифование черновое	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ-СI	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=6 мм/об t=0,02 мм
17	Шлифование чистовое	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ-СI	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=3 мм/об t=0,005 мм
18	Дефектация	Микрометр, Магнитопорошковый дефектоскоп	Магнитная суспензия	Iп=2,21 А; Iц=1690 А; H=4000 А/м