Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке
Разработаны способы борьбы с деформацией коленчатых валов двигателей легковых автомобилей, вызванной широкослойной наплавкой при их восстановлении. Установлено, что эффективными способами устранения дефор- мации являются предварительный подогрев наплавляемых шеек и (или) приложение осевой растягив...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102879 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке / С.Ю. Кривчиков // Автоматическая сварка. — 2011. — № 8 (700). — С. 52-55. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102879 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кривчиков, С.Ю. 2016-06-13T03:15:15Z 2016-06-13T03:15:15Z 2011 Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке / С.Ю. Кривчиков // Автоматическая сварка. — 2011. — № 8 (700). — С. 52-55. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102879 621.791.92. Разработаны способы борьбы с деформацией коленчатых валов двигателей легковых автомобилей, вызванной широкослойной наплавкой при их восстановлении. Установлено, что эффективными способами устранения дефор- мации являются предварительный подогрев наплавляемых шеек и (или) приложение осевой растягивающей нагрузки к коленчатому валу в процессе наплавки. Methods were developed for elimination of deformation of crankshafts of car engines caused by multilayer hardfacing at their reconditioning. It is established that an effective method to eliminate deformations is preheating of hardfaced necks and (or) application of axial tensile load to the crankshaft during hardfacing. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке Development of methods for elimination of distortions of crankshafts in wide-layer surfacing Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке |
| spellingShingle |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке Кривчиков, С.Ю. Краткие сообщения |
| title_short |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке |
| title_full |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке |
| title_fullStr |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке |
| title_full_unstemmed |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке |
| title_sort |
разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке |
| author |
Кривчиков, С.Ю. |
| author_facet |
Кривчиков, С.Ю. |
| topic |
Краткие сообщения |
| topic_facet |
Краткие сообщения |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Development of methods for elimination of distortions of crankshafts in wide-layer surfacing |
| description |
Разработаны способы борьбы с деформацией коленчатых валов двигателей легковых автомобилей, вызванной
широкослойной наплавкой при их восстановлении. Установлено, что эффективными способами устранения дефор-
мации являются предварительный подогрев наплавляемых шеек и (или) приложение осевой растягивающей нагрузки
к коленчатому валу в процессе наплавки.
Methods were developed for elimination of deformation of crankshafts of car engines caused by multilayer hardfacing
at their reconditioning. It is established that an effective method to eliminate deformations is preheating of hardfaced
necks and (or) application of axial tensile load to the crankshaft during hardfacing.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102879 |
| citation_txt |
Разработка способов устранения деформации коленчатых валов при широкослойной наплавке / С.Ю. Кривчиков // Автоматическая сварка. — 2011. — № 8 (700). — С. 52-55. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT krivčikovsû razrabotkasposobovustraneniâdeformaciikolenčatyhvalovpriširokosloinoinaplavke AT krivčikovsû developmentofmethodsforeliminationofdistortionsofcrankshaftsinwidelayersurfacing |
| first_indexed |
2025-11-25T15:31:24Z |
| last_indexed |
2025-11-25T15:31:24Z |
| _version_ |
1850519312196960256 |
| fulltext |
УДК 621.791.92
РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УСТРАНЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ
КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ПРИ ШИРОКОСЛОЙНОЙ НАПЛАВКЕ
С. Ю. КРИВЧИКОВ, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Разработаны способы борьбы с деформацией коленчатых валов двигателей легковых автомобилей, вызванной
широкослойной наплавкой при их восстановлении. Установлено, что эффективными способами устранения дефор-
мации являются предварительный подогрев наплавляемых шеек и (или) приложение осевой растягивающей нагрузки
к коленчатому валу в процессе наплавки.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая широкослойная наплавка,
коленчатые валы, деформация, меры устранения
Для восстановления изношенных коленчатых ва-
лов двигателей легковых автомобилей широко
применяют различные способы дуговой наплавки.
Как показывает практика, наиболее прогрессив-
ным из них является широкослойная наплавка са-
мозащитной порошковой проволокой [1], которая
отличается высокой производительностью, ста-
бильностью качества получаемых результатов и
обеспечивает рабочий ресурс восстановленного
коленчатого вала на уровне нового. Вместе с тем
при широкослойной наплавке рабочих поверхнос-
тей (коренных и шатунных шеек) происходит их
существенный разогрев [2], что вызывает появ-
ление деформаций — изменение первоначальной
длины коленчатого вала. Согласно конструктор-
ской документации большинство типов коленча-
тых валов характеризуется базовой длиной l0, ко-
торая может изменяться лишь в узких пределах
(±0,3 мм). Поэтому если в результате наплавки
значение линейной деформации Δl выходит за
рамки указанных допусков, это приводит к по-
явлению повышенного осевого люфта и создает
проблемы при установке восстановленного колен-
чатого вала в двигатель.
Данная работа посвящена разработке способов
устранения линейной деформации (укорочения)
коленчатых валов при широкослойной наплавке.
В качестве объекта исследований выбран пятио-
порный коленчатый вал, который представляет
собой кривошип, состоящий из пяти коренных и
четырех шатунных шеек. Такая конструкция ко-
ленчатого вала широко применяется во многих
двигателях современных легковых автомобилей
отечественного и зарубежного производства и от-
личается лишь геометрией и химическим соста-
вом основного металла (среднеуглеродистая ле-
гированная сталь или высокопрочный перлитный
чугун). Для определения укорочения отдельных
конструктивных элементов коленчатого вала (ко-
ренных и шатунных шеек) изготовлены соответ-
ствующие цилиндрические образцы-имитаторы.
Погрешность измерения всех линейных размеров
составляла ±0,05 мм.
На рис. 1 показано влияние режима широкос-
лойной наплавки на суммарную длину коренной
Δlк и шатунной Δlш групп шеек, а также общую
длину коленчатого вала ΣΔl (ΣΔl = Δlк + Δlш) пос-
ле наплавки и остывания коленчатого вала до ком-
натной температуры. Как видно из рисунка, с уве-
личением тока наплавки Iн разность длин до и
после наплавки Δl всех конструктивных элемен-
тов и коленчатого вала в целом возрастает и при
максимальной производительности процесса нап-
лавки существенно превышает допустимые пре-
делы, установленные для базовой длины l0. Кроме
того, укорочение коренных шеек Δlк после нап-
лавки несущественно зависит от Iн. В то же время
при одинаковых токах наплавки Δlш значительно
больше Δlк и пропорционально увеличивается с
повышением Iн. При этом вклад Δlш в ΣΔl сос-
тавляет 73…80 %. Разное влияние Iн на Δlк и Δlш
связано с тем, что шатунные шейки в отличие
от коренных изготавливаются пустотелыми, бла-
годаря чему температура их разогрева в процессе
© С. Ю. Кривчиков, 2011
Рис. 1. Влияние тока широкослойной наплавки на изменение
длины коленчатого вала и его конструктивных элементов:
1 — ΣΔl; 2 — Δlш; 3 — Δlк
52 8/2011
наплавки значительно выше. В результате в крис-
таллизующейся сварочной ванне и основном ме-
талле шатунной шейки создаются благоприятные
условия для более полного протекания усадочных
процессов.
Применение ремонтных колец. Одним из на-
иболее простых и доступных способов устранения
укорочения коленчатых валов, вызванного нап-
лавкой, является предварительная (перед наплав-
кой) установка ремонтных колец (рис. 2). При
этом толщина каждого кольца должна быть на
0,5…1,0 мм больше ΣΔl, определяемой из рис. 1.
Окончательно базовая длина коленчатого вала ре-
гулируется путем механической обработки после
наплавки. Основным недостатком данного спо-
соба является то, что компенсация суммарного
укорочения коленчатого вала осуществляется за
счет только первой коренной шейки. Таким об-
разом, имеет место осевое смещение отверстий
масляных каналов всех групп шеек относительно
фиксированного подвода смазки в масляной сис-
теме двигателя. В зависимости от величины ΣΔl
это может привести к частичному или полному
перекрытию сечения отверстия масляного канала
и нарушению подачи смазки к трущимся повер-
хностям. Как показывает практика, данный способ
может быть успешно использован при широкос-
лойной наплавке коленчатых валов относительно
небольших размеров (например, коленчатых ва-
лов двигателей автомобилей семейства ВАЗ,
«Таврия» и т. п.), у которых ΣΔl, как правило,
не превышает 1,5 мм.
Применение предварительного подогрева.
Одной из отличительных особенностей широкос-
лойной наплавки является то, что относительно
узкая жидкая сварочная ванна формируется на
всей длине наплавляемой шейки практически од-
новременно с началом процесса наплавки. В даль-
нейшем движение фронта сварочной ванны и ее
кристаллизация определяются скоростью наплав-
ки (скоростью вращения наплавляемой шейки).
В результате после завершения наплавки вся по-
верхность шейки оказывается покрытой слоем
наплавленного металла, ширина которого равна
длине шейки. В соответствии с общей теорией
деформирования удлинение Δlt образца при наг-
реве определяется зависимостью: Δlt = klнαсрΔT
(k — коэффициент пропорциональности; lн — на-
чальная длина образца; αср — среднее значение
коэффициента линейного расширения металла об-
разца в рассматриваемом температурном интер-
вале; ΔT — разность между температурой нагрева
и первоначальной температурой образца), соглас-
но которой если шейку коленчатого вала длиной
lн предварительно (перед наплавкой) нагреть до
определенной заданной температуры Tпод, то ши-
рокослойная наплавка будет уже проводиться на
шейку длиной lн + Δlt, где Δlt — приращение
длины шейки, вызванное нагревом. При этом в
силу особенностей широкослойной наплавки дли-
на сварочной ванны также увеличитcя на Δlt. В
результате можно предположить, что при пра-
вильно выбранной Tпод величина Δlt компенсирует
укорочение шейки Δlш, так как более широкий
закристаллизовавшийся слой наплавленного ме-
талла препятствует более полному протеканию
усадочных процессов в основном металле при ос-
тывании шейки.
Для изучения влияния Tпод на линейные раз-
меры коренных и шатунных шеек проведена ши-
рокослойная наплавка образцов-имитаторов соот-
ветствующих шеек на оптимальном режиме (Iн =
= 250 А) при различных температурах предвари-
тельного подогрева. Полученные результаты
(среднее значение по двум-трем образцам) пред-
ставлены в таблице. Из приведенных данных вид-
но, что с увеличением Tпод остаточная линейная
деформация как шатунной, так и коренной шейки
монотонно уменьшается, а при Tпод ≈ 300 °С ста-
новится примерно равной нулю. Более высокие
температуры предварительного подогрева приве-
дут к тому, что базовая длина наплавленного ко-
ленчатого вала будет больше исходной (до нап-
лавки).
Рис. 2. Схема установки ремонтных колец на первой корен-
ной шейке для устранения укорочения наплавленного колен-
чатого вала: 1 — шейка; 2 — прихватки; 3 — первая коренная
шейка; 4 — ремонтные кольца
Влияние температуры предварительного подогрева на
изменение размеров коренных и шатунных шеек
Параметр
Тпод,
оС
20 100 200 300 400 500
Δlш –2,88 –2,42 –1,92 –0,54 0,25 1,04
Δlк –0,68 –0,44 –0,35 0,42 0,76 0,82
Пр и м е ч а н и е . Отрицательные значения — укорочение, по-
ложительные — удлинение первоначальных размеров шеек.
8/2011 53
Следует отметить, что несмотря на то, что вве-
дение в технологический процесс наплавки до-
полнительной операции предварительного подог-
рева делает его более энерго- и трудоемким, для
некоторых типоразмеров коленчатых валов она
является полезной, а для чугунных коленчатых
валов — обязательной мерой, снижающей опас-
ность образования трещин в наплавленном и ос-
новном металлах. Вместе с тем необходимо учи-
тывать, что применение предварительного подог-
рева увеличивает опасность стекания жидкой сва-
рочной ванны с цилиндрической поверхности в
процессе широкослойной наплавки. Поэтому ис-
пользование данного способа устранения дефор-
маций возможно лишь в тех случаях, когда ди-
аметр шеек коленчатого вала превышает 50 мм.
Применение растягивающих усилий в про-
цессе наплавки. Известно, что среднеуглеродис-
тые стали при нормальной температуре отлича-
ются достаточно высокой деформационной спо-
собностью (δ > 10 %). Если материалом колен-
чатого вала является перлитный высокопрочный
чугун (например, ВЧ 50-2), то при нормальной
температуре он является малопластичным (δ ≈
≈ 2 %). Однако с повышением температуры его
относительное удлинение может достигать 12 %,
а пределы прочности и текучести снижаться на
порядок. В условиях сварочного процесса дефор-
мация нагретых образцов из высокопрочного чу-
гуна происходит при относительно небольших
(6…7 МПа) растягивающих нагрузках [3]. Бла-
годаря термическому циклу широкослойной нап-
лавки основной металл шеек коленчатого вала в
зависимости от их размеров, режима наплавки и
места расположения источника нагрева может ра-
зогреваться до температур 800…1150 °С.
Исходя из этого, выполнены исследования вли-
яния осевых растягивающих нагрузок (усилий) на
длину коленчатого вала в условиях реального тер-
модеформационного цикла широкослойной нап-
лавки. Исследования проводили с помощью спе-
циально изготовленного устройства (рис. 3), поз-
воляющего осуществлять широкослойную нап-
лавку коленчатого вала с одновременным при-
ложением к нему растягивающей нагрузки. Ус-
тройство состоит из металлического корпуса с
закрепленными на нем зажимными механизмами
(левым и правым), обеспечивающими фиксацию
коленчатого вала в требуемом положении, а также
его вращение и возможность осевого удлинения
под действием растягивающей нагрузки. Послед-
няя прикладывается к коленчатому валу с по-
мощью винтового домкрата через измерительный
упругий элемент — динамометр сжатия ДОСМ
3-3 и систему рычагов. Корпус устройства зак-
репляется на станине универсального наплавоч-
ного станка УД-209. Вращение коленчатого вала
с регулируемой скоростью осуществляется от
шпинделя станка УД-209 через шестеренчатую
передачу. Устройство позволяет регулировать
растягивающее усилие в пределах 0…30 кН.
Широкослойную наплавку шеек проводили на
оптимальном режиме (Iн = 220…250 А) для рас-
сматриваемого типа коленчатого вала. На рис. 4
представлены динамические кривые изменения
длины коленчатого вала в процессе наплавки ко-
ренных шеек (Δl – τц.н) и в процессе его охлаж-
дения (Δl – τохл) под действием постоянного рас-
тягивающего усилия P = 30 кН. Время цикла нап-
лавки коренной шейки τц.н включает время, зат-
раченное на наплавку шейки (300 с), и время на
настройку наплавочного станка для наплавки пос-
ледующей шейки.
Полученные данные позволяют сделать вывод,
что в процессе наплавки шеек длина коленчатого
вала возрастает в результате как термического уд-
линения, так и пластической деформации, выз-
ванной действием растягивающей нагрузки. Затем
по мере охлаждения длина вала уменьшается
Рис.3. Внешний вид устройства для приложения и регулиро-
вания осевого растягивающего усилия к коленчатому валу в
процессе наплавки
Рис. 4. Динамические кривые изменения длины коленчатого
вала в процессе широкослойной наплавки коренных шеек
(1–5) и в процессе его охлаждения (6) под воздействием
осевой растягивающей нагрузки
54 8/2011
вследствие протекания усадочного процесса в ос-
новном и наплавленном металлах. При комнатной
температуре Δl достигает постоянного значения,
равного Δlк, характеризующего фактическое уд-
линение (Δlк > 0) коленчатого вала, произо-
шедшее под действием осевой растягивающей
нагрузки.
На рис. 5 видно, что Δl в зависимости от осе-
вого усилия изменяется как по знаку, так и по
значению. Причем укорочение коленчатого вала
в результате наплавки шатунных Δlш и коренных
Δlк шеек различно и зависит от растягивающей
нагрузки. Очевидно, что дополнительное приме-
нение предварительного подогрева шеек позволит
уменьшить оптимальное значение растягивающей
нагрузки.
Следует отметить, что последний способ борь-
бы с остаточными деформациями можно считать
универсальным, так как он применим к любому
типу коленчатого вала независимо от его геомет-
рических размеров, формы и химического состава
основного металла.
1. Жудра А. П., Кривчиков С. Ю., Петров В. В. Технология
широкослойной наплавки крупногабаритных коленчатых
валов // Автомат. сварка. — 2010. — № 2. — С. 41–45.
2. Термический цикл широкослойной наплавки цилиндри-
ческих чугунных деталей самозащитной порошковой
проволокой / С. Ю. Кривчиков, А. П. Жудра, В. В. Пет-
ров, Е. М. Митюхляева // Там же. — 1998. — № 4. —
С. 49–50.
3. Грецкий Ю. Я., Новикова Д. П., Крошина Г. М. Влияние
термического цикла на стойкость чугунов против обра-
зования трещин при сварке без подогрева // Там же. —
1986. — № 4. — С. 1–4, 13.
Methods were developed for elimination of deformation of crankshafts of car engines caused by multilayer hardfacing
at their reconditioning. It is established that an effective method to eliminate deformations is preheating of hardfaced
necks and (or) application of axial tensile load to the crankshaft during hardfacing.
Поступила в редакцию 26.04.2011
Рис. 5. Влияние осевого растягивающей нагрузки на измене-
ние длины коренных Δlк (1) и шатунных Δlш (2) шеек колен-
чатого вала при широкослойной наплавке
Палиевская Е. А., Сидлин З. А. Проблемы сырьевой базы производства сварочных
материалов. — 2-е изд. исправ. и доп. — М.: ООО «Изд. дом Центросоюза»,
2011. — 40 с.
Брошюра посвящена видному специалисту электродного
производства Николаю Алексеевичу Тархову, заместителю глав-
ного инженера Московского опытного сварочного завода, автору
ряда книг по электродному производству. В их числе монография
«Изготовление электродов для дуговой сварки» (Москва–Сверд-
ловск; Машгиз, 1944. — 122 с.), в которой, в частности впервые
были обобщены известные на тот период данные по сырьевой
базе электродного производства.
Предложения и дополнения следует присылать по адресу:
107996, РФ, Москва, ул. Гиляровского, 57, стр. 1.
Тел./факс: (495) 684-53-16, 684-04-79
E-mail: techprom-ru@yandex.ru
8/2011 55
|