Разработка технологии восстановления гильз цилиндров ДВС (стр. 6 из 13)
1. Очистка деталей от масла и грязи.
2. Предварительное шлифование для придания деталям правильной геометрической формы и получения необходимой шероховатости.
3. Промывка. Детали промывают в горячем щелочном растворе, протирают венской известью, промывают в проточной воде.
4. Изоляция подвески и поверхностей деталей, не подлежащих хромированию. Изолируют обычно цапон-лаком (раствором целлулоида в ацетоне), перхлорвиниловым лаком 9–32 или клеями АК-20 и БФ, которые наносят в 2–3 слоя.
5. Навешивание (установка) деталей на подвеску.
6. Обезжиривание. При химическом обезжиривании детали промывают в бензине или в водном растворе, нагретом до 60–70° С в течение 3–5 мин.
При электрохимическом обезжиривании детали навешивают на подвеску и погружают в ванну с горячим водным раствором. Раствор подогревают до 70–75° С и выдерживают в нем детали в течение 5–8 мин при плотности тока 3–10 A/дм2 и напряжении 8–10 B.
7. Анодное декапирование. Производится в целью удаления с поверхности обезжиренных деталей, окисных пленок и выявления структуры детали. Для этого подвеску с деталями загружают в специальную ванну со слабым раствором серной кислоты в воде (3–5 г./л) и выдерживают в течение 1–2 мин. После этого детали промывают в дистиллированной воде.
8. Хромирование. Для получения твердых износостойких покрытий чаще всего применяют следующий состав ванны и режим хромирования: 150–200 г./л хромового ангидрида и 1,5–2,0 г/л серной кислоты; плотность тока 35–45 А/дм2 и температура электролита 56–58° С.
9. Промывка. По окончании процесса хромирования подвески с покрытыми деталями промывают в дистиллированной воде для сбора электролита, а затем последовательно в проточной воде, в 3–5%-ном растворе щелочи для нейтрализации, снова в проточной воде и наконец в подогретой до 70–80° С воде.
10. Демонтаж (снятие) деталей с подвески и удаление изоляции.
11. Термообработка деталей для устранения их водородной хрупкости. Детали обычно нагревают в сушильных шкафах или в масляной ванне до температуры 150–220° С и выдерживают в течение 1,5–2,0 ч.
Реверсивное хромирование позволяет в 2 раза увеличить скорость отложения хрома, повысить на 1 – 2 класса чистоту покрытия по сравнению с обычным хромированием. При реверсивном хромировании периодически меняют полярность тока: продолжительность катодного периода 10–15 мин, а анодного – 10 – 15 сек. Состав электролита обычный (СгО3 – 200 – 250 г./л и Н2SO4 – 2,0 – 2,5 г/л) при повышении плотности тока до 60 – 150 A/дм2.
Струйное хромирование цилиндрических поверхностей валов и осей дает возможность в 4–8 раз повысить производительность процесса, не снижая качества покрытия. При струйном хромировании деталей на специальных установках электролит интенсивно перемешивается и постоянно обновляется в зоне, непосредственно прилегающей к покрываемой поверхности катода.
Осталивание. Выход металла по току при осталивании в 5– 7 раз выше, чем при хромировании, и равен 75–95%, а скорость отложения осадка в 10 раз больше (0,4 мм за час). При осталивании можно получить покрытия толщиной до 2 мм.
Для твердого и износостойкого осталивания обычно применяют хлористые электролиты следующего состава: хлористое железо FеС12 – 200–500 г./л, хлористый натрий NaС1 – 100 г./л, соляная кислота НС1 – 0,5–0,9 г/л, хлористый марганец MnCl2 –10 г./л. Аноды изготавливают из малоуглеродистой стали. Общая площадь анодов должна быть в 2 раза больше покрываемой поверхности деталей [8].
Твердость, вязкость и износостойкость покрытий при осталивании можно изменять в широких пределах, изменяя состав электролита, его температуру и плотность тока. При малой плотности тока и высоких температурах электролита получают мелкозернистые вязкие покрытия. С повышением плотности тока увеличивается твердость покрытий.
Технологический процесс осталивания анологичен хромированию.
Недостатком восстановления гильз электролитическими покрытиями является небольшая толщина наносимого покрытия, большая продолжительность нанесения покрытия и неравномерность наносимого слоя.
3.4.5 Гальваномеханический способ восстановления
Проведенные исследования показали, что применение гальваномеханического способа при восстановлении деталей машин наиболее полно удовлетворяет требованиям ремонтного производства. Отличительной его особенностью является то, что в процессе электролиза покрываемая поверхность подвергается механическому активированию (царапанию) абразивными или алмазными инструментами в виде лент или брусков, которые перемещаются в межэлектродном пространстве. [6]
Механическое активирование способствует снижению перенапряжения разряда оседаемого металла за счет уменьшения концентрационных ограничений, интенсивного удаления с поверхности катода адсорбировавшихся гидридов, гидроокисей и газообразного водорода. Все это позволяет в десятки раз увеличивать рабочие плотности тока при нанесении хрома, никеля, кобальта, меди и существенно повышать скорость их осаждения.
Данный способ представляет собой разновидность электрохимического хонингования, где в качестве СОЖ используется электролит для нанесения соответствующего металла, и сводится к предварительному хонингованию, электроосаждению металла с одновременным хонингованием при незначительном давлении брусков и к окончательному хонингованию для получения необходимой геометрии обрабатываемой поверхности. Таким образом, весь технологический процесс осуществляется с одной установки на одном и том же оборудовании.
Постоянное хонингование обрабатываемой поверхности во время электроосаждения, высокая скорость циркуляции электролита при малом межэлектродном зазоре обеспечивают высокую скорость осаждения металла, которая в 20 – 50 раз выше, чем при стационарных условиях нанесения покрытий.
Технологический процесс сводится к обезжириванию, промывке в воде, гальваномеханическому процессу нанесения покрытий (декапирование 15…85 с, нанесение покрытия с выходом на режим в течение 8…10 мин, с плавным увеличением Dк и Ра до оптимального), последующей промывке детали в проточной воде, их нейтрализации и ополаскиванию.
Разработана и изготовлена технологическая оснастка для восстановления зеркала гильзы цилиндра ЯМЗ-238, 236, Д-50 (Д-240). Прошли апробацию в условиях опытного производства технологический процесс и установка для восстановления зеркала гильз цилиндров Д-50 (Д-240), а также произведены стендовые испытания трех серий гильз, восстановленных по разработанной технологии, которые показали высокую работоспособность деталей [7].
Недостатком данного способа является сложность приобретения
необходимого оборудования, сравнительно высокая стоимость материалов, используемых при восстановлении.
3.4.6 Восстановление термопластическим деформированием
Способ заключается в нагреве наружней поверхности гильзы в индукторе в течение нескольких секунд до температуры 700…7500С и последующем быстром охлаждении в масле. При этом рабочая часть гильзы сокращается на величину до 0,1 мм, что позволяет дальнейшей механической обработкой восстановить требуемый размер.
Градиент температур создают в стенке детали непрерывно-последовательно вдоль оси детали.
При создании градиента температур деталь нагревают, например, током высокой частоты, а охлаждают струями воды.
Нагрев и охлаждение детали ведут в процессе перемещения детали, относительно источников со скоростью не более 3–4 мм/с, при этом температуру нагрева устанавливают не более 870–920 °С.
На рис. 3.8 показана установка для осуществления способа.
Рис. 3.8. Схема обработки детали ТВЧ:
а – при расположении источников нагрева и охлаждения внутри детали; б – при расположении источника нагрева снаружи детали, а источника охлаждения внутри ее; в-при расположении источников нагрева и охлаждения снаружи детали; 1 – восстанавливаемая деталь; 2 – источник нагрева; 3 – источник охлаждения.
Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности преимущественно стальных и чугунных деталей типа гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания осуществляется путем создания градиента температур посредством воздействия на деталь 1 источника 2 нагрева и источника 3 охлаждения (рис. 3.8), при этом градиент температур создают в стенке детали непрерывно – последовательно вдоль оси детали, нагрев осуществляют, например, током высокой частоты (ТВЧ), а охлаждают, например, струями воды.
При нагреве и охлаждении деталь перемещают относительно источников на грева ТВЧ и охлаждения со скоростью не более 3 – 4 мм/с, а температуру нагрева устанавливают при этом не более 870–920° С.
В результате создания температурного градиента возникают резко изменяющиеся (как от точки к точке тела, так и в каждой точке во времени) тепловые (термические) напряжения. При этом в нагретых участках возникают окружные напряжения сжатия, а в холодных – напряжения-растяжения. Нагретые участки металла стремятся расшириться, но этому препятствуют более холодные участки цилиндра, поэтому нагретые участки оказываются сжатыми, и, в свою очередь, действуют на холодную часть цилиндра как симметрично приложенная сила растяжения. Поскольку предел прочности металла с повышением температуры падает, то будет происходить деформация в сторону сжатия, т.е. вовнутрь цилиндра.
Результаты исследования показывают, что при создании в полой детали осевого температурного градиента ней появляется пластическая деформация (уменьшение внутреннего диаметра).
Пластическая деформация наблюдается как у детали, изготовленной из чугуна, так и из стали.