CC BY
50
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ В.Н. Чижов, A.B. Бодякин, Д.А. Пурыга
Проблема увеличения сроков службы деталей в узлах трения двигателей внутреннего сгорания является актуальной, особенно для деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), так как ЦПГ определяет работоспособность двигателя в целом.
Анализируя многообразие методов повышения долговечности гильз (рис. 1), классифицируя их как конструкторские, технологические и эксплуатационные, отметим, что изменение поверхностных свойств гильз обеспечивает устойчивость к различным видам изнашивания (абразивному, абразивно-корозионному и т.д.). Этот путь представляется весьма эффективным для повышения долговечности гильз с позиции управления свойствами поверхности.
Анализируя способы изменения поверхностных свойств, можно выделить основные пути повышения долговечности поверхностей гильз: изменение химического состава поверхностных слоев путём внедрения легирующих компонентов для образования структуры, хорошо сопротивляющейся процессам изнашивания; механическое или тепловое воздействия на поверхностные слои металла, приводящие к структурным превращениям, способствующим повышению стойкости при различных процессах изнашивания; нанесение на рабочую поверхность гильз антифрикционных, приработочных или износостойких слоев.
Именно антифрикционные покрытия позволяют в минимальные сроки создать оптимальную шероховатость пары трения в период приработки, тем самым снижая высокий приработочный износ и' возникновение микрозадиров. Медьсодержащие антифрикционные покрытия лучше смачиваются и удерживают масло по отношению к стальным поверхностям [1].
Многообразие приведённых видов повышения износостойкости объясняется тем, что ни один из них не может претендовать на создание надежной защиты в сопряжениях ЦПГ, работающих в жестких
условиях трения, что обуславливает необходимость разработки комплексных способов, часто сочетающих в себе механические, химические и термические методы.
С целью повышения долговечности деталей ЦПГ была предложена технология нанесения электромеханическим методом (ЭМН) антифрикционного медьсодержащего покрытия (АМП) на рабочую поверхность гильз цилиндров. В основе предлагаемого способа лежит сочетание термического и механического воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали.
Сущность ЭМН заключается в том, что в процессе наращивания через место контакта медьсодержащего материала и детали проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступы микронеровностей, сильно нагреваясь, скругляются по вершинам и одновременно заполняются медьсодержащим материалом. При этом поверхностный слой основы вследствие термического и механического воздействия ещё и упрочняется.
Для проведения исследований на кафедре «ТКМ и РМ» была разработана экспериментальная установка, смонтированная на токарном станке с понижающим редуктором и состоящая из автотрансформатора, трансформатора с шинопроводами и приспособления для подачи присадочного материала. В качестве медьсодержащего материала применяли латунь Л62. Образцы для исследования изготавливали из материала СЧ 21 гильз цилиндров двигателя М412Э.
Для подтверждения возможности предлагаемого процесса проводилась серия однофакторных экспериментов, в ходе которых поочерёдно варьировались следующие факторы: напряжение холостого хода Ш.х.
- 0,6-1,6 В, сила прижатия электрода Б = 20-200 Н, вылет электродной проволоки Ь3 = 0,4-4,0 мм и линейная скорость V = 0-1,0 м/мин. Диапазон варьирования определялся на основе априорной информации и возможности экспериментальной установ-
ки. Опыты проводились с трёхкратной повторностью и ранжировались по времени. В качестве оценочных параметров использовались показатели (сплошность, ширина
и толщина нанесённого медьсодержащего слоя), позволяющие подтвердить возможность реализации разрабатываемого процесса.
Лл:' 4-а
Методы повышения долговечности гильз цилиндров
Конструктивные
_1 I
Т ехнологические
н
о
>х
о
н
и о?
о 5
X X
X <1)
ІХ X
<ч (Г)
со ее
о с е-
св
!к м
э
л
го
X X
ЬЙ н
о. ь
о о
ю ІЙ
о IX
X е
н о
и о
о X 8
§Й X
о л
н X
4> V
X X
X X
о и
а а
л 3
ю (О
о о
с с
Изменение структуры Нанесение приработочных
поверхности или износостойких слоев
Изменение Воздействие механических
! химического состава и (или) термических
поверхностного слоя факторов
<и
ев X
ж X
р и
о ю 3
св 2
о. о
о св
о X
Ж
а о
ъй X
о X
о
ЕГ X
X л
5
О. *0*
и X
н 1 <=(
о
ЬЙ св
X т
2 2
X Е»
X ьй п
ев
Ьй
н
о
ю
ов
а.
ю
о
§
X
о
4)
т
X
2
X
X
«
к
н
о
ю
св
а
ю
о
X
и
«и
У
к
X
св
X
и
я
о
35
а.
и
ь-
ПІ
р
н
о
'З
а
ю
о
X
о
<и
т
5
X
(Я
X
<и
о
а>
х
си
ш
5
СО
а.
от
х
й>
о
ъе
О
0)
т
X
сс
X
а)
г
0 а.
1
а>
с:
0
Рис. 1. Схема методов повышения долговечности гильз цилиндров
В результате было установлено, что при напряжении холостого хода трансформатора их.х. = 0,6-1,3 В достигается 100%-ная сплошность покрытия (рис. 2). При этом усилие прижатия электрода со-
ставит Р = 43 Н, вылет электродной проволоки Ьэ - 1,0 мм, линейная скорость формирования покрытия V = 0,53 м/мин., что подтверждает возможность реализации процесса.
Для подтверждения возможности упрочнения основного материала детали проводились замеры твёрдости поверхности гильз по методу Виккерса. Полученные результаты (рис. 3) позволяют утверждать, что при 1)х.х. = 1,3 В, Р = 43 Н, Ьэ- 1,0 мм и V - 0,53 м/мин. достигалась величина твёрдости 18-546 МПа, что соответствует твёрдости закалочных структур.
г, мкм
Рис. 3. График изменения твёрдости чугуна СЧ 21 на различной глубине при электромеханическом нанесении покрытия (А) и без покрытия (В)
Из анализа полученной зависимости можно сделать вывод, что на глубине 70« 1000 мкм отмечено увеличение твёрдости до НУ = 518-546 МПа, в то время как твёрдость основы составляет НУ = 212-225 МПа.
Тем самым подтверждается возможность совмещения процесса формирования АМП и упрочнения материала основы.
В ходе дальнейших исследований предполагается проведение теоретического обоснования процесса и поиск оптимальных режимов его проведения.
Библиографический список
1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин): Учебник. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МСХА, 2002. - 632 с.
2. Асташкевич Б. М. Износостойкость и роль активных защитных слоев на поверхностях деталей цилиндропоршневой группы транспортных дизелей // Вестник машиностроения. - 2000. - № }. - С. 13-20.
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В.Н. Чижов, М.Г. Желтунов, A.A. Калчгужный
В настоящее время электрошлаковые технологии (ЭШТ) становятся все более и более востребованными, они применяются уже не только по своему основному предназначению - сварка деталей неограниченной толщины за один проход, для которого они специально разрабатывались. Данные технологии находят применение практически во всех отраслях машиностроения: для восстановления деталей, изготовления заготовок для судостроения, котлостроения, изготовления штампов. Также они нашли широкое применение в металлургии для получения металлов высокой частоты методом электрошлакового переплава, электрошлаковая подпитка
слитков и отливок, позволяющая уменьшить размеры усадочной раковины, а также электрошлаковая отливка металлов. Кроме того, ЭШТ имеют более высокие значения КПД процесса, минимальное потребление технологических расходных материалов, сравнительно простое технологическое оборудование. Вышеперечисленные достоинства позволяют считать ЭШТ перспективными в плане ресурсосбережения.
Практически во всех случаях электро-шлаковый процесс конструктивно оформлен таким образом, что шлаковая ванна контактирует с формирующими устройствами. В простейшем случае данными уст-
ройствами являются медные водоохлож-даемые ползуны, в тело которых отводится большое количество тепловой энергии, теряемой безвозвратно. Однако так происходит не всегда, существует технология, в которой исключена данная потеря энергии
- это электрошлаковый тигельный переплав, где в качестве шлакоудерживающего устройства используется графитовая либо магнезитовая форма. Но данная технология имеет один существенный недостаток; минимальная масса заготовки для внедренных технологий составляет 150 кг (шатун пресса), кроме того, технологические параметры, такие как сила тока, количество электродов и скорость их подачи, определяются исходя из мощности имеющегося источника тока и имеют довольно большой разбег.
В настоящее время на кафедре технологии металлов и ремонта машин АГАУ разработан способ восстановления проушин звеньев гусениц подобным методом, однако масса переплавленного металла составляет не более 50-80 г. Предварительные исследования показали, что режимы процесса, рекомендуемые для сварки металлов по классической электрошлаковой технологии (вертикальный шов, медные водоохлаждаемые ползуны), оказались неприемлемы для предлагаемого процесса. Экспериментально установленные режимы
