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康明斯K38發(fā)動(dòng)機(jī)缸體主軸承座孔修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

2013-05-28

安偉1　王育欣1　王英杰2
（1.沈陽(yáng)廣播電視大學(xué)理工學(xué)院，遼寧　沈陽(yáng)，110003；2.沈陽(yáng)綠島表面技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，遼寧　沈陽(yáng)，110000）
　　摘　要：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)中的基礎(chǔ)貴重件，其價(jià)值可占到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的四分之一以上，特別是進(jìn)口缸體的價(jià)格更高。缸體修復(fù)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。介紹修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體主軸承座孔尺寸的傳統(tǒng)方法，重點(diǎn)闡述鋅合金電刷鍍和鎳絲氬弧堆焊兩種新工藝修復(fù)技術(shù)以及在修復(fù)過(guò)程中應(yīng)注意的要點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：缸體；主軸承孔；新工藝
　　0　前言
　　發(fā)動(dòng)機(jī)缸體常出現(xiàn)的失效形式可大致分為四類(lèi)。磨損類(lèi)：主軸承座孔（以下簡(jiǎn)稱座孔）、凸輪軸承座孔、止推座孔端面的磨損與“燒傷”；變形類(lèi)：主軸承蓋（以下簡(jiǎn)稱瓦蓋）受力內(nèi)收變形導(dǎo)致止口松動(dòng)，由于曲軸與連桿組件斷裂致使整個(gè)機(jī)體變形；蝕損類(lèi)：由于氣蝕、水蝕造成缸墊密封面、濕式缸套凸緣密封面的嚴(yán)重失效；孔洞裂紋類(lèi)：由于連桿螺栓松動(dòng)脫落、活塞組件出問(wèn)題等原因可損壞缸套孔或?qū)⒏左w不同部位打出孔洞或裂紋。對(duì)上述各種失效形式，大多均可采用傳統(tǒng)常規(guī)工藝進(jìn)行修復(fù)。其中Z常見(jiàn)的是磨損類(lèi)和變形類(lèi)失效形式，也是Z有修復(fù)價(jià)值的。
　　1　傳統(tǒng)工藝恢復(fù)主軸承孔尺寸的方法
　　主軸承孔常見(jiàn)的失效形式是：主軸承蓋內(nèi)收變形且造成其止口松動(dòng)，致使上、下半孔水平錯(cuò)位及座孔嚴(yán)重變形，其尺寸、形狀、位置精度不同程度地超差，整個(gè)缸體變形也會(huì)引起座孔的變形和各道座孔之間的同軸度超限。
　　主軸承孔修復(fù)的關(guān)鍵是恢復(fù)尺寸的工藝方法。傳統(tǒng)的方法有以下幾種：銅焊、噴涂、瓦背加大、鑲套和手工電弧鑄鐵堆焊。由于銅焊需將缸體焊接處局部加熱至上千度，如此高的溫度對(duì)缸體造成的應(yīng)力變形等破壞作用是非常明顯的；噴涂的結(jié)合強(qiáng)度不足30N/mm2，它經(jīng)不起長(zhǎng)時(shí)間活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的疲勞循環(huán)的“錘擊”效應(yīng)的作用，極易造成涂層脫落。實(shí)踐證明，銅焊和噴涂工藝修復(fù)缸體的方法是不可取的。瓦背加大的方法是將座孔直徑鏜大1mm，再使用由該發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠特制的瓦背直徑加大1mm的主軸承，其缺點(diǎn)就是在座孔磨損很小（例如0.10mm左右）的情況下，孔徑上也要鏜去1mm。如果座孔損傷嚴(yán)重或二次損壞，這個(gè)方法就無(wú)能為力了。鑲套法是將缸體半孔在半徑上鏜去幾毫米，再將有加工余量的半孔鋼套鉚在座孔上，經(jīng)過(guò)鏜削加工至標(biāo)準(zhǔn)尺寸。由于在主軸承和座孔之間又增加了一層鋼套，這必然降低座孔導(dǎo)熱能力，加之軸瓦配合間隙不易控制，這樣就增大了“化瓦”抱軸的可能性。傳統(tǒng)工藝恢復(fù)座孔較常用的方法是采用手工電弧堆焊。但該工藝對(duì)焊工的修復(fù)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求較高，且鑄鐵堆焊易產(chǎn)生大量氣體、咬邊和硬點(diǎn)，這會(huì)大大降低瓦背與座孔的接觸精度和剛度，影響導(dǎo)熱，易產(chǎn)生“化瓦”抱軸的現(xiàn)象。堆焊的應(yīng)力與變形還易造成軸承座孔嚴(yán)重變形失圓。
　　2　兩種適用工藝修復(fù)技術(shù)
　　2.1 鋅合金電刷鍍
　　由于壓力磨損和緩慢變形引起的座孔超差，往往都不是很?chē)?yán)重的，直徑上的超差值一般不大于0.5mm。恢復(fù)這類(lèi)座孔尺寸的Z佳工藝就是金屬電刷鍍，常用恢復(fù)尺寸的商品鍍液只有鎳、銅兩種。可是這兩種鍍液都存在結(jié)合強(qiáng)度低且前者太硬、后者太脆，只能進(jìn)行手工刮研而不能進(jìn)行鏜削加工。而手工修復(fù)是不可能保證座孔的形狀和位置精度的。
　　為解決這些難題，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，所研制出的鋅合金鍍液配方是：
　　鋅鹽　　500克/升
　　鋁鹽　　80克/升
　　添加劑Ⅰ　30克/升
　　添加劑Ⅱ　24克/升
　　PH　　　　4
　　該鍍液不需鎳層打底，可直接鍍?cè)谥鬏S承孔上。其刷鍍工藝、參數(shù)及注意事項(xiàng)與常規(guī)刷鍍相同。
　　2.2 鎳絲氬弧堆焊
　　該工藝方法實(shí)質(zhì)上是一種鎢極氬弧焊，純鎳焊絲，手工操作，焊絲截面積不要大于10mm2，焊前要特別注意加熱除油。這種鑄鐵堆焊工藝的優(yōu)點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)便、不咬邊、無(wú)氣孔、焊層薄、無(wú)硬點(diǎn)、結(jié)合強(qiáng)度高。由于焊接電流可控制在100A以內(nèi)，故焊接應(yīng)力變形明顯低于手工電弧焊。該方法適于堆焊造成內(nèi)孔嚴(yán)重“燒傷”的座孔。
　　3　座孔修復(fù)工藝的要點(diǎn)
　　缸體座孔修復(fù)的主要工序是：檢查――確定方案――修復(fù)瓦蓋――預(yù)鏜孔――加熱除油――恢復(fù)座孔尺寸――鏜削座孔――檢查驗(yàn)收。
　　3.1 瓦蓋修復(fù)的要點(diǎn)。瓦蓋半孔尺寸的恢復(fù)分以下幾種情況：對(duì)于瓦蓋半孔只要“燒傷”不是很?chē)?yán)重，都可以采用銑削安裝底面的方法使半孔下沉從而產(chǎn)生加工余量。但如缸體半孔需刷鍍，則瓦蓋不可如此鏜削，以免上下半孔硬度不等造成加工讓刀失圓。對(duì)于K38發(fā)動(dòng)機(jī)瓦蓋Z好不要通過(guò)銑削安裝底面而使半孔下沉太大。恢復(fù)K38發(fā)動(dòng)機(jī)瓦蓋半孔尺寸較為合理的選擇就是：若孔徑超限較小，可選擇瓦蓋半孔下沉與刷鍍相結(jié)合的方法。
　　通常瓦蓋與缸體止口均為過(guò)盈配合，這是由止口的定位作用所決定的。做為安裝定位基準(zhǔn)的底面，一定要事先進(jìn)行研磨加工以保證有足夠的接觸點(diǎn)。對(duì)于K38發(fā)動(dòng)機(jī)雙止口定位瓦蓋，應(yīng)保證其兩個(gè)止口合理配合，上止口間隙應(yīng)在0.01-0.03mm之間，下止口過(guò)盈量就在0.06-0.10mm之間。
　　3.2 預(yù)鏜孔。如果缸體上某首半座孔已下沉，就必須恢尺寸。若采用鋅合金電刷鍍，則上下半孔應(yīng)一刀鏜出，且鏜量要盡量小。注意不可只鏜半孔，以免加工失圓和不便拋光。若采用鎳絲氬弧堆焊，則至少在直徑上要均勻鏜去1mm，以免焊層硬度不均勻。
　　3.3 鏜削主軸承孔。除需全部座孔都要修復(fù)外，一般不要在普通鏜床上加工座孔，因?yàn)樵阽M床上雖可按非加工孔找正，但夾緊時(shí)又會(huì)破壞定位造成新的偏移，致使加工孔與未加工孔不同軸。座孔的加工Z好是在專(zhuān)用鏜瓦機(jī)上進(jìn)行。這種鏜瓦機(jī)的刀桿與機(jī)床主軸柔性連接，機(jī)床精度對(duì)加工精度影響小。將兩個(gè)具有一定配合精度的定位套裝入間隔盡量遠(yuǎn)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)座孔中，在這兩個(gè)定位套中插入刀桿，在要鏜孔的部位裝上刀頭，即可進(jìn)行鏜削加工，尺寸精度由對(duì)刀塊保證。這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是只要刀桿與定位套、定位套與座孔的配合合理，安裝面清潔，便可保證鏜削的座孔與定位孔的同軸度。
　　4　同軸度檢查實(shí)用方法
　　簡(jiǎn)要介紹四種同軸度檢查的實(shí)用方法：一是直接裝上曲軸盤(pán)動(dòng)，此法簡(jiǎn)單易行，可滿足一般使用要求，為大多數(shù)修理工所采用；二是驗(yàn)棒（長(zhǎng)度要足夠，直徑Ф60左右即可）置于全部座孔中，待自由擺停止后，向每道孔與驗(yàn)棒之間塞入0.02mm厚的塞規(guī)，如果每道都不能塞入即可認(rèn)為該缸體的相鄰座孔和全部座孔同軸度誤差不大于0.02mm。還需將缸體轉(zhuǎn)過(guò)90°角度重復(fù)上述檢驗(yàn)步驟。此法既精確又簡(jiǎn)便；三是檢查環(huán)加塞規(guī)法。就是在鏜削座孔的刀桿上加裝一檢查環(huán)，檢查環(huán)與刀桿和座孔的配合間隙適當(dāng)。將檢查環(huán)推入將要檢查的座孔中，用塞規(guī)在其周邊塞入，根據(jù)塞入的情況判定同軸度是否合格。此法對(duì)檢驗(yàn)具的精度與配合間隙要求精確的設(shè)計(jì)與制造；四是按小于座孔下差0.04mm左右做一通長(zhǎng)檢驗(yàn)棒，裝入缸體半孔中，將全部瓦蓋按規(guī)定的扭矩和緊固方法裝好，然后用測(cè)力搬手轉(zhuǎn)動(dòng)檢驗(yàn)棒，根據(jù)用力大小判定同軸度是否合格。如果事先將驗(yàn)棒涂上紅丹粉，可以對(duì)瓦蓋出現(xiàn)的高點(diǎn)進(jìn)行刮研，這也是該方法的一大優(yōu)點(diǎn)。
　　5　結(jié)束語(yǔ)
　　發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)、船舶、內(nèi)燃機(jī)車(chē)等各種動(dòng)力設(shè)備的心臟。缸體則是發(fā)動(dòng)機(jī)中的基礎(chǔ)貴重件，它的價(jià)值可占到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的四分之一以上，特別是進(jìn)口缸體的價(jià)格更高。因此，缸體修復(fù)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。據(jù)多年的探索和實(shí)踐，應(yīng)用上述工藝修復(fù)K38發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，為企業(yè)降低成本、提高效益做出了積極的貢獻(xiàn)。
　　參考文獻(xiàn)：
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　　[3]賓勝武，刷鍍技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：271-272
來(lái)源：《硅谷》2012年6期