Поршневые пальцы

    Поршневой палец ПП изготавливают из углеродистой или легированной цементированной стали. В стационарных, судовых и тепловозных двигателях применяют углеродистые стали 15 и 20: в быстроходных автомобильных, тракторных и форсированных двигателях чаще легированные стали 15ХМ, 38ХА, 12ХНЗА, 18Х2Н4МА. Поверхность пальцев цементируют па глубину 0,5-1,5 мм с последующей закалкой и отпуском до HRC 55-65; применяется и азотирование поверхности. При изготовлении пальца из углеродистой стали 45 поверхность пальца закаливают током высокой частоты на глубину 1-1,5 мм. Этот способ термической обработки имеет более низкую стоимость, чем цементация, позволяет повысить качество деталей и снизить брак. Твердость цементированной поверхности поршневых пальцев HRC 60...62.

ПП  обрабатываются с допуском на наружный диаметр по 5-6 квалитету точности - iT5, iT6. Рабочая поверхность их полируется и доводится до Ra 0,16 мкм.

 

   Трещина

Поршневой палец  прогибается и подвергается овальной деформации в работе под действием  давления газов сгорания на поршень. Из за овальной деформации в концах пальцев при перегрузке образовывается сначала продольная трещина, которая исходит из наружного или внутреннего диаметра пальца. Трещина идет дальше в виде усталостного излома в направлении оси пальца. В зоне наибольшей нагрузки сдвига и изгиба между бобышкой поршневого пальца и бобышкой шатуна трещина превращается в поперечную трещину, что в конечном счете приводит к поломке всего пальца.

На рис. 2 показано, что первая трещина может возникнуть не только от перегрузки, но и от ненадлежащего  обращения с поршневого пальцем  при сборке. На торцевой стороне поломанного пальца ясно видно, что трещина появилась вследствие ударного повреждения (удар молотком). Этот факт показывает, что имеющаяся трещина - даже при нормальной нагрузке - может увеличиться и превратиться в усталостный излом, что в конечном счете может привести к полному излому.

 

   Износ

Основной  дефект поршневых пальцев — износ  по наружной поверхности на участках контакта с втулкой верхней головки  шатуна и отверстиями в поршне. Средний износ составляет 0,02 мм, максимальный износ пальцев достигает 0,08 мм. Наибольший износ пальцев  наблюдается в сопряжении с втулкой  верхней головки шатуна, постепенно уменьшающийся к нерабочим участкам. В зазорах между торцевыми  поверхностями бобышек и втулки имеются нерабочие участки пальцев  с незначительными износами или  полным отсутствием их.

Дефектация поршневых пальцев производится микрокатором 0,5-ИГП и скобами. Способ устранения дефекта зависит от износа. Если размер изношенного пальца находится в пределах нормального допуска, то его перешлифовывают в низшую размерную группу. При больших износах поршневой палец подвергают раздаче и шлифуют до нормального размера.

 

 Способы восстановления ПП.

Способы восстановления. Восстановление наружного диаметра изношенных поршневых пальцев осуществляют различными способами, наиболее распространенные из которых: хромирование, же-лезнение; раздача пуансоном; раскатка в горячем состоянии; гидротермическая раздача.

 

1) Гальваническим  покрытием.  Нанесение металлической  пленки толщиной от долей мкм до десятых долей мм, Получают гальванические покрытия путем выделения металла из раствора его солей под действием электрического тока. При этом в качестве анода выступает вспомогательный электрод, который подключается к положительному полюсу источника тока. Катод – это сама деталь, на которую наносится гальваническое покрытие. Недостаток способа восстановления деталей гальванопокрытиями— высокая трудоемкость, вызванная необходимостью выполнения большого объема предварительной .подготовки восстанавливаемых поверхностей и последующей механической обработки. Наличие повышенной вредности гальванических процессов требует создания изолированных помещений и очистных сооружений. 

 

2) При раздаче пуансоном на наружной поверхности пальцев возникают трещины, которые приводят к выбраковке пальцев. 

 

3) Раскатывания — увеличение прочности посадки ПП в корпусе за счет полного заполнения клеем микронеровностей; затекания металла в углубления, создаваемые на поверхности отверстия корпуса; создания остаточных сжимающих напряжений в корпусе. При раскатывании увеличивается плотность стыка, достигается номинальный размер посадочного отверстия, повышается класс шероховатости поверхности ПП. Один из основных недостатков способа раскатки — высокая неравномерность припуска на обработку. При этом способе затруднительно обеспечить структуру цементированного слоя в соответствии с требованиями ГОСТ.  

 

4)Способ гидротермической раздачи позволяет избежать отмеченных ранее недостатков. Это наиболее приемлемый способ для восстановления поршневых пальцев. Сущность этого способа заключается в том, что палец нагревают выше точки Ас3 и производят охлаждение пальца потоком жидкости. При таком охлаждении создается разность скоростей охлаждения внутренних и наружных слоев и обеспечивается увеличение наружного диаметра пальца за счет фиксации объемного расширения металла, полученного при нагреве. Во время раздачи одновременно производят термическую обработку пальцев — закалку и низкий отпуск.

 

 

На рисунке 4 изображена схема технологического процесса восстановления поршневых пальцев дизельных двигателей. В зависимости от сочетаний дефектов технологический процесс расчленен на два взаимосвязанных маршрута. Маршрут I предусматривает выполнение всех операций при восстановлении пальцев. Маршрут II предусматривает шлифование и полирование пальцев до низшей размерной группы.

 

Мойка. В моечную машину ОМ-6083 загружают четыре корзины, в каждую из которых укладывают по 100 (пальцев. Рекомендуется для мойки пальцев применять 15... 20%-ный раствор «Лабомида-101», нагретый до 75... 85 °С. Моют пальцы в течение 30 минут.

 

Гидротермическую  раздачу производят в такой последовательности. Поршневой палец устанавливают  в индуктор и нагревают токами высокой частоты на закалочной установке  ЛПЗ-107 до температуры 780... 830°С в течение 20... 25 с. После достижения требуемой температуры палец зажимают в установке для раздачи и пропускают через внутреннюю полость пальца охлаждающую жидкость под давлением 0,4 ...0,5 МПа в течение 14... 16 с, а затем палец охлаждают целиком. В качестве охлаждающей жидкости может быть использована -обычная водопроводная вода. Необходимо отметить, что понижение давления воды приводит к резкому снижению скорости охлаждения внутреннего слоя и наружный диаметр пальца увеличивается незначительно.

 

Соблюдая  изложенные требования, при гидротермической раздаче наружный диаметр пальца увеличивается до 0,2 мм. В тех случаях, когда увеличение наружного диаметра не доходит до 0,15 мм, производят повторную  раздачу. Контроль температуры нагрева  пальцев на закалочной установке  производится не менее одного раза в смену с помощью потенциометра  КСПЧ и термопары хромель —  алюмель.

 

Черновое  шлифование. После раздачи пальцы подвергают черновому шлифованию последовательно  на трех бесцентрово-шлифовальных станках  ЗШ-184 до размеров согласно таблице 1.

Таблица 1. Размеры  пальцев после чернового шлифования Вид обработки

Диаметр поршневых пальцев, мм	СМД-60, 62, 64	СМД-14	Д-50, Д-240, Д-65М, Д-65Н, Д-40, Д-48
1-е черновое шлифование	45,12-003	42,12-003	38,12-003
2-е черновое шлифование	45,07-0>02	42,07-ОО2	38,07-0>02
3-е черновое шлифование	45,035-0>017	42,035-ОО17	38,035-о> 017

 

Режим шлифования: частота вращения круга—1300 об/мин, окружная скорость круга — 24,2 м/мин, подача—1,7 мм/об; число проходов—1; глубина резания (t): при первом черновом шлифовании— 0,035 мм, при втором — 0,025 мм, при третьем — 0,0175 мм. При черновом шлифовании используют шлифовальные круги ПП500Х150 X 3051А5-К63-40С1-СМ1; ПП500Х200Х305Х 1А5-К63-40С1-СМ1; круги ведущие ПП350Х150Х2031А5-В12-16СТ-Т; ПП350Х 200Х 203 X1А5-В12-16СТ-Т.

 

 

Шлифование  торца. При гидротермической раздаче  увеличивается как диаметр пальца, так и его длина. Поэтому необходимо шлифовать торцы пальца до нормального  размера по длине. Шлифуют торцы  на плоскошлифовальном станке ЗБ-722 в  специальном приспособлении (рис. 86).

 

Приспособление  состоит из двух стенок 1 с направляющими, соединенными между собой стойками 2 и 3. По направляющим перемещаются пять призм 4. Призмы образуют ячейки для  установки пальцев и базирования  их по наружной цилиндрической поверхности. При вращении нажимного болта 5 прижим 6 перемещается, зажимая установленные  в ячейках пальцы. Приспособление обеспечивает требуемую перпендикулярность торца пальца относительно наружной цилиндрической поверхности.

Рис. 86. Приспособление для шлифования торцов пальцев: 1 —  стенка; 2 и 3 — стойки; 4 — призма; 5 — болт; ? — прижим.

 

Сначала шлифуют  верхние торцы, затем переворачивают пальцы на 180° и шлифуют нижние торцы, выдерживая размеры в соответствии с таблицей 36. Габариты приспособления — 80 X Х230Х660 мм, масса — 3,3 кг.

 

Режим шлифования: частота вращения круга — 1460 об/мин, глубина резания— 0,06 мм, число проходов — 2. При шлифовании торца используют шлифовальный круг ПП450Х63Х2Х31А5-В50С1-СМ1. Контролируют длину пальцев скобами, биение торцов проверяют на приспособлении для контроля биения торцов пальцев (рис. 87).

 

Рис. 87. Приспособление для контроля биения торцов пальцев: 1 - основание; 2 — призма; 3 — стойка; 4 — винт; Ь — индикатор.

 

Это приспособление состоит из основания 1, призмы 2, стойки 3, к которой винтом 4 крепится индикатор 5. Измерение производят, устанавливая палец на наклонной призме так, чтобы  его торец упирался в измерительный  наконечник индикатора. При измерении  палец вращают вручную с поджимом в сторону наконечника индикатора. Габариты — 215x85x105 мм, масса — 5,5 кг.

 

Обработка фасок. Наружную фаску 0,5X45° снимают с  двух сторон пальца на обдирочно-шлифовальном станке ТШН-400 с приспособлением  для шлифования. При обработке  наружной фаски используют шлифовальный круг ПП400Х32Х2031А5-Ю40МЗ-М1. Частота вращения круга—1440 об/мин, подача ручная.

 

Внутреннюю  фаску 0,5X45° снимают с двух сторон пальца зенкером на специальном приспособлении (рис. 88). Приспособление состоит из: сварного стола 1; электродвигателя 2 с закрепленным на его/ валу твердосплавным зенкером 3\ защитного кожуха 4\ призмы 5, служащей для правильного центрирования пальца при обработке. Поршневой палец устанавливают в прижим 6 и с помощью рукоятки 7 прижимают к вращающемуся зенкеру. Частота вращения зенкера 1440 об/мин. Габариты приспособления — 550X850 мм, масса — 400 кг.

Рис. 8. Наплавка в среде углекислого газа:

 

Полируют  наружную фаску алмазным кругом на специальном приспособлении (рис. 89). Оно состоит из: сварного стола 1\ электродвигателя 2\ алмазного шлифовального  круга 3\ защитного кожуха 4\ центрирующей втулки 5. Габариты приспособления — 610X1220 мм, масса — 64 кг.

 

Фаску полируют, вращая палец во втулке и одновременно прижимая к шлифовальному кругу.

 

Износ круга  можно компенсировать, подавая втулку 5 винтовым устройством 6 по направлению  к шлифовальному кругу. Частота  вращения круга— 1440 об/мин. После обработка  фасок производят стопроцентный  контроль твердости наружной рабочей  поверхности пальцев. Твердость  пальца проверяют на приборе ТК-2М  в трех поясах и двух плоскостях. Пальцы с твердостью ниже HRC 56 направляют на повторную раздачу и последующую  обработку.

Рис. 88. Приспособление для снятия внутренних фасок пальцев: 1 — стол; 2 — электродвигатель; 3 — зенкер; 4 — защитный кожух; 5 —  призма; 6 — прижим; 7 — рукоятка.

 

Чистовое  шлифование. Доводка. Чистовому шлифованию пальцы подвергаются последовательно  на двух бесцентрово-шлифовальных станках ЗА-184.

 

Размеры пальцев  контролируют микрокатором 0,5-ИГП со стойкой С-1-28-100X40 и призмой. Режим шлифования: частота вращения круга—1337 об/мин; подача— 1,035 мм/об; число проходов— 1; глубина резания (/): при первом чистовом шлифовании— 0,0075 мм, при втором — 0,0055 мм.

 

При чистовом шлифовании применяют шлифовальные круги ПП500Х150X3051A5-K40-25C1-M3, ведущие  круги ПВД300Х X 150Х 127-1А5-В6-12СТ-Т. Овальность, огранка, конусо-бочко-сед-лообразность и изогнутость наружной цилиндрической поверхности для пальцев СМД-14 после чистового шлифования не должна превышать 0,003 мм, для других пальцев, указанных в таблице 36,— €,004 мм.

Доводку наружной поверхности пальцев производят на бесцентровом доводочном станке ЗШ-184Д  по размерным группам (белой — 50% и желтой — 50%) до размеров группы

Таблица 39. Размеры  пальцев после доводки 

                                                           Диаметр поршневых пальцев, мм

Размерные группы	СМД-60	СМД-14	Д-50, Д-240	Д-65
Белая	лс—0,005 0,010	42+0,01 * — 0,004	38-0,004	оо—0,004 0,008
Желтая	ис—0,010 0,015	до—0,004 —0,009	до—0,004 —0,009	о о—0,008 0,012

Режим доводки  пальцев: частота вращения круга—1920 об/мин; подача — 0,2 мм/об; число проходов—1. При доводке пальцев применяют шлифовальные круги ПП500Х 150x305 1А5-К6-8С1-СМ, ведущие круги ПВД300Х 150 X 1227 1А5-ВЗ-6СТ-Т. Охлаждающая жидкость при черновом и чистовом шлифованиях и доводке — 1,5% -ный раствор кальцинированной соды.

 

Как было отмечено ранее, до 20% ремфонда поршневых пальцев имеют наружный диаметр в пределах допуска нового. Такие пальцы перешлифовывают без раздачи в низшую размерную группу до диаметра согласно таблице 36. При этом пальцы подвергают только чистовому шлифованию и доводке на оборудовании и режимах, рассмотренных ранее.