Изготовление и упрочнение колнечатых валов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Мукатдаров Р.И., Хабибрахманов В.И.

К материалу коленчатых валов предъявляются весьма высокие требования. Для коленчатых валов обычно применяются углеродистые стали марок 35, 40, 45 и 50Г, которые по сравнению с легированными менее склонны к возникновению различного рода пороков и не требуют сложной термической обработки.

Коленчатые валы быстроходных двигателей, в зависимости от степени напряженности, изготовляют из сталей 45, 40Х, 30ХМА, 40ХНМА и 18Х2Н4ВА. Последняя отличается высокими показателями прочности и ударной вязкости, а также износостойкости.

Находят применение и коленчатые валы, изготовленные из модифицированного и высокопрочного чугуна (например, ВЧ50) с шаровидной формой графита для двигателей самого различного назначения.

Конструктивной особенностью коленчатого вала являются относительно короткие, но значительного диаметра коренные шейки, а также щеки относительно большей толщины.

Конструктивные формы коленчатых валов зависят от выбора материала (сталь, чугун), технологических возможностей получения заготовки (ковка, штамповка, литье), возможности сверления отверстия в шатунных шейках. Во многом конструктивные формы валов определяют стремление уменьшить массу и особенно силы инерции вращающихся масс путем устранения излишнего металла в местах, удаленных от оси вращения. С этой целью от прямоугольных форм щеки переходят к более рациональным. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет эллипсовидная форма щеки, однако изготовление ее дорого и сложно. Поэтому часто ограничиваются более простой прямоугольной формой щеки полученной механической обработкой.

По конструкции коленчатые валы бывают (в зависимости от типа, размера и других показателей двигателей) целыми и составными из двух-трех групп кривошипов (колен), которые, в свою очередь, бывают целыми, полусоставными (отдельно выполняется рамовая шейка) и составными (отдельное изготовление рамовых и мотылевых шеек). Различия в конструкции определяют и различия в технологическом, процессе изготовления коленчатого вала.

Коленчатый вал (рисунок 1) состоит из следующих основных элементов:

- коренных шеек 1, которыми вал опирается на коренные подшипники, расположенные в картере;

- шатунных шеек 11;

- щек 2 и 12, связывающих коренные и шатунные шейки; для уменьшения концентрации напряжений, места перехода шеек в щеки выполнены в виде закруглений 13, называемых галтелями;

- носка (переднего конца);

- хвостовика (заднего конца).

1 - коренная шейка; 2 - щека; 3 - упорные полукольца; 4 - нижний вкладыш пятого коренного подшипника; 5 - маховик; 6 - маслоотражатель; 7 - установочный штифт; 8 - болт крепления маховика; 9 - зубчатый венец; 10 - верхний вкладыш пятого коренного подшипника; 11 - шатунная шейка; 12 - щека; 13 - галтель; 14 - противовес; 15 - болт крепления противовеса; 16 - замковая шайба; 17 - шестерня коленчатого вала; 18 - ведущая шестерня привода масляного насоса; 19 - упорная шайба; 20 - болт; 21 - шкив; 22 - канал подвода масла в полость шатунной шейки; 23 - пробка; 24 - полость в шатунной шейке; 25 - трубка для чистого масла

Рисунок 1 Коленчатый вал дизеля Д-240

Способ упрочнения коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания заключается в индукционной закалке шеек, галтелей и торцов с последующей химико-термической обработкой. Указанный способ позволяет повысить долговечность, прочность, надежность, термостойкость и износостойкость коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.

Азотирование. Недостатком при упрочнении коленчатых валов азотированием является недостаточная глубина азотированного слоя. Это не позволяет иметь достаточное количество ремонтных размеров для восстановления коленчатых валов в эксплуатации.

Упрочнение коленчатых валов, при котором сначала подвергаются азотированию поверхности коренных и шатунных шеек, а также поверхности галтелей, а затем индукционной закалке подвергаются только поверхности шеек. Недостатки этого способа упрочнения коленчатых валов - после индукционной закалки коленчатый вал коробится; исправление коробления правкой снижает прочность коленчатого вала, а исправление коробления шлифовкой шеек и галтелей коленчатого вала удаляет наиболее эффективную часть азотированного слоя. Поэтому этот способ упрочнения не применяется для коленчатых валов со значительными габаритными размерами. коленчатый вал двигатель сталь

Индукционная закалка шеек и, дополнительно, галтелей коленчатых валов с последующим стабилизирующим отпуском закаленных поверхностей и дополнительная шлифовка шеек и галтелей, с целью устранения коробления коленчатых валов, предшествует химико-термической обработке (азотированию, карбонитрированию, каталитическому азотированию, ионному азотированию, оксикарбонитрированию и др.) вышеупомянутых поверхностей. При индукционной закалке поверхности шеек, галтелей и торцов подвергаются упрочнению на значительную глубину (до 5 мм и более). Поэтому возникающее при индукционной закалке коробление коленчатого вала устраняется шлифовкой шеек и галтелей, после которой глубина упрочненного индукционной закалкой слоя на шейках и галтелях остается еще достаточной для обеспечения необходимой прочности коленчатого вала. Последующая химико-термическая обработка (азотирование, карбонитрирование, каталитическое азотирование, ионное азотирование, оксикарбонитрирование и др.) придает упрочненному индукционной закалкой слою повышенную твердость, термостойкость, задиростойкость и износостойкость.

Закалка ТВЧ повышает твердость, а следовательно, и износостойкость шеек коленчатого вала. Однако при обычно применяемой технологии закаленная зона на шейках расположена на расстоянии 8-10 мм от шеек, а галтели, являясь концентраторами напряжений, остаются незакаленными. Поэтому усталостные разрушения в зоне галтелей - одна из причин поломок коленчатых валов.

С целью повышения усталостной прочности коленчатые валы шести- и восьмицилиндровых двигателей упрочняют методом пластического деформирования путем обкатки галтелей роликами. Упрочнение осуществляется на специальных полуавтоматических станках, где одновременно обкатываются все галтели коренных и шатунных шеек за один цикл работы станка

Коленчатые валы современных высокофорсированных двигателей подвергаются упрочнению индукционной закалкой шеек и галтелей на переходе шеек в щеки. При этом критическим местом по прочности являются масляные отверстия в шейках.

Размещено на Allbest.ru