Разработка технологического процесса восстановления блока цилиндров ЗИЛ-130

Вывод: блок цилиндров с данными дефектами относится к категории малой технологической сложности.

Шероховатость обработанных о тверстийRa = 0,63 мкм.

5. Анализ материала  и твердости детали.

  Блок цилиндров  изготавливают у двигателя ЗИЛ-130 литьём из серого чугуна СЧ 18-36, НВ 170-229 

6. Анализ и выбор рационального способа восстановления детали

     Восстановить  работоспособность детали можно  путем:

     1.Заварка с предварительным нагревом детали.

     Горячая сварка чугуна— процесс, который предусматривает нагрев детали (в печи или другими способами) до температуры 650-680 С. Температура детали во время сварки должна быть не ниже 500С. Такие температуры позволяют:

     задержать охлаждение сварочной ванны, что  способствует выравниванию состава  металла ванны;

     освободить  свариваемую деталь от внутренних напряжений литейного и эксплуатационного  характера;

     предупредить  появление сварочных напряжений и трещин.

     Для деталей с большой жесткостью (блок цилиндров и другие корпусные  детали) при сварке обязателен общий  нагрев.

     

     

     В процессе сварки происходят структурные  преобразования с перераспределением внутренних напряжений (термическое  воздействие). Металл, на который непосредственно  действует сварочная дуга, плавится, образуя жидкую ванну, а тот, который  соприкасается со сварочной ванной, нагревается вследствие теплоотдачи. В результате скорости нагрева и охлаждения отдельных участков зоны термического влияния при сварке неодинаковы. Металл сварочной ванны при охлаждении кристаллизуется (с большой скоростью) в тонкий слой первого участка зонытермического влияния. Происходит уменьшение объема за счет усадки на 1%. Этот слой первого участка связан с основным металлом детали и твердым металлом шва, что мешает нормальной усадке и приводит к возникновению напряжений растяжения и образованию трещин.

     Усадка  по время охлаждения сокращает длину  валика (валик соединен с основным металлом), а основной металлдетали растягивает его. Этот процесс является следствием образования поперечных трещин. Для предотвращения этого  процесса необходимо:

     обеспечить  достаточную пластичность наплавленного  шва (подобрать соответствующие  присадочный материал, обмазку и  режимы сварки);

     проковывать швы во время кристаллизации;

     равномерно  нагревать и особенно охлаждать  как шов, так и свариваемую  деталь;

     сварку  выполнять на постоянном токе обратной полярности (« + » — электрод, «-»  — деталь) и малой силы (25-30 А на 1 мм диаметра электрода);

     наплавлять  валики длиной 30-40 мм;

     применять сварку отжигающими валиками и многослойным швом.

     Если  при сварке чугуна использовать электрод из низкоуглеродистой стали, то металл шваполучится высокоуглеродистым (т. е. будет отличаться высокими хрупкостью и твердостью).

     Чем меньше значение этого отношения, тем  меньше в металл шва поступает  расплавленного чугуна детали и тем  ниже содержание в шве углерода. Например, если в чугуне около 3% углерода, то в металле шва в зависимости от Л, углерода будет 1,5-2,0% (в нижней части больше, чем в верхней). Снижают содержание углерода в наплавленном слое за счет уменьшения силы сварочного тока (глубины проплавления чугуна),подбора компонентов покрытия электрода и многослойности сварного шва.

     Изменяя состав и толщину обмазки сварочной  проволоки, скорость сварки и силу тока, можно получить стальной шов с  разным содержанием углерода и разной твердости от закаленной высокоуглеродистой стали до мягкой отпущенной низкоуглеродистой.

     Лучшие  результаты при горячей сварке чугуна дает ацетилено-кислородное пламя с присадочным материалом из чугуна.

     Горячая сварка чугуна предполагает необходимость  применения специального нагревательного  оборудования: термические и нагревательные печи, кожухи, термостаты и т. д. Поэтому  этот способ сварки применяют только в тех случаях, когда необходимо получить наплавленный металл, близкий  по структуре, прочности и износостойкости  к основному металлу детали.

     При сварке необходимо обязательно применять  флюс, который выполняет следующие  функции: растворяет образующиеся оксиды кремния и марганца, переводя их в шлак; окисляет и частично растворяет графитные включения чугуна, находящиеся  на свариваемых поверхностях; образует микро-углубления, которые повышают свариваемость чугуна; предохраняет от окисления расплавленную ванну; увеличивает текучесть сварочных  шлаков. В качестве флюса применяют  техническую безводную буру (Na₃B₄O₇). Бура в чистом виде для сварки не пригодна, так как высокая температура ее плавления вызывает образование в сварочной ванне густых шлаков, которые плоховсплывают на поверхность металла, в результате чего образуются шлаковые раковины. Применение в качестве флюса смеси из 50% переплавленной измельченной буры и 50% кальцинированной соды увеличивает текучесть шлаков и расплавленного металла в ванне, улучшает качество сварки. Лучшие результаты дает флюс ФСЧ-1 следующего состава (% по массе): буры — 23, кальцинированной соды — 27, азотнокислого натрия — 50.

     Кромки  трещины для сваривания готовят  механическим способом или оплавлением  металла газовой горелкой с избытком кислорода. Перед сваркой подогретые кромки и конец стержня покрывают  слоем флюса. Пламя горелки должно быть строго нейтральным. В ванну  расплавленного металла вводят присадочную  проволоку с флюсом, подогретые перед  этим до температуры плавления. Затем  сварщик концом чугунной проволоки  воздействует на кромки ванны, делая  круговые движения.

     Горячей сваркой ацетиленокислородным пламенем с присадкой чугуна рекомендуется  восстанавливать блоки цилиндров  двигателей и других корпусных деталей  при наличии трещин на ребрах жесткости.

     

     2.Газовая сварка чугунацветными сплавами без подогрева детали.

     Газовую сварку чугунацветными сплавами без подогрева детали выполняют в сочетании с дуговой сваркой и широко применяют в ремонтном производстве для сварки трещин на обрабатываемых поверхностях корпусных деталей.

     Присадочный материал — латунь. Температура  плавления латуни ниже температуры  плавления чугуна (880-950 С), поэтому  ее можно применить для сварки, не доводя чугун до плавления и  не вызывая в нем особенных  структурных изменений и внутренних напряжений. Использование этого  процесса позволяет получить сварочные  швы плотные, легко поддающиеся  обработке.

     При сварке трещин в чугунных деталях  выполняют следующие операции:

     снятие  с кромок трещин фасок с углом  разделки 70-80°;

     грубая  обработка фасок (желательно с образованием насечки);

     очистка места сварки от грязи, масла и  ржавчины; подогрев подготовленных к  сварке мест пламенем газовой горелки  до температуры 900-950 С;

     нанесение на подогретую поверхность слоя флюса;

     нагрев  в пламени горелки конца латунной проволоки;

     натирание латунной проволокой горячих кромок трещины (латунь должна покрывать фаски  тонким слоем);

     сварка  трещины;

     медленный отвод пламени горелки от детали;

     покрытие  шва листовым асбестом.

     3. Холодная сварка чугуна.

     При холодной сварке чугунадеталь не нагревают (возможен подогрев не выше 400С для снятия напряжения и предупреждения возникновения сварочных напряжений). Сварочная ванна имеет небольшой объем металла и быстро твердеет. Способ получил более широкое применение по сравнению с горячей сваркой из-за простоты выполнения.

     

     В зоне сварного шва происходят отбеливание  и закалка с одновременным  ростом внутренних напряжений, которые  могут привести к образованию  трещин. Высота сварочного шва определяется значением (h_t + h₂), не одинакова для электродов с разными покрытиями и находится в пределах 4-7 мм.

     Холодная  сварка применяется для устранения трещин и заварки пробоин в  тонкостенных корпусных и крупногабаритных чугунных деталях, которые требуют  последующей механической обработки  и эксплуатируются под нагрузкой  при тепловом воздействии.

     

     Заварка трещин в тонких (до 10 мм) ненагруженных  стенках осуществляется без разделки кромок. Процесс заварки в этом случае проводят в следующем порядке:

     поверхность детали очищают на расстоянии 25 мм от краев трещины;

     концы трещины обваривают за два прохода.

     дугу  возбуждают на расстоянии 10-12 мм от одного конца трещины и ведут сварку в направлении другого конца  трещины (валик наваривают на расстоянии 10-12 мм от конца трещины);

     не  прерывая дуги, ведут сварку в обратном направлении, вторым слоем перекрывая первый; делят трещину на участки  длиной 30-50 мм; отступив от конца трещины на выбранную длину участка, наплавляют с двух сторон трещины (отступая от ее краев на 1 —1,5 мм) подготовительные валики 1, 2 и 3, 4 (ширина валика равна толщине стенки детали), причем валики 2 и 4 не должны соприкасаться со стенками детали и перекрывать валики, которые лежат под ними;

     очистка наплавленных вдоль кромок трещины  валиков от шлаков;

     наплавка  валиков (за два прохода, не прерывая дуги), образуя шов, закрывающий трещину;

     проковывание молотком участка шва (после окончания сварки), не зачищая шлака.

     Сварку  трещин в толстостенных деталях, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке или работают поднагрузкой, проводят с разделкой  кромок. Ширина разделки краев трещины  под сварку на поверхности детали должна быть в 2 раза больше ее толщины, а глубина разделки на 2-3 мм меньше этой толщины. Кромки трещины разделывают  фрезерованием или слесарным  способом вручную. При такой технологии облегчается сварка деталей в  вертикальной плоскости.

     Подготовительные  валики на кромки трещины наплавляют раздельно: сначала два ряда валиков 1-8 на одну сторону среза вверх  на участке протяженностью 30-50 мм, а  затем — на другую сторону среза  валики 9-17- Каждый предыдущий валик  должен частично перекрываться последующим. После наплавки первого слоя очищают  шлак и наплавляют второй. Подготовительные валики второго слоя не должны соприкасаться с основным металлом. Так же наплавляют подготовительные валики и на других участках, дают им охладиться до температуры 30-50 С, счищают с них шлак и в такой же последовательности, как и при наплавке скосов, соединяют валики центральными (соединительными) валиками. Заполнение шва на каждом участке проводят с перерывом для охлаждения.

     

     Холодная  сварка может осуществляться: электродами  МНЧ-1 (63% Ni 4- 37% Си) со специальным фтористо-кальциевым покрытием.

     Процесс сварки выполняется электродами  диаметром 3-4 мм на постоянном токе 140-150 А обратной полярности, короткой дугой, участками 20-30 мм, которые сразу же проковываются. Вместо медно-никелевых электродов можно также использовать железо-никелевые электроды типа ЖНБ;

     электродами ЦЧ-4, представляющими собой сварочную  проволоку Св-08 или Св-08А с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим титан или  ванадий, которого в наплавленный металл переходит до 9,5%. Процесс ведется  электродами диаметром 3-4 мм на постоянном токе 120-150 А обратной полярности при напряжении 20 В. Перед сваркой рекомендуется подогреть деталь до 150-200 С, а после наложения валиков сразу же их проковывать; электродами ОЗЧ-1, представляющими собой медную электродную проволоку с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок. Процесс сварки рекомендуется вести на постоянном токе 150-160 А обратной полярности и напряжении 20 В, короткой дугой, небольшими участками по 30-60 мм. После сварки каждый участок необходимо проковывать и продолжать ее после охлаждения шва до 50-60 С.

     4. Пайка.

     Чтобы запаять трещину или иной дефект в чугунной детали мягким припоем, производят тщательную механическую очистку места  паяния и хорошо смачивают его  соляной кислотой. Затем это место  обрабатывают водным раствором хлористого цинка, посыпают порошком нашатыря (хлористого аммония) и подогревают паяльником или паяльной лампой. Нагревать место  пайки надо до тех пор, пока не станет плавиться поднесенный к нему припои. Тогда натирают припоем место  спайки и сейчас же протирают его  порошком нашатыря, нанесенного на густую металлическую щетку или  паклю. Эта операция — предварительное  лужение перед паянием. Пока деталь еще горячая, запаивают трещины  или иные дефекты паяльником, перемещая  его от одного конца трещины к  другому. Если припой не проходит в  трещину, необходимо с обоих краев  ее снять небольшую фаску, вылудить это место и снова произвести паяние. Излишек припоя снимается  шабером или напильником.